Разработка теоретических основ и методов решения специальных задач прикладной геодезии на основе видеоизмерений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат наук Буюкян, Сурен Петросович

• Буюкян, Сурен Петросович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Буюкян, Сурен Петросович

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 ВОЗМОЖНОСТИ РЕШЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПРИКЛАДНОЙ ГЕОДЕЗИИ НА ОСНОВЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ

1.1 Возможности решения специальных задач прикладной геодезии на основе традиционных геодезических методов и

средств измерений

1.2 Возможности решения специальных задач прикладной геодезии на основе новейших геодезических методов и

средств измерений

1.3 Возможности решения специальных задач прикладной геодезии на основе телевизионных методов и средств измерений

1.4 Возможности решения специальных задач

прикладной геодезии на основе видеоизмерений

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Основы формирования стандартного телевизионного видеосигнала

2.2 Модель видеоизмерений

2.3 Математические основы видеоизмерений при установке видеодатчика на неподвижном основании

2.4 Математические основы видеоизмерений при установке видеодатчика на подвижном основании

2.5 Связь между погрешностями видеоизмерений

и соответствующих геодезических измерений

3 СРЕДСТВА ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ

3.1 Технические средства видеоизмерений

3.2 Программные средства видеоизмерений

3.3 Надежность видеоизмерений

3.4 Основные источники погрешности видеоизмерений

4 МЕТОДЫ ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ И

ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПРИКЛАДНОЙ ГЕОДЕЗИИ НА РАЗЛИЧНЫХ СООРУЖЕНИЯХ

4.1 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для мониторинга плановых и крутильных колебаний верха Главного Монумента в парке Победы на Поклонной горе в Москве

4.2 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для контроля плановых координат рабочих точек антенн фазово-корреляционного пеленгатора

4.3 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система

для контроля высотных положений узлов сооружения

4.4 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для контроля положения микропроходческого щита

относительно проектного направления

4.5 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для измерения прогибов главных несущих балок перекрытия зрительного зала Государственного Кремлевского Дворца

4.6 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для передачи заданного направления (азимута) с неподвижного основания на подвижный объект в одном горизонте

4.7 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для передачи заданного направления (азимута)

с одного горизонта на другой

4.8 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для мониторинга деформаций несущих конструкций Лефортовского тоннеля глубокого заложения в Москве

4.9 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для измерения весовых деформаций рефлектора

большой параболической антенны ТНА-1500

4.10 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для контроля геометрии внутренней вертикальной

цилиндрической поверхности

4.11 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система

для измерения наклона контролируемого объекта

4.12 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система для измерения планового положения контролируемого

объекта относительно прямого и обратного отвесов

4.13 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система

для измерения высотного положения подвижного объекта

5 ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ И ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

5.1 Перспективы совершенствования аппаратурных

средств видеоизмерений

5.2 Перспективы совершенствования программных

средств видеоизмерений

5.3 Перспективы видеоизмерений для решения других задач

5.3.1 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная

система для измерения давления в жидкости

5.3.2 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система

для измерения плотности жидкости

5.3.3 Метод видеоизмерений и видеоизмерительная система

для измерения показателя преломления жидкостей и газов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Справка о вкладе главного специалиста отдела высокоточных и специальных работ «ГСПИ» Буюкяна С.П.

в создание видеоизмерительных систем

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Вывод формулы для вычисления горизонтального угла между узлами видеоизмерительной системы,

установленными на разных горизонтах

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Свидетельство об утверждении типа средства измерений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка теоретических основ и методов решения специальных задач прикладной геодезии на основе видеоизмерений»

ВВЕДЕНИЕ

Известны специальные задачи прикладной геодезии, например, мониторинг плановых и крутильных колебаний высотных сооружений, измерение прогибов несущих балок большепролетных сооружений, передача заданного направления (азимута) с неподвижного основания (берег) на подвижный объект (корабль) в одном горизонте и с одного горизонта на другой, контроль положений рабочих точек антенн антенных комплексов, для решения которых необходимо выполнение высокоточных (с относительной погрешностью 0,01%), длительных (в течение срока эксплуатации сооружения), непрерывных и периодических, оперативных (10 измерений в секунду) измерений с выдачей конечного результата решаемой задачи в автоматизированном режиме и в реальном времени. Эти задачи не решаются традиционными и не всегда решаются новейшими геодезическими методами и средствами измерений, что требует поиска новых решений, к которым относится разработанный автором новый в прикладной геодезии метод видеоизмерения, основанный на компьютерной обработке изображения наблюдаемого объекта в стандартном телевизионном видеосигнале.

Актуальность диссертационной работы состоит в том, что на основе видеоизмерений решаются многие задачи прикладной геодезии, которые не решаются на основе существующих геодезических методов и средств измерений.

Цель диссертации состоит в обеспечении надежной эксплуатации уникальных инженерных сооружений при том, что она не обеспечивается существующими геодезическими методами и средствами измерений.

Для ее достижения необходимо было решить следующие задачи:

• Разработать теоретические основы видеоизмерений для вычисления параметров, создания математических моделей и алгоритмов микропроцессорных и компьютерных программ видеоизмерений.

• Разработать методы видеоизмерений и видеоизмерительные системы для уникальных инженерных сооружений.

• Разработать метод преобразования стандартного телевизионного видеосигнала из аналогового в цифровой вид с выделением координат контурных точек изображения наблюдаемого объекта в видеокадре и создать специализированный видеопроцессор с возможностью передачи массивов цифровых данных через типовой компьютерный порт (USB) за время телевизионного полукадра, что позволяет в видеоизмерительных системах использовать практически любые компьютеры.

Степень разработанности темы:

Наиболее значимые успехи в решении задач по автоматизации высокоточных геодезических измерений достигнуты трудами ученых и специалистов МИИГАиК (Москва), ГСПИ (Москва), ЦНИИГАиК (Москва), СГУГиТ (Новосибирск), НИИПГ (Новосибирск), ЕрПИ (Ереван), ЛПИ (Львов).

Наиболее близким к методу видеоизмерений является телевизионный метод измерений, пик развития которого пришелся на вторую половину ХХ века. В качестве первичного измерительного преобразователя в нем служила специальная телевизионная передающая трубка - диссектор, - характеризуемая значительными габаритами и массой, питаемая от нескольких источников электрического тока, включая высоковольтный, что огранивало его возможности для решения специальных задач прикладной геодезии.

При разработке видеоизмерительных системах использовались современные достижения микроэлектроники и компьютерной техники и технологии, в частности, модульные видеокамеры с координатно-чувствительным матричным фотоприемником (ПЗС-матрицей), что позволило в качестве первичного измерительного преобразователя использовать видеодатчик, характеризуемый незначительными габаритами и массой, питаемый от одного низковольтного (12В) и слаботочного (0,1А) источника постоянного тока.

Теоретическая значимость диссертации заключена:

• В разработке автором теоретических основ видеоизмерений, обеспечивающих создание математических моделей и алгоритмов микропроцессорных и компьютерных программ, а также создание видеоизмерительных систем, настроенных на выдачу конечного результата решаемой задачи в автоматизированном режиме и в реальном времени.

• В выводе формул для вычислений:

- числа дискретов, выделяемых в направлениях координатных осей и в целом видеокадре;

- констант видеоизмерений;

- масштабных коэффициентов в направлениях координатных осей видеокадра;

- угла между узлами видеоизмерительной системы при передаче заданного направления (азимута) с одного горизонта на другой;

- средней квадратической погрешности видеоизмерений и соответствующих геодезических измерений.

Научная новизна диссертации заключена:

• В разработке нового в прикладной геодезии метода видеоизмерений и методов решения специальных задач прикладной геодезии, обеспечивающих надежное функционирование уникальных инженерных сооружений в ряде регионов России.

• В разработке нового метода преобразования стандартного телевизионного видеосигнала из аналогового в цифровой вид с выделением координат контурных точек изображения наблюдаемого объекта в видеокадре и с передачей массивов цифровых данных через типовой компьютерный порт за время одного телевизионного полукадра, что позволяет в видеоизмерительных системах использовать практически любые компьютеры.

Методология разработок и исследований состояла:

• В оптимизации параметров узлов и видеоизмерительных систем в целом на основе метода «наименьших квадратов».

• В обработке результатов экспериментальных исследований и испытаний узлов и видеоизмерительных систем в целом на основе методов математической статистики.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в создании при непосредственном участии автора в качестве главного разработчика следующих видеоизмерительных систем:

о Видеоизмерительной системы для мониторинга плановых и крутильных колебаний верха Главного Монумента в парке Победы на Поклонной горе, Москва, 1997г.

о Видеоизмерительной системы для измерения весовых деформаций рефлектора большой параболической антенны ТНА-1500, Московская область, 2000г.

о Четырех видеоизмерительных систем для оперативного контроля плановых координат рабочих точек антенн антенных комплексов в центрах космической связи, Московская область, Красноярский край, 2001, 2003, 2005, 2012г.г.

о Мобильной видеоизмерительной системы для мониторинга деформаций несущих конструкций (тюбингов) Лефортовского тоннеля глубокого заложения, Москва, 2005г.

о Трех видеоизмерительных систем для передачи заданного направления (азимута) в одном горизонте и с одного горизонта на другой, Архангельская и Волгоградская области, 2006, 2007, 2008г.г.

о Видеоизмерительной системы для измерения деформаций главных несущих балок перекрытия зрительного зала Государственного Кремлевского Дворца, Москва, 2010г.

о Видеоизмерительной системы для контроля геометрии внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, получившей государственную регистрацию в качестве типа средства измерений с выдачей Свидетельства RUE.27.003A №53123, 2013г. (ПРИЛОЖЕНИЕ В).

Положения, выносимые на защиту:

❖ Метод видеоизмерений, основанный на компьютерной обработке изображения наблюдаемого объекта в стандартном телевизионном видеосигнале, обеспечивающий выполнение высокоточных, длительных, оперативных, непрерывных и периодических измерений с выдачей конечного результата решаемой задачи в автоматизированном режиме и в реальном времени.

❖ Методы решения следующих задач прикладной геодезии на основе видеоизмерений:

- мониторинг плановых и крутильных колебаний высотного сооружения;

- контроль плановых координат точек сооружения в местной координатной системе;

- измерение высотного положения узлов сооружения;

- контроль положения объекта относительно заданного (проектного) направления;

- контроль положения объекта относительно заданного створа;

- передача заданного направления (азимута) с неподвижного основания на подвижный объект в одном горизонте и с одного горизонта на другой;

- мониторинг деформаций несущих конструкций (тюбингов) тоннельного сооружения;

- измерение весовых деформаций наклоняемого массивного узла сооружения;

- контроль геометрии внутренней вертикальной цилиндрической поверхности.

- измерение наклона контролируемого объекта;

- измерение положения контролируемого объекта относительно струны прямого и обратного отвесов;

- измерение высотного положения подвижного объекта.

• Метод преобразования стандартного телевизионного видеосигнала из аналоговой в цифровую форму с выделением координат контурных точек изображения наблюдаемого объекта в видеокадре и созданный на его основе специализированный видеопроцессор, позволяющий передавать массивы цифровых данных через типовой компьютерный порт за время одного телевизионного полукадра, что позволяет в видеоизмерительных системах использовать практически любые компьютеры.

Достоверность основных положений, рекомендаций и выводов диссертации состоит:

• В удовлетворительной сходимости результатов вычислений параметров видеоизмерений с результатами контрольных измерений и испытаний узлов и видеоизмерительных систем в целом.

• В экспериментальном подтверждении возможности создания специализированного видеопроцессора на основе разработанного автором метода преобразования стандартного телевизионного видеосигнала из аналогового в цифровой вид с выделением координат контурных точек изображения наблюдаемого объекта в видеокадре и передачей массивов цифровых данных через типовой компьютерный порт (USB) за время одного телевизионного полукадра.

Апробация диссертационной работы состояла в обсуждении и экспонировании основных результатов исследований и разработок на всероссийских и международных конференциях и выставках:

- юбилейной научно-практической конференции «Подземное строительство России на рубеже XXI века. Итоги и перспективы», Москва, 15-16 марта, 2000г.;

- международной научно-практической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века. Опыт и перспективы», Москва, 28-31 октября, 2002г.;

- 125-ой Ежегодной конференции-выставке международной геодезической федерации (125th Anniversary of FIG), Париж, 13-17 апреля, 2003г.;

- конференции - выставке: «По инновационным технологиям из России, Украины и Казахстана», организованной департаментом национальной ядерной безопасности министерства энергетики США, Филадельфия, штат Пенсильвания, 5-6 ноября, 2003г.;

- международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, Москва, 25-27 мая, 2004г.;

- на инновационном форуме госкорпорации «Росатом», где экспонировался пакет предложений по использованию видеоуровнемера в нефтехимической, пищевой и других областях, Москва, 27-28 июня, 2006г.

Апробация ряда положений диссертационной работы также состояла в обсуждении совместного с Рязанцевым Г.Е. доклада автора на тему: «Автоматизированные информационно-измерительные системы ФГУП «ГСПИ» на основе видеоизмерений» в 2005г. на выездной сессии НТС-8 госкорпорации «Росатом», который своим решением рекомендовал Правительству Москвы использовать результаты разработок при создании автоматизированных систем мониторинга деформационного состояния конструкций высотных зданий и сооружений в рамках реализации городской комплексной инвестиционной программы «Новое кольцо России».

Главными заказчиками работ, представленных в диссертации, являлись: «ОКБ МЭИ», ФГУП «МИТ», ФГУП «НПЦ АП», СКБ МТ «Рубин».

1 ВОЗМОЖНОСТИ РЕШЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ

ПРИКЛАДНОЙ ГЕОДЕЗИИ НА ОСНОВЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ

МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ

1.1 Возможности решения специальных задач прикладной геодезии

на основе традиционных геодезических методов и средств измерений

Традиционные геодезические методы и средства измерений с использованием различных оптических приборов (теодолитов, нивелиров, оптических центриров и др.) характеризуются следующими основными особенностями:

- измерения выполняются с участием оператора (геодезиста), ошибки которого вносят свой вклад в общую погрешность измерений;

- участие оператора в процессе измерений ограничивает их быстродействие и продолжительность;

- для достижения конечного результата решаемой специальной прикладной задачи, как правило, необходима дополнительная камеральная обработка результатов измерений, что не отвечает требованиям автоматизации измерений с выдачей конечного результата в реальном времени.

В соответствии с изложенным на основе традиционных геодезических методов и средств измерений не могут решаться специальные задачи прикладной геодезии, так как не отвечают требованиям быстродействия, продолжительности и автоматизации измерений с выдачей конечного результата в реальном времени.

1.2 Возможности решения специальных задач прикладной геодезии

на основе новейших геодезических методов и средств измерений

Новейшие геодезические методы и средства измерений, основанные на использовании оптоэлектронных приборов (тахеометров, лазерных сканеров, глобальных спутниковых навигационных систем и др.), характеризуются следующими основными особенностями:

- как правило, выполняются в автоматизированном режиме без непосредственного участия оператора, которым задаются лишь исходные параметры измерений;

- с высокой частотой (10Гц) и в течение длительного времени, ограниченном только долговечностью и надежностью механических узлов;

- для достижения конечного результата решаемой специальной задачи прикладной геодезии, как правило, необходима дополнительная камеральная обработка результатов измерений.

Например, облако цифровых данных, полученных с помощью лазерных сканеров содержит информацию о координатах точек наблюдаемого объекта, но для достижения конечного результата решаемой специальной задачи прикладной геодезии (например, взаимосвязи указанных координат с заданными направлениями), как правило, необходима дополнительная камеральная обработка.

Что касается глобальных спутниковых навигационных систем, то, как известно, они не могут функционировать в закрытых (подземных) помещениях, что ограничивает их применение для решения соответствующих специальных задач прикладной геодезии. Кроме того, они не обеспечивают точности измерений в доли миллиметра.

1.3 Возможности решения специальных задач прикладной геодезии

на основе телевизионных методов и средств измерений

В телевизионных методах измерений в качестве первичного измерительного преобразователя служит специальная телевизионная трубка - диссектор [53,55,58,64], характеризуемая значительными габаритами и массой, питаемая от нескольких источников электрического тока, включая высоковольтный.

Кроме того, обработка телевизионного видеосигнала выполняется с помощью сложных и громоздких аппаратурных средств, в которых решаются сложные технических задачи, связанные с обеспечением линейности и стабильности телевизионной развертки и ее привязки к «нулевой» точке.

Указанные характеристики телевизионных методов и средств измерений существенно ограничивают возможности их применения для решения специальных задач прикладной геодезии.

1.4 Возможности решения специальных задач

прикладной геодезии на основе видеоизмерений

Видеоизмерения, как уже отмечалось, являющиеся дальнейшим развитием телевизионных методов измерений, отличаются от них рядом особенностей:

- в качестве первичного измерительного преобразователя используется видеодатчик, в типовом исполнении содержащий всего лишь объектив и модуль видеокамеры с ПЗС-матрицей, характеризуемый высокой надежностью (наработка до отказа 100000 час.), незначительными габаритами (30*30мм) и

массой (15Г), питаемый от одного слаботочного (0,1А) низковольтного (12В) источника постоянного тока;

- выходной стандартный телевизионный видеосигнал видеодатчика может передаваться по типовым каналам связи, включая спутниковые, на любые расстояния, что позволяет создавать интегрированные на большой площади видеоизмерительные системы с общим центром сбора и обработки информации;

- ПЗС-матрица, выполненная на кристалле кремния, характеризуется высокой стабильностью геометрических параметров, обеспечивающей высокую точность видеоизмерений [56];

- преобразование стандартного телевизионного видеосигнала из аналоговой в цифровую форму может осуществляться с помощью типового видеопроцессора (контроллера, фрейм-граббера, видеобластера);

- визуализация изображения наблюдаемого объекта, содержащегося в стандартном телевизионном видеосигнале, может осуществляться с помощью типового видеомонитора;

- видеоизмерительные системы комплектуются типовыми промышленными узлами (объектив, модуль видеокамеры, видеопроцессор, блок питания, компьютер), которые выпускаются в массовом количестве, что снижает стоимость, сокращает сроки создания и повышает надежность функционирования видеоизмерительных устройств и систем.

В то же время стандартный телевизионный видеосигнал налагает определенные ограничения на параметры видеоизмерений:

- максимальное число активных точек (пикселей) на телевизионной строке в видеокадре составляет 767, а максимальное число активных телевизионных строк - 565, что ограничивает точность видеоизмерений;

- частота полукадров и видеокадров в телевизионном сигнале составляет соответственно 50 и 25Гц, что ограничивает частоту видеоизмерений.

Несмотря на указанные ограничения, налагаемые телевизионным стандартом, на основе видеоизмерений, как это следует из изложенного далее, может решаться широкий круг специальных задач прикладной геодезии и других задач.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Основы формирования стандартного телевизионного видеосигнала

В соответствии с действующим в России стандартом телевизионный видеосигнал формируется по принципу линейной чересстрочной развертки оптического изображения телевизионными строками в четном и нечетном полукадрах, объединяемых в видеокадр [54].

Формирование стандартного телевизионного видеосигнала в современных телевизионных системах осуществляется на основе сигналов позицион-но-чувствительного матричного фотоприемника (ПЗС-матрицы), на который объективом видеодатчика проецируется интересуемое изображение.

На рисунке 2.1, в качестве примера, показана схема сканирования телевизионными строками круглого изображения визирной цели в видеокадре с выделением контурных точек.

При сканировании телевизионными строками исходное изображение в видеокадре разлагается на элементарные составляющие, ввиду чего претерпевает значительные искажения, которые практически не сказываются на зрительном восприятии изображения в силу ряда физиологических особенностей зрения - его инерционности, ограниченной разрешающей способности, чувствительности и контрастности.

В то же время эти изображения существенно влияют на метрологические характеристики телевизионных измерений, следовательно, и видеоизмерений, ограничивая число точек, выделяемых в видеокадре, о чем упоминалось выше.

Стандартный телевизионный видеосигнал характеризуется следующими особенностями, влияющими на метрологические характеристики видеоизмерений:

у

Х,У - координатные оси видеокадра

Рисунок 2.1 - Схема сканирования телевизионными строками круглого изображения визирной цели в видеокадре с выделением контурных точек

- формируется по принципу линейной чересстрочной развертки с пространственно-временной дискретизацией исходного оптического изображения и с разложением на отдельные элементы (пиксели) в четном и нечетном полукадрах;

- мгновенное значение амплитуды видеосигнала пропорционально освещенности соответствующего элемента исходного оптического изображении, проецируемого на позиционно-чувствительный фотоприемник (ПЗС-матрицу);

- растровая равномерная развертка видеокадра (четного и нечетного полукадров), охватывает все элементы исходного оптического изображения, проецируемого на ПЗС-матрицу;

- каждой точке видеокадра соответствует точка в плоскости контролируемого объекта, перпендикулярной к оптической оси видеодатчика, что служит основой для видеоизмерений.

Основные параметры стандартного телевизионного видеосигнала представлены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры стандартного телевизионного видеосигнала

Параметр Формула Значение

1 2 3

Число телевизионных строк в кадре, ъ 625

Число активных телевизионных строк в кадре, 575

ъ АКТ

Частота кадров Гц 25

Частота полукадров fП, Гц 50

Формат кадра к=1р/Ир 4:3

Период кадра, мс ТК=1/& 40

Период полукадра, мс ТП=ТК /2 20

Относительная длительность обратного в = *к / Тп 0,08

хода кадровой развертки

Длительность прямого хода кадровой * ПК = (1 -в)Тп 18,4

развертки, мс

Частота строк, Гц 15625

Период строки, мкс ТС=1/^ 64

Длительность строчного синхросигнала, мкс 4,7

Длительность кадрового гасящего 1600

импульса, мкс

Длительность прямого хода Тпс =(1 -а) ТС 52

строчной развертки, мкс

Верхняя граничная частота спектра видеосигнала, МГц , 2 /К (1 -в) Г 2(1 -а) 7,37

Продолжение таблицы 1

Длительность элемента разложения, мкс Тэ = 1/(2/в ) 0,068

Число активных элементов в строке пс = кг акт 767

Число активных элементов в кадре N = кг 2 1у л^ акт 440833

Во время прямого хода кадровой развертки, длительность которого равна ^=(1-Р)ТК, формируются активные телевизионные строки, число которых равно zАКТ=(1-Р^.

В каждой активной телевизионной строке выделяется время прямого хода ^с=(1-а)ТС и время обратного хода ^=аТС.

Во время прямого хода строчной развертки формируется видеосигнал, содержащий информацию о распределении освещенности элементов изображения вдоль текущей телевизионной строки.

Видеосигнал и синхросигналы разделены по времени и по уровням: амплитуда видеосигнала может принимать любые значения в диапазоне от уровня «белого» до уровня «черного», уровень синхросигналов - от уровня «черного», на котором расположены их вершины, до уровня синхросигналов, что в совокупности повышает надежность разделения их друг от друга.

2.2 Модель видеоизмерений

Модель видеоизмерений основана на типовой схеме видеоизмерительной системы, представленной на рисунке 2.2.

Визирная цель ВЦ, закрепленная на наблюдаемом объекте НО, находится в поле зрения видеодатчика ВД, установленного в точке наблюдения ТН, привязанной к местной координатной системе.

ВД Видеодатчик НО Наблюдаемый объект

ВП Видеопроцессор ОБ Объектив

ВС Вижеосигнал ПЗС Прибор с зарядовой связью

ВЦ Визирная цель ПК Компьютер

МВК Модуль видеокамерв ТН Точка наблюдения

Рисунок 2.2 - Типовая схема видеоизмерительной системы

На выходе видеодатчика, содержащего объектив ОБ и модуль видеокамеры МВК с ПЗС-матрицей, формируется стандартный телевизионный видеосигнал ВС, который по типовым каналам связи, включая спутниковые, передается на рабочее место оператора РМО, содержащее видеопроцессор ВП и компьютер ПК. Видеосигнал в видеопроцессоре ВП преобразуется из аналоговой в цифровую форму, полученный массив цифровых данных передается в компьютер ПК, обрабатывается в нем специальной прикладной компьютерной программой и вычисляются искомые параметры видеоизмерений.

В результате координатная система из плоскости наблюдаемого объекта НО оптическим путем преобразуется в координатную систему видеодатчика ВД (ПЗС-матрицы) и электрическим путем - из координатной системы

видеодатчика ВД в координатную систему видеокадра. При этом каждой точке с координатами ХВК,УВК в координатной системе видеокадра соответствует точка с координатами ХНО,УНО в плоскости наблюдаемого объекта НО, что служит основой для видеоизмерений.

При выполнении видеоизмерений вычисляются координаты центра изображения визирной цели ВЦ в координатной системе видеокадра, выраженные в условных единицах - дискретах (пикселях), после чего с учетом масштабных коэффициентов в направлениях координатных осей видеокадра и координат точки наблюдения ТН в местной координатной системе - искомые координаты визирной цели ВЦ, следовательно, и наблюдаемого объекта НО в местной координатной системе.

Как правило, координатные оси ХВдУВд видеодатчика ВД (видеокадра ВК) устанавливаются параллельно координатным осям местной координатной системы МК. При этом искомые координаты визирной цели ВЦ в координатной системе наблюдаемого объекта НО вычисляются по формулам:

Х ВЦ = кх ХВК + ХМК

У = к УВ + У

1 ВЦ ЛУ1 ВК МК

(2.1)

где кХ, ку - масштабные коэффициенты, определяемые на основе калибровочных измерений, мм/дискрет;

В В

XВК, У*к - координаты центра изображения визирной цели в видеокадре, дискрет;

ХМК, УМК - координаты видеодатчика ВД в местной координатной системе, мм.

Масштабные коэффициенты кХ,ку в качестве констант записываются в «Опции» специальной прикладной компьютерной программы. При этом не

учитывается вклад оптических искажений объектива видеодатчика ВД в общую погрешность видеоизмерений.

Однако, при выполнении высокоточных видеоизмерений указанный вклад, главным образом, из-за дисторсии объектива видеодатчика может быть существенным, ввиду чего в компьютерной программе в табличном виде записывается несколько значений масштабных коэффициентов в соответствии с принятой кусочно-линейной аппроксимацией выходной нелинейной характеристики видеодатчика, также определяемых на основе калибровочных измерений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Буюкян, Сурен Петросович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Отсчетное устройство гидростатического нивелира. - Патент на изобретение RU №2112922. - Бюл. №16, 1998.

2 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Пороговый уровнемер. - Патент на изобретение RU №2145061. - Бюл. №3, 2000.

3 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е., Цветков В.И., Ленский Ю.В., Якушев В.Г., Каменский Л.П. Устройство передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой. - Патент на изобретение RU №2152591. - Бюл. №19, 2000.

4 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Уровнемер. - Патент на изобретение RU №2160430. - Бюл. №34, 2000.

5 Рязанцев Г.Е., Буюкян С.П., Жидков А.А., Надолинец Л.Д. Методы и средства автоматизации инструментального геомониторинга при строительстве и эксплуатации подземных сооружений // Тр. Юбилейной научно-практической конференции «Подземное строительство России на рубеже XXI века, итоги и перспективы». - 2000. - С.436-443.

6 Жидков А.А., Буюкян С.П., Надолинец Л.Д., Горелов В.А. Автоматическая система наблюдений весовых деформаций радиотелескопа ТНА-1500 // «Геодезист». - 2001. - №6. - С.28-29.

7 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой. - Патент на изобретение RU №2174215. - Бюл. №27, 2001.

8 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой. - Патент на изобретение RU. -№2174216. - Бюл. №27, 2001.

9 Буюкян С.П. Видеоизмерение в инженерной геодезии // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2002. - №6. - С.27-34.

10 Рязанцев Г.Е., Буюкян С.П. Методы и средства автоматизированного инструментального мониторинга при строительстве и эксплуатации тоннелей. Труды международной научно-практической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы». - 2002. - С.507-509.

11 Буюкян С.П. Видеоизмерительная система контроля координат рабочей точки антенны // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2003. - №1.

12 Рязанцев Г.Е., Бубман И.С., Буюкян С.П. Современные методы и средства автоматизации геодезических наблюдений за деформациями строительных конструкций // «Геодезист». - 2003. - №1-6. - С.21-24.

13 Буюкян С.П. Видеоизмерительная система гидростатического нивелира // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2003. - №2. - С.128-130.

14 Буюкян С.П. Видеоизмерительные системы для передачи направления с одного горизонта на другой // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. -2003. - №3. - С. 108-118.

15 Буюкян С.П., Гинце А.С., Шекшня В.В., Колесников А.А., Рубинчик Э.Б., Никоноров В.Б., Рязанцев Г.Е. Устройство автоматического контроля положения проходческого комплекса. - Патент на изобретение RU №2197616. - Бюл. №3, 2003.

16 Рязанцев Г.Е., Буюкян С.П. Методы и средства автоматизированного инструментального геотехнического мониторинга // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2003. - №3. - С.22-25.

17 Souren P. Bujukjan and Igor J. Vasyutinskiy: Videomeasuring Hydrostatic System. 125th Anniversary of FIG. Paris, April 13-17, 2003.

18 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е., Соломонов Л.С., Каменский Л.П., Ленский Ю.В., Цветков В.И. Устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой. - Патент на изобретение RU №2204116. - Бюл. №13, 2003.

19 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е., Соломонов Л.С., Каменский Л.П., Ленский Ю.В., Цветков В.И. Устройство для передачи направления с одного горизонта на другой. - Патент на изобретение RU №2219494. - Бюл. №35, 2003.

20 Рязанцев Г.Е., Буюкян С.П. Методы и средства автоматизированного инструментального геотехнического мониторинга на основе видеоизмерений. Тр. Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, Аэрокосмические съемки и фотограмметрия. - 2004. -С. 117-120.

21 Буюкян С.П., Бодунков П.В. Особенности компьютерных программ видеоизмерений. Тр. Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, Аэрокосмические съемки и фотограмметрия. - 2004. - С.175-177.

22 Буюкян С.П., Безматерных М.В., Бодунков П.В. Аппаратурно-программный комплекс оперативного контроля плановых положений рабочих точек антенн угломерной радиотехнической системы. Тр. Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, Геодезия. - 2004. - С.237-241.

23 Буюкян С.П., Безматерных М.В., Бодунков П.В., Никитин П.А. Автоматизация измерений планового положения струны обратного отвеса. Тр. Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, Геодезия. - 2004. - С.251-253.

24 Буюкян С.П., Безматерных М.В. Цифровой видеоавтоколлиматор. Тр. Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, Геодезия. - 2004. - С.254-256.

25 Рязанцев Г.Е., Седельникова И.А., Буюкян С.П. Современные автоматизированные системы контроля деформаций высотных зданий // «Технологии бетонов». - 2005. - №2. - С.35-37.

26 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е., Солдатов В.С. Устройство для измерения плотности жидкости. - Патент на изобретение ЯИ №2251678, - Бюл. №13, 2005.

27 Безматерных М.В., Буюкян С.П. Видеонаклономер. - Патент на изобретение ЯИ №2258906. - Бюл. №23, 2005.

28 Буюкян С.П., Бодунков П.В. Особенности компьютерных программ видеоизмерений. Юбилейный сб. трудов МГСУ. - 2006. - С.90-91.

29 Буюкян С.П., Бодунков П.В. Мобильная видеоизмерительная система (МВС) мониторинга состояния строительных конструкций Лефортовского тоннеля. Юбилейный сб. трудов МГСУ. - 2006. - С.92-97.

30 Безматерных М.В., Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Видеостворофикса-тор. - Патент на изобретение ЯИ №2275600. - Бюл. №12, 2006.

31 Буюкян С.П., Солдатов В.С. Датчик давления жидкости в резервуаре. - Патент на изобретение ЯИ №2301412. - Бюл. №17, 2007.

32 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Видеоизмеритель плановых координат контролируемого объекта. - Патент на изобретение ЯИ №2303765. - Бюл. №21, 2007.

33 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Видеоизмеритель координат контролируемой точки объекта. - Патент на изобретение ЯИ №2308002. - Бюл. №28,

2007.

34 Зайцев Д.С., Солдатов В.С., Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Видеорефрактометр. - Патент на изобретение ЯИ №2315286. - Бюл. №2,

2008.

35 Буюкян С.П. Видеоизмерительные системы - М.: МИИГАиК, 2008.

- 72с.

36 Буюкян С.П. Видеокоординатометр. - Патент РФ на полезную модель №89889. - Бюл. №35, 2009.

37 Буюкян С.П. Видеопроцессор для обработки видеосигнала в видеоизмерительных системах. - Патент на изобретение RU №2395929. - Бюл. №21, 2010.

38 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Координатометр струны обратного отвеса. - Патент на изобретение RU №2398187. - Бюл. №24, 2010.

39 Буюкян С.П. Видеоизмерение и видеоизмерительные системы - М.: МИИГАиК, 2010. - 99с.

40 Буюкян С.П., Янин И.А. Видеонаклономер. - Патент на изобретение RU №2419071. - Бюл. №14, 2011.

41 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е., Гончаров А.Ф., Цветков А.В. Видеоустройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности. - Патент на изобретение RU №2425327. - Бюл. №21, 2011.

42 Буюкян С.П., Рязанцев Г.Е. Видеоавтоколлиматор. - Патент на изобретение RU №2455668. - Бюл. №33, 2011.

43 Рязанцев Г.Е., Буюкян С.П., Жидков А.А., Назаров И.А. Современные метрологические и организационные проблемы создания «геодезических» автоматизированных систем контроля безопасности строительных конструкций // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - №1. - С.33-36.

44 Буюкян С.П. Видеоконтрольное устройство // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - №3. - С. 13-16.

45 Буюкян С.П. Видеостворофиксатор // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - №5. - С.45-46.

46 Буюкян С.П., Буюкян З.П., Буюкян А.З. Видеовысотомер. - Патент на изобретение RU №2523745. - Бюл. №20, 2014.

47 Буюкян С.П. Видеоустройство для передачи заданного направления с одного горизонта на другой. - Патент на изобретение RU №2583059. - Бюл. №13, 2016.

48 Рязанцев Г.Е., Буюкян С.П., Лапин А.И. Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности. - Патент на изобретение ЯИ №2584370. - Бюл. №14, 2016.

49 Буюкян С.П. Видеопроцессор для видеоизмерений. - Патент на изобретение ЯИ №2598790. - Бюл. №27, 2016.

50 Брайт П.И. Геодезические методы измерений деформаций оснований сооружений. -М., Недра, 1965.

51 Васютинский И.Ю. Гидростатическое нивелирование. М., «Недра»,

1976.

52 Волкоедов А.П., Паленый Э.Г. Оборудование самолета, М., «Машиностроение», 1980, с. 128-131.

53 Горелик С.Л., Кац Б.М., Киврин В.И. Телевизионные измерительные системы. М., «Связь», 1980.

54 ГОСТ 7845-92 «Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений».

55 Зацаринный А.В. Автоматизация высокоточных инженерно-геодезических измерений - М.: Недра, 1976. - 248 с.

56 Исследование геометрической стабильности ПЗС матрицы для точных линейных измерений, http://videoscan.ru/page/824.

57 Кавунец Л.Н. Гидростатическое нивелирование на строительной площадке, М., «Недра», 1961.

58 Казанцев Г.Д., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Измерительное телевидение. М., «Высшая школа», 1994.

59 Неизвестный С.И., Никулин О.Ю. Приборы с зарядовой связью. Устройство и основные принципы работы. М., «Специальная техника», №3 и 4, 1999.

60 Остроумов Б.В. Анализ опыта эксплуатации Главного монумента памятника Победы на Поклонной горе. М., «Монтажные и специальные работы в строительстве», №11, 2003, с.24-27.

61 Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М., «Радио и связь», 1991.

62 Рязанцев Г.Е. В поисках нетрадиционных решений. М., «Геодезист», №1, 2001, с.16-19

63 Справочник геодезиста, книга 2, под ред. проф. Большакова В.Д. и проф. Левчука Г.П. М., «Недра», 1985, с.194.

64 Теория и практика автоматизации высокоточных измерений в прикладной геодезии, под редакцией В.П.Савиных - М.: Академпроект, 2009. -394с.

65 Уставич Г.А., Костина Г.Д. Геодезические приборы при строительстве и эксплуатации крупных энергетических объектов - М.: Недра, 1983.

66 Фреймграббер УБ-56, http://videoscan.ru/page/678.

67 Фреймграббер VS2001/TV, http://videoscan.ru/page/683.

Открытое акционерное общество

"Государственный специализированный проектный институт"

10707В, Россия Москва, ул Новорязанкая 8а Факс: [phone] Тел : [phone] доб. 8285 E-mail: ¡[e-mail]

Ф4?

ОАО «

■Зк

Ректору Московского государственного университета геодезии и картографии

«МИИГАиК»

Майорову A.A.

105064, Москва, Гороховский пер., 4

Уважаемый Андрей Александрович!

а> о с

OJ $

га 5 CL о в

Представляем Вам диссертационную работу главного специалиста отдела высокоточных и специальных измерении, к.т.н. Буюкяна Сурена Петро-совича: «Разработка методов решения различных задач прикладной геодезии на основе видеоизмерений» для рассмотрения и последующей защиты на Вашем ученом совете на соискание научной степени доктора технических наук по специальности «Геодезия».

В диссертационной работе содержатся результаты разработок и исследований, выполненных Букжяном С.П. в течение последних 20 лет по созданию следующих видеоизмерительных систем, в которых он являлся главным разработчиком:

о Видеоизмерительная система для измерения плановых и крутильных колебаний верха Главного Монумента в парке Победы на Поклонной горе в Москве, созданная в 1997г.

о Видеоизмерительная система для измерения весовых деформаций рефлектора большой параболической антенны ТНА-1500 в Московской обл., созданная в 2000г.

о Четыре видеоизмерительные системы для оперативного контроля плановых координат рабочих точек антенн антенных комплексов в Московской обл. и Красноярском кр., созданные соответственно в 2001, 2003, 2005 и 2012г.

о Мобильная видеоизмерительная система для измерения деформаций несущих конструкций (тюбингов) Лефортовского тоннеля глубокого заложения в Москве, созданная в 2005г.

о Три видеоизмерительные системы для передачи заданного направления с неподвижного основания па подвижный обьект в Архангельской и Волгоградской обл., созданные соответственно в 2006, 2007 и 2008г.

о Видеоизмерительная система для измерения деформаций главных несущих балок перекрытия зрительного зала Государственного кремлевского дворца в Москве, созданная в 2010г.

0 Видеоизмерительная система для контроля геометрии внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, созданная в 2013г. и внесенная в государственный реестр в качестве типа средства измерений, Свидетельство ШХЕ.27.003.А №53123.

Перечисленные видеоизмерительные системы создавались на договорных началах на общую сумму более ЮОмлн.руб. Они успешно эксплуатируются на многих объектах в ряде регионов России.

Выполнение отдельных этапов работ и сдача в эксплуатацию видеоизмерительных систем оформлялись соответствующими актами, которые хранятся в ОАО «ГСПИ».