Повышение точности определения координат мест повреждений воздушных линий электропередачи при их дистанционном обследовании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Макаренко, Григорий Константинович

• Макаренко, Григорий Константинович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Макаренко, Григорий Константинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление

Введение

ГЛАВА 1. Обзор современных приборов и методов Дистанционного контроля воздушных линий электропередачи

1.1 Приборы и методы контроля состояния воздушных линий электропередачи в России

1.2 Приборы и методы контроля состояния воздушных линий электропередачи в мире

1.3 Приборы и методы дистанционного контроля воздушных линий электропередачи

1.4 Анализ современного рынка беспилотных летательных аппаратов

1.5 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. Разработка и моделирование Алгоритма определения координат объектов тепловизионных и фотографических изображений

2.1 Модель определения координат визируемого объекта

2.1.1 Исходные данные

2.1.2 Используемые системы координат

2.1.2.1 Связанная с объектом система координат

2.1.2.2 Топоцентрическая система координат

2.1.2.3 Геоцентрическая система координат

2.1.3 Описание алгоритма определения координат визируемого объекта

2.1.3.1 Расчет направляющих косинусов вектора искомой точки изображения

2.1.3.2 Расчет направляющих косинусов вектора искомой точки изображения в топоцентрической системе координат

2.1.3.3 Расчет координат объекта в топоцентрической системе координат в искомой точке изображения

2.1.3.4 Расчет направляющих косинусов вектора искомой точки изображения в геоцентрической системе координат

2.1.3.5 Перевод геодезических координат летательного аппарата в геоцентрическую систему координат

2.1.3.6 Расчет координат объекта в искомой точке изображения в геоцентрической системе координат

2.1.3.7 Расчет координат объекта в искомой точке изображения в криволинейных геодезических координатах

2.1.4 Описание алгоритма решения обратной задачи

2.1.5 Описание упрощенного алгоритма определения координат точек снимка

2.2 Моделирование алгоритмов определения координат точек снимка

2.2.1 Исходные данные

2.2.2 Результаты моделирования исходного алгоритма

2.2.3 Результаты моделирования упрощенного алгоритма

2.2.4 Результаты моделирования алгоритма решения обратной задачи

2.2.5 Выводы по результатам моделирования

ГЛАВА 3. Оценка погрешностей алгоритма определения координат визируемого объекта

3.1 Алгоритм оценки погрешностей определения координат точек снимка

3.1.1 Исходные данные

3.1.2 Описание алгоритма оценки погрешностей методом статистического моделирования

3.1.3 Описание алгоритма оценки погрешностей аналитическим методом

3.1.3.1 Пересчет значений погрешностей параметров пространственной ориентации ЛА в погрешности направляющих косинусов точек снимка в ТЦСК

3.1.3.2 Пересчет значений погрешностей направляющих косинусов вектора искомой точки снимка в топоцентрической системе координат по х-составляющей в погрешности определения расстояния от искомой точки отображаемого объекта до камеры

3.1.3.3 Пересчет значений погрешностей направляющих косинусов векторов искомой точки в ТЦСК и расстояния от искомой точки до центра объектива камеры тепловизора в погрешности определения координат искомой точки в ТЦСК

3.1.3.4 Расчет значений погрешности величины радиуса кривизны сечения эллипсоида Земли в меридиональной плоскости

3.1.3.5 Расчет значений погрешности величины радиуса кривизны сечения эллипсоида Земли в нормальной плоскости

3.1.3.6 Пересчет совокупности оцененных значений погрешностей в погрешности определения криволинейных геодезических координат искомой точки объекта тепловизионного изображения

3.2 Моделирование алгоритмов определения погрешностей

3.2.1 Исходные данные

3.2.2 Результаты расчета погрешностей методом статистического моделирования

3.2.3 Результаты расчета погрешностей аналитическим методом

3.2.4 Сходимость результатов расчета погрешностей аналитическим и статистическими методами

3.2.5 Сравнение результатов расчета погрешностей определения координат искомой точки объекта тепловизионного изображения аналитическим и статистическими методами

3.2.6 Оценка зависимости погрешности от пространственной ориентации ЛА

3.2.7 Выводы по результатам моделирования

3.3 Учет разрешающей способности тепловизора

3.3.1 Алгоритм расчета

3.3.2 Исходные данные

3.3.3 Результаты расчета

3.3.4 Выводы

3.4 Использование оптических изображений для интерпретации результатов тепловизионной съемки

3.5 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. Разработка Системы дистанционного обследования воздушных линий электропередачи

4.1 Экспериментальное исследование алгоритма определения координат визируемых объектов

4.2 Разработка функциональной схемы системы определения координат объектов воздушных линий электропередачи при дистанционном обследовании

4.3 Описание способа дистанционного обследования воздушных линий электропередачи

4.4 Направления совершенствования системы дистанционного обследования воздушных линий электропередачи

4.4.1 Лазерное сканирование

4.4.1.1 Организация лазерно-локационной съемки воздушных линий электропередачи

4.4.1.2 Задачи, решаемые в ходе лазерно-локационной съемки воздушных линий электропередачи

4.4.1.3 Технические параметры воздушных линий, определяемые в ходе лазерно-локационной инспекции

4.4.1.4 Представление результатов лазерно-локационной инспекции

4.4.1.5 Анализ растительности вдоль трассы ЛЭП

4.4.2 Регистрация локального уровня интенсивности электромагнитного излучения разрядных процессов

4.4.3 Оптический приемник ультрафиолетового диапазона чувствительности

4.5 Функциональная схемы расширенной системы определения координат объектов воздушных линий электропередачи

4.6 Выводы по четвертной главе

Заключение

Список литературы

Основные сокращения и обозначения

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм определения координат точек снимка

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Алгоритм решения обратной задачи

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Упрощенный алгоритм вычисления координат точек снимка

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Тепловизор NEC Thermo Tracer ТН7102

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Аппаратура МРК-32

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Алгоритм оценки погрешностей методом статистического моделирования

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Алгоритм аналитического метода оценки погрешностей определения координат объектов, представленных на фото- и тепловизионных изображениях

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. СКО погрешности оценки криволинейных геодезических координат точек снимка, найденные методом статистического моделирования

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. СКО погрешности оценки криволинейных геодезических координат точек снимка, найденные аналитическим методом131

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Абсолютная разница СКО погрешности оценки криволинейных геодезических координат точек снимка

ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Относительная разница СКО погрешности оценки определения криволинейных геодезических координат точек снимка

ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Зависимость СКО погрешностей определения промежуточных результатов вычислений координат точки тепловизионного изображения от пространственной ориентации ЛА

ПРИЛОЖЕНИЕ 13. Технические характеристики измерительных тепловизоров

ПРИЛОЖЕНИЕ 14. Акт проведения измерений

ПРИЛОЖЕНИЕ 15. Экспериментальные исследования алгоритма определения координат визируемого объекта

ПРИЛОЖЕНИЕ 16. Алгоритм функционирования устройства определения координат объектов электрических сетей при дистанционном обследовании141

ПРИЛОЖЕНИЕ 17. Обсуждение результатов диссертационной работы на ведомственных конференциях энергетики

ПРИЛОЖЕНИЕ 18. Акты об использовании результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности определения координат мест повреждений воздушных линий электропередачи при их дистанционном обследовании»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время актуальными задачами электроэнергетических систем являются повышение надежности и эффективности систем энергообеспечения потребителей. Решение этих задач оказывает влияние на экономические показатели Российской Федерации и связано со своевременным и качественным обеспечением технического обслуживания и планово-предупредительными ремонтами основных фондов предприятий энергетического комплекса.

В России общая протяженность магистральных воздушных линий (ВЛ) электропередачи составляет более 120 тыс. км [1]. На протяжении всего срока службы ВЛ подвергаются негативным воздействиям окружающей среды, приводящим к их износу и появлению риска повреждений. По статистике, более 80% нарушений в распределительных электросетях связаны с повреждением проводов воздушных линий. Во многом это обусловлено старением электросетевой инфраструктуры: так в Холдинге Межрегиональной Распределительной Сетевой Компании доля воздушных линий 0,4-110 (220) кВ, отработавших более 30 лет, составляет 57% [2]. При этом большинство аварийных случаев, связанных с проводами, обусловлено не столько состоянием самого провода, сколько измененной геометрией ВЛ: за годы эксплуатации в результате воздействия природных явлений или токов короткого замыкания провода вытягиваются и опускаются все ближе к земле, а нарост культурного слоя (в среднем - на метр в столетие) также приводит к потере требуемых геометрических параметров воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и изменениям в системе провод-земля. Между тем, геометрия В Л напрямую связана с ее пропускной способностью: при проектировании ЛЭП среди ее технических характеристик закладываются в том числе и предельные уровни положения провода относительно земли. Удлинение проводов приводит к так называемой термической деградации — при тех же метеорологических условиях уровень максимально допустимых

токов ВЛ резко снижается, что ведет к росту числа аварийных случаев. Поэтому для энергетиков крайне важно оперативно получать информацию о текущем состоянии каждой воздушной линии электропередачи.

В связи с этим, наряду с совершенствованием систем энергоснабжения, созданием сетей нового поколения, особое значение приобретает разработка мероприятий по совершенствованию приборов и методов контроля ВЛ с целью определения и увеличения показателей надежности объектов электроснабжения, выявления и локализации (для последующего ремонта и реконструкции) повреждений оборудования, участков с повышенными тепловыми потерями.

Актуальным является освоение и реализация системы эффективной эксплуатации энергетического оборудования с учетом технического состояния, поэтому на первый план выходят приборы и методы контроля, позволяющие проводить дистанционное обследование ВЛ в процессе эксплуатации под нагрузкой.

Подобному требованию отвечает метод тепловизионного контроля, позволяющий в силу своих функциональных особенностей проводить дистанционное техническое диагностирование объектов энергетики (независимо от места их локализации, площади и протяженности) непосредственно в процессе эксплуатации (под рабочим напряжением, тепловой нагрузкой, в присутствии энергоносителя), расширяющий возможности традиционных методов контроля, потенциал которых при решении задач диагностики и ресурсосбережения в значительной мере исчерпан.

Поскольку тепловое поле энергооборудования несет большой объем информации о его состоянии, внедрение тепловизоров в практику работы энергопредприятий является перспективным направлением совершенствования системы контроля оборудования. Осознание этого факта в настоящее время достигло такого уровня, что необходимость

тепловизионного контроля регламентирована отраслевым руководящим документом [3].

Основы тепловых расчетов электрической аппаратуры изложены Г.Т. Третьяком в 1935 г. в работе [4]. Его научные труды и разработки обеспечили создание крупных энергосистем с быстродействующей защитой генераторов, трансформаторов и линий электропередачи.

Применение тепловидения в энергетике, и в частотности, в диагностике соединений токопроводов рассмотрены в работах JI.M. Блюдников, Р.Н. Иванова [5], А.Г. Жуков [6] в 1978 г.

В работе В.Е. Канарчука, А.Д. Чигринец [7] рассмотрены методы тепловой диагностики машин.

В 1988 г. Ж. Госсорг [8] описывает основы, технику и области применения инфракрасной термографии. В своей монографии Жильберг Госсорг разделяет тепловизионные приборы на два независимых класса: наблюдательные и измерительные.

В 1988 СССР принят государственный стандарт «Приборы тепловизионные. Термины и определения» [9].

Тепловизионный контроль высоковольтного электрооборудования был введен в «Объем и нормы испытаний электрооборудования» [3] в 1998 г., хотя во многих энергосистемах применялся намного раньше. ОАО «Мосэнерго» тепловизионный контроль проводится с 1994 г.

Современные подходы к инфракрасной термографии в энергетике описаны в работах A.B. Афонина [10], С.А. Бажанова [11] в 2000г., В.П. Вавилова и А.Г. Климова [12] в 2002 г.

Зарубежные фирмы, занимающиеся проведением тепловизионного контроля, в настоящее время ссылаются на стандартное руководство по инфракрасному обследованию электрического и механического оборудования Е 1934-99а [13] в редакции 2010 г., разработанного Американским обществом по тестированию материалов ASTM.

Проблемам и методам инфракрасной термографии посвящен ряд работ современных авторов по отраслевой энергетике: Алексеев H.H. [14], Ажищев Р.А, [15], Андреев JI.E. [16], Арутюнян A.A. [17], Бард Г.С. [18], Бажанов С.А. [19, 20], Бородин И.Ф. [21], Вихров В.И. [22], Власов А.Б. [23], Заверткин H.A. [24], Иваненко В.Е. [25], Карпов В.Н. [26],Климов С.П. [27], Козицкий Б.Д. [28], Крылов С.В. [29], Лапонов С.Н. [30, 31], Масленников Д.С. [32], Обложин В.А. [33], Перетокин Б.П. [34], Поляков B.C. [35], Скворцов Е.А. [36], Стребков Д.С. [37] и другие.

В современных условиях, с целью сокращения времени проведения диагностики, увеличения ее эффективности и уменьшения трудозатрат, существует возможность осуществлять тепловизионный контроль дистанционно, путем применения пилотируемой и беспилотной авиации. При этом, для повышения уровня автоматизации тепловизионного контроля целесообразно использовать аппаратуру потребителей спутниковых радионавигационных систем с угломерным каналом для определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных изображениях.

Целью работы является повышение достоверности результатов и расширение возможностей автоматизации процессов тепловизионной диагностики на основе разработки моделей, алгоритмов и методов дистанционного высокоточного определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях, с использованием результатов измерений, получаемых от угломерной навигационной аппаратуры потребителей (НАП) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи:

1. Разработка алгоритма определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях, получаемых в ходе дистанционной диагностики электроэнергетических систем с борта ЛА;

2. Расчет погрешностей определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях на основе использования методов оценки погрешностей косвенных измерений и статистического моделирования;

3. Разработка структуры системы дистанционной диагностики объектов электроэнергетических систем, реализующей разработанный метод определения координат объектов, использующий результаты измерений угломерной НАП СРНС.

Научная новизна.

1. Разработаны и экспериментально проверены новые алгоритмы и программы определения координат объектов тепловизионных и фотографических изображений, использованные в системе дистанционной диагностики объектов воздушных линий электропередачи.

2. Разработаны и подтверждены результатами моделирования новые алгоритмы расчета погрешностей координатной привязки объектов, отображаемых на оптических и тепловизионных изображениях, позволяющие выполнять оценку погрешностей без выполнения затратного по времени статистического моделирования.

3. Впервые предложена структура системы диагностики состояния воздушных линий электропередачи, позволяющая автоматизировать и повысить точность координатной привязки объектов дистанционной диагностики.

Достоверность результатов работы обеспечивается корректным применением методов теории вероятностей и математической статистики, согласованностью аналитических результатов с результатами компьютерного моделирования и экспериментальных исследований с использованием НАП СРНС, электронного тахеометра, тепловизора, лазерного дальномера.

Научные результаты, выносимые на защиту: 1. Предложенный алгоритм расчета координат удаленных объектов, находящихся на оптических и тепловизионных изображениях, позволяет

выполнять определение координат найденных мест эксплуатационных аномалий воздушных линий электропередачи.

2. Предложенные алгоритмы аналитического расчета погрешностей определения координат объектов, находящихся на оптических и тепловизионных изображениях, позволяют проводить оценку погрешностей без выполнения затратного по времени статистического моделирования.

3. Предлагаемая система диагностики состояния воздушных линий электропередачи, состоящая из беспилотного летательного аппарата с автопилотом, угломерной НАП СРНС, тепловизора (фотокамеры), устройства накопления информации и разработанных алгоритмов координатной привязки наблюдаемых объектов позволяет автоматизировать процесс получения и координатной привязки изображений диагностируемых объектов, а также повысить точность координатной привязки найденных мест эксплуатационных аномалий ВЛ электропередачи.

Практическая ценность.

Разработаны и экспериментально проверены новые алгоритмы и программы расчета координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях, позволяющие выполнять координатную привязку с оценкой точности получаемых результатов.

Предложенная структура диагностической системы перспективна к использованию в авиационной и космической технике при съемке и картографировании природных объектов и инженерных сооружений.

Полученные результаты позволяют повысить точность существующих методов тепловизионного контроля воздушных линий электропередачи.

Методы исследования.

В диссертационной работе использованы методы математического анализа, линейной алгебры, статистической радиотехники, математического и статистического моделирования.

Реализация и внедрение.

Результаты работы использованы при выполнении следующих хоздоговорных и НИР, проводимых в Сибирском федеральном университете:

1. «Создание беспилотных многофункциональных аэрогеодезических комплексов студенческим конструкторским бюро» - № КФ-204, 2011 г. Грантодатель: КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности»;

2. Проект 8.4551.2011 «Исследование научных основ повышения точности и достоверности определения навигационных параметров по сигналам наземных и спутниковых радионавигационных систем» - № Т-10 от 10.01.2012 г. в рамках Государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, 2012 - 2014. Грантодатель: Министерство образования и науки РФ;

3. «Решение навигационных задач при проведении речных сейсморазведочных работ М0ГТ-20» по договору № 20251 от 01.07.2010 г. ФГАОУ ВПО СФУ совместно с ОАО «Енисейгеофизика» (г. Красноярск).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийских научно-технических конференциях «Современные проблемы радиоэлектроники» в г. Красноярске в 2006, 2011, 2012 годах, на IV Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи в г. Москва в 2006 г., на Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Современные проблемы развития науки, техники и образования» в г. Красноярске в 2009 г., на Международных научных конференциях «Решетневские чтения» в г. Красноярске в 2010 и 2012 г., на третьей научно-практической конференции филиала ОАО «МРСК Сибири» «Красноярскэнерго» в г. Красноярске в 2010 г., на техническом совете — конкурсе научно-технических работ ОАО «МРСК Сибири» в г. Красноярске в 2010 г., на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука» в г. Красноярске в 2012 г., на VIII Международной научно-практической конференции «Электронные

средства и системы управления», посвященной 50-летию ТУСУРа в г. Томске в 2012 г., на VI Всероссийской конференции "Радиолокация и радиосвязь" в г. Москва в 2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, из которых 7 работ опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов кандидатских диссертаций, а также в одном патенте РФ [38].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 70 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 147 страниц машинописного текста, состоящего из основного раздела на 120 страницах и 18 приложений на 27 страницах. Диссертация иллюстрируется 27 рисунками, содержит 33 таблицы.

Краткое содержание работы.

В первой главе выполнен обзор современных подходов к решению задачи тепловизионной диагностики электроэнергетических систем. Подробно рассмотрена применяемая в настоящее время в России диагностика состояния ВЛ, осуществляемая традиционной системой профилактического обслуживания. Уделено внимание мировому опыту температурного контроля ВЛ в режиме он-лайн. Осуществлен анализ технических характеристик современного рынка беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) отечественного и импортного производства, способных решать задачи дистанционной диагностики. Рассмотрены ближайшие аналоги предлагаемой системы дистанционной диагностики и алгоритмов нахождения координат удаленных объектов.

Во второй главе ставится и решается задача разработки алгоритма определения координат объектов, представленных на тепловизионных и видеоизображениях на основе информации о координатах места и угловой ориентации диагностического ЛА, получаемой от угломерной НАП СРНС.

В третьей главе разрабатывается алгоритм аналитической оценки погрешностей, основанный на использовании теории погрешностей косвенных измерений, позволяющий оценить статистические характеристики погрешностей определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных снимках, по известным погрешностям прямых измерений. Проводится сравнение и анализ погрешностей, полученных аналитическим методом, с результатами оценок погрешностей, полученных методом статистического моделирования.

Четвертая глава посвящена разработке функциональной схемы системы определения координат объектов электрических сетей при дистанционном обследовании. Предлагается способ дистанционного обследования объектов электрических сетей и пути расширения функциональных возможностей системы дистанционного обследования объектов электрических сетей. Приводится описание и результаты экспериментальных исследований предложенного алгоритма определения координат визируемых объектов.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРИБОРОВ И МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДА ЧИ

1.1 Приборы и методы контроля состояния воздушных линий электропередачи в России

В настоящее время контроль состояния ВЛ осуществляется традиционной системой профилактического обслуживания, основанной на очередных и внеочередных обходах и визуальных осмотрах (рис. 1). Облеты ВЛ на вертолетах типа «МИ-2» или «МИ-8» в значительной мере облегчают осмотр труднодоступных участков ВЛ, но они проводятся вручную, требуют значительных временных затрат. Как правило, аэротермографическая съемка проводов В Л осуществляется при скорости вертолета 60-100 км/ч в зависимости от типа вертолета (МИ-2 или МИ-8). Термографическая съемка контактных соединений (КС) проводов ВЛ обычно ведется бригадой операторов, состоящей из двух-трех человек и представителя линейной службы, хорошо знающего трассу прохождения ВЛ. При использовании вертолета МИ-2 один из операторов с тепловизором размещается на месте штурмана, справа от пилота. Сканер тепловизора устанавливается на шарнирном устройстве, укрепленном на двери кабины вертолета (при снятом оконном блистере). Этот оператор осуществляет наблюдение за КС проводов ВЛ, руководит режимом полета и проводит съемку. Второй оператор совместно с инженером линейной службы ведет запись речевых комментариев полета и выполняет разного рода вспомогательные функции. Третий оператор ведет съемку трассы ВЛ с помощью видеокамеры и других средств записи. Инженер линейной службы осуществляет запись номеров опор трассы ВЛ в процессе полета и выявленных неполадок при визуальном осмотре ВЛ. Оценка состояния КС по нагреву производится как

непосредственно в процессе термографической съемки, так и при повторном просмотре видеозаписей в стационарных условиях [38].

ПГ ЛМШШГ -шшт

Облеты ВЛ на вертолетах типа «МИ-2» или «МИ-8» бригадой операторов, состоящей из двух-грех человек

Оператор «А» -осуществляет тепловизионный контроль Оператор «Б» -осуществляет съемку трассы ВЛ с помощью видеокамеры

Оператор «С» -осуществляет запись речевых комментариев ноле I а, номеров опор трассы ВЛ и выявленных неполадок при визуальном осмотре ВЛ

Рис. 1. Методика диагностики ВЛ в настоящее время Анализ публикаций в технической литературе и рекламных материалов показывает, что все предлагаемые методы обладают низкой автоматизацией и точностью определения координат мест повреждений. Эти методы предполагают фиксацию оператором в ручном режиме номеров опор, в пролете которых находится повреждение.

1.2 Приборы и методы контроля состояния воздушных линий электропередачи в мире

Широкое распространение в мировой практике получил метод температурного контроля ВЛ (компания ABB Switzerland Ltd. и др.) [40, 41] с использованием набора аппаратных средств, подвешивающихся на провода ВЛ: внутрь каждого из подвесных датчиков встроен трансформатор тока, устройство беспроводной передачи данных, измеритель температуры и микропроцессор - питание электроники обеспечивается током, протекающим по проводам, а информация о состоянии ВЛ передается в автоматику подстанции (рис. 2).

Рис. 2. Функциональная схема температурного мониторинга Данный метод позволяет практически в режиме он-лайн отслеживать состояние BJI в местах подвеса датчиков. Существенным недостатком данного способа температурного контроля является необходимость наличия сетей сотовой связи, используемых в качестве канала передачи данных. К сожалению, следует констатировать, что в настоящее время в РФ многие магистральные BJI электропередачи проходят вне зоны действия сотовых сетей связи. Также использование сотовых сетей связи увеличивает затраты на эксплуатацию подобной системы.

Известен также способ контроля состояния воздушных линий за счет применения роботов - проходчиков BJI (компания Hydro Quebec) [42]. Контроль состояния воздушных линий электропередачи осуществляется дистанционно управляемым роботом, на борту которого установлены камеры, ультразвуковые дефектоскопы, устройства привода и связи.

-Л.:-

г ' - • "'Щ

Рис. 3. Внешний вид робота - обходчика В Л

Недостатком рассмотренного способа являются температурный диапазон, ограничивающий период возможного применения робота - от минус 10° до плюс 30°; ограниченный радиус действия системы удаленного управления - 4 км; низкая скорость работы - 1 м/с; ограниченное время автономной работы от бортовой аккумуляторной батареи - 5 часов.

1.3 Приборы и методы дистанционного контроля воздушных линий электропередачи

С целью автоматизации дистанционного тепловизионного метода контроля ВЛ электропередачи, позволяющего с высокой точностью определять координаты визируемых объектов, целесообразно использовать в комплексе спутниковые радионавигационные системы (СРНС), с аппаратурой потребителя (АП), установленной на борту летательного аппарата (ЛА). Подобные решения порождают проблему оценки координат места повреждения относительно известных, определенных при помощи АП, координат ЛА.

Известен способ решения задачи определения координат диагностируемого объекта, запатентованный В.И. Дикаревым и Н.П. Казаковым [43]. Авторы предлагают комплекс относящейся к области диагностической техники, который может быть использован для

систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе, за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измеренных параметров состояния газовых трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель -дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Данный способ не предназначен для использования в области электроэнергетики. Кроме того, авторы не приводят значения погрешностей предлагаемого комплекса, в части определения координат мест повреждения.

Известен способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства [44], запатентованный А.Е. Кузнецовым, содержащий следующие операции:

а) с летательного аппарата выполняют съемку линий электропередачи с помощью тепловизионного сканера низкого разрешения, сопряженного с навигационным вРЗ-приемником и системой измерения ориентации самолета, а также цифрового фотоаппарата с высоким пространственным разрешением, имеющим совмещенную со сканером полосу обзора;

б) результаты съемки, представленные в виде непрерывного сканерного изображения и серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата, передают на компьютер и сохраняют их в памяти компьютера;

в) с помощью компьютерных средств на основе априорной информации о параметрах перемещения визирующего луча сканера и передаваемых в составе сканерного изображения углах ориентации и пространственных координат летательного аппарата вычисляют географические и картографические координаты пикселей сканерного снимка;

г) с помощью компьютерных средств выполняют геометрическое трансформирование сканерного изображения в картографическую проекцию

с размером пикселя, соответствующего разрешению цифрового фотоаппарата;

д) по результатам геометрического трансформирования с помощью компьютерных средств получают новое сканерное изображение с известными географическими и картографическими координатами пикселей и записывают его в память компьютера;

е) из указанной серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата с помощью компьютерных средств выбирают первый кадр и с помощью процедуры корреляционно-экстремального анализа на этом кадре и новом сканерном изображении находят несколько участков с отображенными на них одноименными объектами и для каждой пары одноименных найденных участков изображений определяют взаимно корреляционные функции, аргументы которых характеризуют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов;

ж) с помощью компьютерных средств минимизируют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов и в результате минимизации рассогласования получают первый кадр высокого пространственного разрешения с известными географическими координатами отображенных на нем объектов линий электрических сетей и сохраняют его в памяти компьютера;

з) последовательность операций с (е) по (ж) повторяют с каждым следующим кадром серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата до совмещения последнего кадра серии;

и) полученную серию перекрывающихся геопривязанных кадров с помощью компьютерных средств объединяют в одно непрерывное двухслойное изображение высокого пространственного разрешения с известной температурой представленных на нем объектов, первый слой которого содержит четкое и контрастное изображение видимого

спектрального канала, а второй, температурный, слой содержит соответствующие первому слою пиксели тепловизионного снимка.

Недостатком этого способа является то, что для его реализации требуется геометрическое трансформирование исходного изображения в новое сканерное изображение с последующими процедурами корреляционно-экстремального анализа в постобработке и необходимость наличия точек на местности с известными с геодезической точностью координатами.

1.4 Анализ современного рынка беспилотных летательных аппаратов

С целью снижения стоимости и повышения уровня автоматизации при выполнении диагностических облетов BJ1 проведен анализ технических характеристик современного рынка беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) отечественного и импортного производства, способных решать задачи дистанционной диагностики.

Таблица 1.1 описывает три модели БПЛА отечественного производства, разработанные специально для аэрофотосъемки: ZALA 421-Ф, Птеро-Е4 и Дозор-50.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Макаренко, Григорий Константинович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. URL: http://wvyw.fsk-ees.ru/about.htmL

2. Мехоношин Б.Д. Температурный мониторинг BJI / Б.Д. Мехоношин // [Электронный ресурс]: http://energyfuture.ru/temperaturnyj-monitoring-lep

3. РД 34.45-54.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. -М.: ЭНАС, изд. 6-е, 1998.

4. Третьяк Г.Т. Основы тепловых расчетов электрической аппаратуры / Г.Т. Третьяк. -М: ОНТИ, 1935. - 312 с.

5. Блюдников JI.M. Применение тепловидения в энергетике / JI.M. Блюдников, Р.Н. Иванова - Тепловидение: Межвуз. сб. науч. тр., 1978. вып. 2, с. 162-167.

6. Жуков А.Г. Тепловизионная диагностика соединений токопроводов / А.Г. Жуков // Тепловидение: Межвузовский сборник научных трудов. Под ред. Н.Д. Куртева. М.: МИРЭА, вып. 2, 1978, с. 168-171.

7. Канарчук В.Е. Бесконтактная тепловая диагностика машин / В.Е. Канарчук, А.Д. Чигринец. -М.: Машиностроение, 1987. - 160 с.

8. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. -М.: Мир, 1988. - 415 с.

9. ГОСТ 27675-88 Приборы тепловизионные. Термины и определения.

10. Афонин А.В. Инфракрасная термография в энергетике / А.В. Афонин и др. Под ред. Р. К. Ньюпорта, А.И. Таджибаева. т. 1. Основы инфракрасной термографии. - СПб.: Изд.-во СПЭИПК, 2000. - 240 с.

11. Бажанов С. А. Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств. - М.: НТФ "Энергопрогресс", 2000. -76 с.

12. Вавилов В.П. Тепловизоры и их применения / В.П. Вавалиов, А.Г. Климов. — М.: Интел универсал, 2002. -88 с.

13. Standart Guide for Examining Electrical and Mechanical Equipment with Infrared Thermography. E 1934-99a, 2010.

14. Алексеев H.H. Применение тепловидения для исследования тепловых полей и контроля качества электрических машин // ВИНИТИ, МИРЭА, Деп. 10.4.90, №27ЭТ90, 1990.

15. Ажищев P.A. Опыт тепловизионного контроля в АО "Ивэнерго" / P.A. Ажищев, А.И. Ажищев // Энергетик, 2001, №12, с. 42-43.

16. Андреев JI.E. Тепловизионное обследование вводов / JI.E. Андреев, А.Ю. Снетков // Электрические станции, 1999, № 4, с. 65-66.

17. Арутюнян A.A. Неразрушающий контроль технического состояния изоляции и определение остаточного ресурса судовых кабелей / A.A. Арутюнян // Судостроение, 2002, № 3, с. 37-40.

18. Бард Г.С. О сферах применения и эффективности инфракрасных диагностических систем ЛвЕМА в энергетике / Г.Л. Павлов // Энергетик, 1999, №2, с. 36.

19. Бажанов С.А. Перспективы использования инфракрасной диагностики в энергетике / С.А. Бажанов // Энергетик, 1994, № 8, с. 8-9.

20. Бажанов С.А. Особенности тепловизионного контроля контактных соединений и изоляторов В Л 110-500 кВ / С.А. Бажанов // Энергетик, 1998, №4, с. 14-15.

21. Бородин И.Ф. Потери электроэнергии в сельских сетях и пути их снижения /И.Ф. Бородин, А.П. Сердешное // Техника в сельском хозяйстве, 2002, № 1, с. 23-26.

22. Вихров В.И. Опыт тепловизионного контроля BJT и трансформаторных подстанций / В.И. Вихров // Энергетик, 1992, № 8, с. 14.

23. Власов А.Б. Обработка и анализ данных тепловизионного контроля электрооборудования / А.Б. Власов // Электротехника, 2002, № 7, с. 37-43.

24. Заверткин И. А. Диагностика подземных теплопроводов аэрофотосъемкой в инфракрасном излучении / И.А. Заверткин, Б.В. Казаков, Э.Я. Островский//Энергетик, 1991, № 10, с. 11.

25. Иваненко В.Е. Оборудование и технология тепловизионного контроля линий электропередачи с вертолета МИ-2 / В.Е. Иваненко, В.Ф. Чернов // Энергетик, 1990, №3, с. 21-22.

26. Карпов В.Н. Введение в энергосбережение на предприятиях / В.Н. Карпов. - АПК.- СПб.: Изд-во СПбГАУ, 1999. 72 с.

27. Климов С.П. Опыт применения тепловизионной техники для контроля электроэнергетического оборудования / С.П. Климов // Энергетик, 2002, №1, с. 44.

28. Козицкий Б.Д. Перспективы тепловизионных методов контроля в энергетике / Б.Д. Козицкий // Электрические станции, 1981, № 3, с. 72-73.

29. Крылов C.B. Диагностика электрооборудования линий передач и подстанций с применением приборов термовидения /C.B. Крылов, Тимашова JI.B. // Электротехника, №10, 1994, с. 47-48.

30. Лапонов С.Н. Диагностика электрооборудования приборами инфракрасной техники / С.Н. Лапонов, В.В. Шиишинцев // Промышленная энергетика, 2000, № 7, с. 12-17.

31. Лапонов С.Н. Тепловизионный контроль и диагностика электрооборудования / С.Н. Лапонов, В.В. Шиишинцев // Промышленная энергетика, 2000, № 11, с. 15-18.

32. Масленников Д.С. О тепловизионном контроле электротехнического оборудования / Д.С. Масленников // Электрические станции, 1985, № 11, с. 73-75.

33. Обложин В.А. Тепловизионный контроль при организации ремонта электротехнического оборудования по его состоянию / В.А. Обложин // Электрические станции, 2000, № 6, с. 58-63.

34. Перетокин Б.П. Применение тепловизора для инфракрасного диагностирования электрического оборудования и соединения проводов / Б.П. Перетокин // Изв. вузов. Электромеханика, 1990, № 11, с. 100-101.

35. Поляков B.C. Применение инфракрасной техники для выявления дефектов высоковольтного оборудования / B.C. Поляков // Энергетика и

электрификация. Серия: Эксплуатация и ремонт электрических сетей. Экспресс- информация. М.: СПО Союзтехэнерго, №7, 1985.

36. Скворцов Е.А. Практика тепловизионного обследования линий электропередачи 110-330 кВ / Е.А. Скворцов // Энергетик, 2002, № 7, с. 1417.

37. Стребков Д.С. О стратегии энергетического обеспечения сельского хозяйства / Д.С. Стребков // Техника в сельском хозяйстве, 2004, № 2, с. 6-8.

38. Патент РФ №2495375. Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей / Г.К. Макаренко, A.M. Алешечкин // Опубл.: 2013. -Бюл. №28.

39. РД 153-34.0-20.363-99. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и BJI. - М.: ОРГРЭС, 1999.

40. Weibel М. Overhead line temperature monitoring pilot project [Текст] / M. Weibel, W. Sattinger, M. Zima // CIRGE. - Paris - 2006.

41. Bedialauneta M.T. Monitoring the Tension and the temperature in overhad line [Текст] / Bedialauneta M.T., Albizu I, Fernandez E., // IEEE, 2012.

42. URL: http://www.hydroquebec.com/innovation/en/innovations.html

43. Патент РФ № 2362981. Автоматический беспилотный диагностический / В.И. Дикарев., Н.П. Казаков // Опубл.: 2009. -Бил. №28.

44. Патент РФ № 2258204. Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства / А.Е. Кузнецов, В.И. Калюжный, O.A. Ковалек, И.Ф. Ефремов, Ю.М. Гектин // Опубл.: 2005. -Бил. №22.

45. URL: http://uvs-info.com/

46. Шебшаевич B.C. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В.С.Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др. // Под ред. B.C. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь. - 1993. — 408 е.: ил.

47. Макаренко Г. К. Мобильные технические средства исследования

энергетических объектов [Текст] / [В.И. Кокорин|, A.M. Алешечкин, Г.А.

Макаренко // материалы XIV Междунар. науч. конф. «Решетневские чтения» (10-12 нояб. 2010, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2010. - Ч. 1.-е. 151.

48. Телеганов Н. А. Высшая геодезия и основы координатно-временных систем [Текст] / Н. А. Телеганов, А. В. Елагин. - Новосибирск: СГГА, 2004. -238 с.

49. Макаренко Г.К. Алгоритм координатной привязки тепловизионных снимков / Г.К. Макаренко, A.M. Алешечкин // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / науч. ред. Г.Я. Шайдуров ; Сиб. федер. ун-т. - Красноярск, 2012. - 556 с. - С. 33 - 37.

50. Макаренко Г.К. Навигационное обеспечение дистанционной тепловизионной диагностики / Г.К. Макаренко, A.M. Алешечкин // Молодёжь и наука: сб. науч. тр. [Электронный ресурс]; Сиб. федер. ун-т. — Красноярск, 2012. Режим доступа: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2012/thesis/s023/s023-013 .pdf.

51. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов [Текст] / И.Н. Броншейн, К.А. Семендяев. - М.: Наука, 1981.-е. 720.

52. Бабич O.A. Обработка информации в навигационных комплексах [Текст] / O.A. Бабич. - М.: Машиностроение, 1991. - 512 с.

53. Очков В.А. Mathcad 14 для студентов и инженеров [Текст] / В.А. Очков. - СПб.: BHV, 2009. - с. 512.

54. URL http://www.analyzers.ru/teplovizori/necth7102/

55. Приемоиндикатор спутниковых навигационных систем МРК-32 [Текст] : Рекламный проспект ФГУП «НПП «Радиосвязь».: Красноярск, 2006.

56. Статистическая теория погрешностей. Методы описания погрешностей: Методические указания к выполнению лабораторных работ и дипломных проектов для студентов специальности 2301 - "Радиотехника"/ Сост. Чмых М.К.; КрПИ. Красноярск, 1993. 36 с.

57. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель - М.: "Наука", 1964.

58. Макаренко Г.К. Анализ погрешностей определения координат объектов на тепловизионных изображениях при дистанционном обследовании воздушных линий электропередачи / Г.К. Макаренко, A.M. Алешечкин // Журнал Радиоэлектроники. [Электронный ресурс]; Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН. - Москва, 2012. — №12. Режим доступа: http://ire.cplire.ru/jre/dec 12/12/text.pdf.

59. Макаренко Г.К. Оценка погрешностей определения координат объектов электроэнергетики при дистанционной диагностике / Г.К. Макаренко, A.M. Алешечкин // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. Выпуск 4 (44) - Красноярск, 2012. - 246 с. - С. 126 - 129.

60. Макаренко Г.К. Аналитический метод расчета погрешностей определения координат точек тепловизионных изображений при дистанционном обследовании наземных объектов / Г.К. Макаренко, A.M. Алешечкин // материалы VI Всероссийской науч.-тех. конф. «Радиолокация и радиосвязь»: в 2 т.; Институт Радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН. - Москва, 2012. - Т. 1. 401 с. - С. 17 - 20.

61. Винокуров В.И. Электрорадиоизмерения: Учеб. Пособие для радиотехнич. спец. вузов /Под ред. В.И. Винокурова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986.- 351 е.: ил.

62. Макаренко Г.К. Использование спутниковых радионавигационных систем при исследованиях технического состояния объектов электроэнергетики / A.M. Алешечкин, Г.К. Макаренко, В.И. Кокорин // Вестник СибГАУ. - 2011. - №2. - С. 102 - 104.

63. RTCM Recommended Standards For Differential GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Service. Future Version 2.2. Future successor to RTCM recommended standards for differential NAVSTAR GPS Service Version 2.1 // RTCM Special Committee. 1996. № 104.Макаренко, Г.К. Дистанционное определение координат энергетических объектов с использованием глобальных навигационных спутниковых систем / Г.К. Макаренко, A.M.

Алешечкин // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. под науч. ред.: Г.Я. Шайдуров; Сиб. федер. ун-т. - Красноярск, 2011. - 563 с. - С. 96-101.

64. Правила устройства электроустановок ПУЭ, 7е изд. Глава 2.5.

65. Яндекс. Карты // [Электронный ресурс]: http://www.maps.yandex.ru.

66. Микропроцессоры Intel: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Архитектура, программирование и интерфейсы. Шестое издание: Пер. с англ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005, 1328 е.: ил.

67. Арбузов Р.С. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи [Текст] / Р.С. Арбузов, А.Г. Овсянников. - Новосибирск.: Наука, -2009.

68. Дикой В.П. Новые технологии в обследовании BJI с воздуха / В.П. Дикой, Н.М. Коробков // [Электронный ресурс]: http://energo20.ru/article-91 -46-79.html.

69. Технология лазерного сканирования при обследовании и инвентаризации ЛЭП // Электро-info №5-6, 2004 [Электронный ресурс]: http://altex-gmt.ru/zcms_files/stat/electro-info%285-6%29-2004.pdf.

70. Разработка методов диагностики изоляции высоковольтного энергетического оборудования под рабочим напряжением на основе регистрации частичных разрядов: Диссертация доктора техн. наук / А.Г. Овсянников // Новосибирск. - 2001.

120

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНА ЧЕНИЯ

АП — аппаратура потребителя

БПЛА — беспилотный летательный аппарат

ВЛ — воздушная линия

ГНСС — глобальная навигационная спутниковая система

ГЦСК — геоцентрическая система координат

ДПЛА — дистанционно пилотируемый летательный аппарат

ИВН — измеритель вектора напряженности

КИ — корректирующая информация

ккс - контрольно-корректирующая станция

КС - контактное соединение

ЛА - летательный аппарат

ЛЭП - линия электропередачи

лл - лазерная локация

ОИР - оптическое излучение разрядных процессов

ск — система координат

ско — среднеквадратическое отклонение

СРНС - спутниковая радионавигационная система

тцск - топоцентрическая система координат

ЭМИР - электромагнитное излучение разрядных процессов

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК СНИМКА

( Начало Т

Ввод

lat, Ion, h, dh, az, um, kr, ax, ay, tx, ty, px, py

Вычисление направляющих косинусов в искомой точке снимка в связанной с объектом системе

координат 2ск

• рх

dx = tg

ах

dy = tg

ay

ksx -dx-

tx

i J 2-dy

\ksv = -dy+ • py

У

ksz = д/l- ksx — ksy

Вычисление направляющих косинусов искомой точки снимка в ТЦСК

cos( u/w)-cos( úc)ks r+(- cos( ir)-sin( íc)+sin( kr )-sin( um)-cos( az))-ks +(sin( £/-)-sin( az)+cos( kr)-sm( um)-cos(az))-\is _

X y

-sin(w?Oksv+sin(£r)cos(iOT)-ks +cos(£7•)•cos(ши)'ks-

.л y -

Вычисление длины векторов от центра объектива камеры до искомой точки изображения

_ <1Ъ

кп. +

Вычисление координат искомой точки снимка в ТЦСК хп = г•kn

z

Вычисление направляющих косинусов искомой точки снимка в ГЦСК -sin(/í3í)-cos(/o/7)-kn^-sin(/o«)-kn^-cos(/aí)-cos(/o«)-knz

ke = -sm(lat)-s'm(lon)-knv+cos(lon)-kn -eos (lat)-sm(lon)-kn

x y z

-cos(/a/)-kn -sm(lat)-kn

Л £

Вычисление приращений координат искомой точки снимка в ГЦСК

_de = г •ke_

V

Вычисление координат J1A в ГЦСК

Xs = f(lat,Ion,h)

_ г _

Вычисление координат искомой точки снимка в ГЦСК X = Xs + de

т

Вычисление географических координаты точек снимка BLH=/-1(X;c,Xv,Xz)

( Конец

Рис. п. 1. Блок-схема алгоритма определения координат точек снимка

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ

Начало )

Ввод

1М, 1оп, А, В1Л10, ВЫ1|, В1Л12, В1Л13, В1Л14, ах, ау, ;е0 ..4

I

Вычисление координат ЛА и точек снимка в ГЦСК

_хк = ДЫ,1оп,И), X, =/(ВЫ1,;_

х

Вычисление длин векторов от камеры до точек снимка го, = ^(хкх -х1хУ+ (хку -х,у} + (хкг - х,гУ

Вычисление направляющих косинусов точек снимка в ТЦСК

-собЦоп) ят(1а!) кео -вт(1а1) $т(/оп) кео( +сов(!а1) кео^ -$\п(1оп) кео^+соБ (¡оп) кео;

кпо7 =

-сое(/а/) cos.ilоп) кео^-соБ^д?) 8т(/о«) кео -зт{Ш) ксо __

Вычисление координат точек снимка в IЦСК

XIIо, =го, -кпо,

аг 1 = агйап

Вычисление угола азимута ЛА

' Ц0 2у ~ 1 у )+ Цо Зу ~ кп<> 4у )

(кпо2;г -кпо];г)+(кпоз^ -кпо4л)

Е

Поворот вектора точки Кв0 На угол аг1

С05(СК1) кпОд^ + 51П(021) кПОц^

кпа = -81п(ог1)-кпоо; + сс«(а21) кпоо^,

кпо0,

Т

Вычисление угола места ЛА I кла

ит 1 = агйап

кла - J

Поворот вектора точки Кэо На угол ит1

соъ(ут\) кпях+тп(ит\) кпа.

кпи= кпау

—51п(м/п1) кпа^+со5(ит\) кпа.

т

Вычисление угола крена ЛА

кг\ = -агсЛаг

(кпиу ^

кпи_

к$о,

т

Вычисление направляющих косинусов точек снимка в связанной с объектом системе координат

С08(аг1) соз(шя1) кпо +8т(<зг1) С05(иот1) кгт -51п(«т1) кпо;

х у г

-(8т(яг1) со5(Ы)-со5(а21) 81п(мот1) э т(А;И)) кпо +(со8(аг1) со5(&И)+51п(<з71) в1п(и/и1) 81п(ЛИ)) кпо +соь(ут\) ап(кЛ) кпо

х у 2

(вт^Г) 8т(Ы)+С08^г1) 8т(шя1) С08(Ы)) кпо -(соз(зг1) ьт(кг1)-$т(а2\) 8т(ит1) соя(кИ)) кпо +С08(ит1) соэ^И) кпо

* У г ,

( Конец )

Рис. п. 2. Блок-схема алгоритма решения обратной задачи

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. УПРОЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК СНИМКА

С Начало)

_ т _

Ввод

Ш, 1оп, к, с!И, аг, ит, кг, ах, ау, йе, /у, рх, ру

Ж

Вычисление направляющих косинусов в искомой точке в связанной с объектом системе

координат 2(к

• рх

ах

¿х

/ 7 2 • йу

--ру

*У

кз^ — 1 кз-у

( Конец )

Рис. п. 3. Блок-схема упрощенного алгоритма определения координат точек

снимка

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ТЕПЛОВИЗОР NEC THERMO TRACER TH7102

Внешний вид компактного тепловизора NEC ТН-7102 MX/WX/MV/WV с неохлаждаемым длинноволновым матричным детектором приведен на рис. п. 4.

Рис. п. 4. Внешний вид тепловизора NEC ТН-7102 Основные технические характеристики тепловизора NEC ТН-7102

приведены в таблица п. 1.

Таблица п. 1. Основные технические характеристики тепловизора NEC ТН-

7102

Характеристика Значение

Диапазон измерения температуры от -40°С до +500°С (Расширяемый до +2000°С)

Температурное разрешение от 0,03 °С при 30°С

Точность измерения 2% (от показания)

Спектральный диапазон 7,5-14 мм

Тип детектора Неохлаждаемая микроболометрическая матрица («Boeing», матрица пятого поколения ) 320x240 элементов

Оптическое поле зрения Стандартное 29°х22°, дополнительные 14,5°х11°, 55°х42° и 9,7°х8°

№ОУ от 0,33 mrad

Диапазон фокусирования от 30 см до бесконечности

Частота кадров 60 Гц

Динамический диапазон 14 бит

Коррекция влияния окружающей температуры Обеспечена автоматически

Коррекция излучательной способности от 0,10 до 1,00 (с шагом 0,01)

Коррекция на внешнюю оптику Автоматическая, на основе информации от внутренних датчиков

Коррекция на пропускание атмосферы Обеспечена автоматически

Дисплей

'Стандартный: цветной видоискатель; дополнительный:! .выносной 5" ЖК цветной дисплей с активной матрицей и] панелью дистанционного управления камерой

Автоматические функции

Функции дисплея

Функции обработки данных

Сохранение данных

Полностью автоматические настройки (уровень, чувствительность, фокусировка); По выбору: Автофокус, Автоуровень, Авточувствительность Запуск/фиксация изображения; Цветной/монохромный' (позитив/негатив); ¡Палитра из 16, 32, 64, 128, 256 цветов; Радужная палитра, |"горячий металл", медицинская палитра, отображение! изотермических полос (4 полосы)

Измерение температуры по нескольким точкам (10 ! ¡точек) с коррекцией ее в каждой точке, отображение | разницы температур. Отображение Max/min j температуры (по всему диапазону или в установленном j интервале). Сигнализация (по всему диапазону или в ] установленном интервале)/ Установка параметров (до 5 j установок). Фильтр пространственных частот. 1 Автоматическое управление центровкой уровня (АРУ). ¡Текстовые примечания. Выравнивание фона. Подстройка подусловия внешней среды (расстояние, температура, влажность). j

Compact Flash карты памяти (Формат SIT, BMP, JPG) с| возможностью записи текстовой и голосовой аннотации! термограмм

Запись видео (для ТН-7102MV/WV) ___

Выводы (интерфейс)

Встроенная цветная видеокамера 0,41 Mpix (1 Люкс)

Защита от внешних воздействий

Температура и хранения/работы

влажность

GP-IB, RS-232,IEEE 1394, видеовыход (PAL, NTSC, S-1

Video)________________ _ j

Стандарт IP54 (влаго- и пылезащищенное исполнение),5 титан-алюминиевый корпус, устойчив к ¡электромагнитному излучению, защита от удара - 30G, от вибрации более 3G (IEC68-2-29)

-40°С до + 70°С / -15°С до + 50°С

Источник питания

Размеры (мм) Вес тепловизора

Стандартные аккумуляторы (Li-ion) 7,2 В (90 гр.), время работы 120 минут; сетевой адаптер от 100 до 240 В. В 97x110x169 J ------ —--- -

¡1,69 кг (с аккумулятором)

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. АППАРАТУРА МРК-32

Внешний вид антенной системы и приемно-измерительного блока аппаратуры МРК-32 приведен на рис. п. 5.

Приемоиндикатор МРК-32 предназначен для высокоточного автоматического определения координат объектов, их скорости и других элементов движения. Приемоиндикатор обеспечивает прием и обработку информации от спутников ГЛОНАСС и GPS для определения информационных параметров с погрешностями гарантируемыми навигационными системами. Аппаратура обеспечивает поиск, захват и сопровождение сигналов с частотными литерами от минус 7 до плюс 12 НКА системы ГЛОНАСС и сигналов с частотой НКА системы GPS при мощности сигнала на входе малошумящего усилителя (МШУ) минус 160 дБВт. Аппаратура обеспечивает определение навигационных параметров не более, чем через 3,5 мин после включения аппаратуры, при наличии исходных данных по координатам, скорости и времени с погрешностью ±100 км, ±10 м/с и ±1 мин соответственно, при наличии альманаха давностью до одного месяца и прямой видимости не менее четырех НКА.

Аппаратура обеспечивает определение скорости со среднеквадратической погрешностью не более 0,1 м/с при использовании сигналов НКА системы ГЛОНАСС.

Рис. п. 5. Внешний вид приемника МРК-32

Аппаратура определяет скорость по сигналам НКА системы GPS и при совместном использовании сигналов НКА системы ГЛОНАСС и сигналов НКА системы GPS со среднеквадратической погрешностью системы GPS для общедоступного кода С/А не более 0,5 м/с. Аппаратура обеспечивает определение координат со среднеквадратической погрешностью не более 35 м в плане и не более 50 м по высоте при использовании сигналов НКА системы ГЛОНАСС.

Аппаратура определяет координаты по сигналам НКА системы GPS и при совместном использовании сигналов НКА системы ГЛОНАСС и сигналов НКА системы GPS со среднеквадратической погрешностью системы GPS для обще доступного кода С/А, равной 150 м. Аппаратура обеспечивает определение значений углов азимута антенного модуля с систематической погрешностью не более 10' и углов тангажа и крена - не более 20'.

Аппаратура обеспечивает выход сигнала опорной частоты 10 МГц с относительной нестабильностью не более ±2*10"9 и мощностью не менее 0,5 мВт на нагрузке сопротивлением 50 Ом.

Точность привязки внешней секундной метки к шкале времени прибора не хуже 100 не. Точность привязки секундной метки к шкале государственного эталона времени и частоты (ГЭВЧ) не хуже 1мкс.

Технические характеристики:

Первичное питание от сети +27В, потребляемая мощность 15 Вт;

Масса антенного поста МРК-11 - 28,2 кг;

Масса приемного модуля - 3,2 кг;

Габаритные размеры антенного поста МРК-11 - 966x1060x208 мм;

Габаритные размеры приемного модуля - 200x296x76 мм;

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ МЕТОДОМ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

( Начало ) +

г=100,т=1

5

Вычисление истинных географических координат ¡-й точки снимка {В1, I,-, Я}0 для заданных истинных значений 1ш0, 1оп0, И0, аг0, ит0, кг0

' г

Вычисление частных значений величин с заданной погрешностью 1а1т=Ый+АЫ, 1опт= 1оп0+ А1о1, !гт= к 0+АИ, йЬА1Ь, агт = аг0 + Ааг, итт = ит0 + Лит, кг0 = кг + Акт

I

Вычисление частных значений географических координат точек снимка {в1,Ь1,Н{ }т для заданных Шт, 1опт, кт, (Нгт, агт, итт, кгт

Вычисление СКО определения географических координат точек снимка

=Л- Ьаг = 1(1,1 -АоЪ°щ =Рт 0У

1 к = 1 1 Чт к — \ 1 \т к — 1

I

( Конец )

Рис. п. 6. Блок-схема алгоритма оценки погрешностей методом статистического моделирования

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. АЛГОРИТМ АНАЛИТИЧЕСКОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТОВ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ НА ФОТО- И ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ

( Начало )

Г

Ввод исходных данных + -

-о

Пересчет значений погрешностей определения параметров пространственной ориентации ЛА в погрешности направляющих косинусов для вектора от центра объектива камеры тепловизора до искомой точки объекта, принадлежащей тепловизионному изображению, в топоцентрической

системе координат

* -(2\

Пересчет значений погрешностей направляющих косинусов вектора в топоцентрической системе

координат в погрешности определения расстояния от центра объектива камеры тепловизора до точки

объекта, принадлежащей тепловизионному изображению

л

Пересчет значений погрешностей направляющих косинусов вектора в топоцентрической системе С координат и погрешности определения расстояния от центра объектива камеры тепловизора до искомой точки в погрешности определения координат искомой точки в топоцентрической системе

_координат _

X

щ

Расчет значений погрешностей определения величины радиуса кривизны сечения эллипсоида Земл

в меридиональной и нормальной плоскостях

I -

-©I

Пересчет совокупности найденных значений погрешностей в погрешности определения

криволинейных геодезических координат объекта в искомой точке - * -

( Конец )

Рис. п. 7. Блок-схема алгоритма аналитического метода оценки погрешностей

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. СКО ПОГРЕШНОСТИ ОЦЕНКИ

КРИВОЛИНЕЙНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ КООРДИНАТ ТОЧЕК СНИМКА, НАЙДЕННЫЕ МЕТОДОМ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Таблица п. 2. СКО погрешности оценки определения координат точек снимка

СКО Значение углов обзора камеры тепловизора

погрешности св и. св

оценки % ■V й

определения географических я о св Ьй к я ГС а. о

координат и 3- о о X

пространственной ориентации ЛА Н 9,7°х8° 14,5°х11° 29°х22° 55°х42°

В" 1,136 1,136 1,136 1,136

0 Ь" 2,017 2,017 2,017 2,017

Н, м 51,460 51,460 51,460 51,460

В" 1,136 1,137 1,137 1,142

1 Ь" 2,018 2,019 2,026 2,069

Оша= 1,132" Н, м 51,460 51,460 51,460 51,460

о1оп = 2,019" В" 1,137 1,137 1,141 1,166

су, = 50 м 2 Ь" 2,017 2,017 2,017 2,018

оах = 10' Н, м 51,460 51,460 51,460 51,460

Оит, <Гкг = 20' В" 1,136 1,136 1,137 1,141

3 Ь" 2,017 2,018 2,023 2,062

Н, м 51,460 51,460 51,460 51,460

В" 1,137 1,138 1,142 1,171

4 Ь" 2,017 2,017 2,017 2,017

Н, м 51,460 51,460 51,460 51,460

В" 0,037 0,037 0,037 0,037

0 Ь" 0,067 0,067 0,067 0,067

Н, м 14,094 14,172 14,172 14,172

В" 0,039 0,043 0,057 0,116

1 Ь" 0,091 0,109 0,194 0,455

вшгГ 0,032" Н, м 14,094 14,172 14,172 14,172

вы = 0,058" В" 0,051 0,064 0,116 0,277

ои = 10 м 2 Ь" 0,068 0,068 0,071 0,087

Н, м 14,094 14,172 14,172 14,172

0ит, <*кг = 20' В" 0,039 0,043 0,057 0,117

3 Ь" 0,089 0,110 0,195 0,457

Н, м 14,094 14,172 14,172 14,172

В" 0,051 0,064 0,116 0,276

4 Ь" 0,068 0,068 0,072 0,088

Н, м 14,094 14,172 14,172 14,172

Для числа опытов 2=200, углов пространственной ориентации летательного аппарата аг - -150°, ит = 0°, кг = 0°.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. СКО ПОГРЕШНОСТИ ОЦЕНКИ

КРИВОЛИНЕЙНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ КООРДИНАТ ТОЧЕК СНИМКА, НАЙДЕННЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Таблица п. 3. СКО погрешности оценки определения координат точек снимка

СКО Значение углов обзора камеры тепловизора

погрешности СЗ И ев

оценки 35 ГА Й

определения географических Я и ев а X к « а. о

координат и з-£ о ^

пространственной ориентации ЛА 9,7°х8° 14,5°х11° 29°х22° 55°х42°

В" 1,132 1,132 1,132 1,132

0 Ь" 2,020 2,020 2,020 2,020

Н,м 50,990 50,990 50,990 50,990

В" 1,132 1,132 1,133 1,137

1 Ь" 2,021 2,022 2,028 2,069

0ша= 1,132" Н, м 50,990 50,990 50,991 50,995

01оп = 2,019" В" 1,132 1,133 1,137 1,164

ои = 50 м 2 Ь" 2,020 2,020 2,020 2,021

<?а; = Ю' Н, м 50,990 50,990 50,991 50,995

Оит, &кг = 20' В" 1,132 1,132 1,133 1,137

3 Ь" 2,021 2,022 2,028 2,069

Н, м 50,990 50,990 50,991 50,995

В" 1,132 1,133 1,137 1,164

4 Ь" 2,020 2,020 2,020 2,021

Н, м 50,990 50,990 50,991 50,995

В" 0,037 0,037 0,037 0,037

0 Ь" 0,067 0,067 0,067 0,067

Н, м 14,142 14,142 14,142 14,142

В" 0,039 0,043 0,057 0,116

1 Ь" 0,090 0,109 0,193 0,454

аша= 0,032" Н, м 14,142 14,143 14,145 14,159

а1о„ = 0,058" В" 0,051 0,064 0,116 0,275

(Т/,= 10м 2 Ь" 0,068 0,068 0,071 0,087

^,= 10' Н, м 14,142 14,143 14,145 14,159

Опт, Окг ~ 20' В" 0,039 0,043 0,057 0,116

3 Ь" 0,090 0,109 0,193 0,454

Н, м 14,142 14,143 14,145 14,159

В" 0,051 0,064 0,116 0,275

4 Ь" 0,068 0,068 0,071 0,087

Н, м 14,142 14,143 14,145 14,159

Для углов пространственной ориентации летательного аппарата аг = -150°, ит = 0°, кг = 0°.

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. АБСОЛЮТНАЯ РАЗНИЦА СКО

ПОГРЕШНОСТИ ОЦЕНКИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ

ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ КООРДИНАТ ТОЧЕК СНИМКА

Таблица п. 4. Абсолютная разница СКО погрешности определения криволинейных геодезических координат точек снимка между результатами,

найденными аналитическим и статистическим методами

СКО Значение углов обзора камеры тепловизора

погрешности «а а ев

оценки % м ё

определения географических X о сЗ Ьй X к « о. о

координат и У о а

пространственной ориентации ЛА н 9,7°х8° 14,5°х11° 29°х22° 55°х42°

ДВ" 0,004 0,004 0,004 0,004

0 ДЬ" 0,003 0,003 0,003 0,003

ДН, м. 0,47 0,47 0,47 0,47