Статья:

Разработка аппаратно-программного комплекса управления для проведения поисковых и мониторинговых операций при отсутствии визуального контакта с исследуемым объектом, а также для картографирования в условиях ограниченной видимости

Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №18(18)

Рубрика: Технические науки

Выходные данные
Прудник Д.О., Юрьев А.И. Разработка аппаратно-программного комплекса управления для проведения поисковых и мониторинговых операций при отсутствии визуального контакта с исследуемым объектом, а также для картографирования в условиях ограниченной видимости // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2017. № 18(18). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/18/26920 (дата обращения: 17.09.2021).
Журнал опубликован
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

Разработка аппаратно-программного комплекса управления для проведения поисковых и мониторинговых операций при отсутствии визуального контакта с исследуемым объектом, а также для картографирования в условиях ограниченной видимости

Прудник Денис Олегович
студент Московского авиационного института (национального исследовательского университета), РФ, г. Москва
Юрьев Александр Иванович
старший преподаватель Московского авиационного института (национального исследовательского университета) РФ, г. Москва

 

Раздел посвящён проблеме проведения поисковых и мониторинговых операций в условиях ограниченного визуального контакта с объектом, находящимся в сильно загрязненной (замутненной) среде и в условиях сильного задымления, а также при решении вопросов картографирования поверхностей протяженных объектов (трубопроводы, кабель каналы, опорные элементы гидротехнических сооружений и т.д.), расположенных на глубинах до 12 м. Особенно актуальной задача является при проведении поисковых работ с использованием малогабаритных надводных аппаратов с возможностью зависания в точке позиционирования при решении задач по поиску затопленных объектов криминального характера и при возникновении чрезвычайных ситуаций (ЧС), связанных с затоплением значительных территорий, а также в случаях когда поиск и идентификация обследуемых предметов связанно с ограниченным временным интервалом.

Основой функционирования БКУ является программное обеспечение, алгоритмы которой основаны на применении теории графов для плоских задач. В ходе исследования первоначально был определен состав бортового и берегового комплекса управления, на основе которого планируется совершенствовать первоначальный программный пакет с постепенным внедрением элементов искусственного интеллекта, предназначенного решать задачи, связанные с идентификацией обследуемых объектов.

При проведении поисковых операций в большинстве случаем дело приходится иметь с объектами, геометрические размеры которых незначительны - максимальные линейные размеры не превышают 1 м., а общая площадь менее 0,01 кв.м. Определение расположения объекта на плоскости и его ориентация в пространстве являются в этом случае целями поиска. Предметы также могут быть разнородны по своему составу, т.е. отражательная способность в различных диапазон электромагнитных волн у разных частей одного предмета также неодинакова.

Поэтому в условиях ограниченной видимости измерения целесообразно проводить с использованием достаточно широкого диапазона электромагнитного излучения, в том числе и не исключая оптический. В таких условиях бортовому комплексу достаточно сложно в условиях ограниченного времени однозначно определить соответствие объекта предмету поиска, поскольку интеллектуальной системе необходимо анализировать сразу все источники информации. Кроме того на БКУ возложена задача расчета дальнейшего маршрута движения, вектор которого, в свою очередь определяется результатами проведенных измерений.

Шаг поиска в случае использования оптических систем, определяется прежде всего техническими параметрами поисковой системы, когда соотношение параметров фокусного расстояния и угла раствора поля зрения не позволяют получить поле сканирования меньше минимального линейного размера разыскиваемого объекта.

В общем случае базовый алгоритм функционирования на основе теории графов, реализованный для поисковых задач  с использованием НПК "БЛИК" в настоящий момент можно разделить на три основных типа:

- матричный (галсовый, замкнутый, "шахматный" (рисунок 1)

 

Рисунок 1. Виды матричного способа поиска

 

- радиальный (замкнутый, сегментный (рисунок 2))

 

Рисунок 2. Радиальный способ поиска

 

- комбинированный (комбинация всех перечисленных видов (рисунок 3))

 

Рисунок 3. Комбинированный способ поиска

 

Вся поисковая операция разделяется на несколько основных этапов:

1. Определение среднего расстояния видимости в воде на предполагаемой глубине фото- видеосъёмки. Производятся с целью определения параметра h – расстояния от условной линии дна до плоскости визирования. Для этого производятся пробные съёмки дна в нескольких точках и по определённым критериям определяется расстояние удовлетворительной видимости, при которой качество полученных видеоматериалов позволяют объективно оценивать состояние дна и идентифицировать находящиеся на нём объекты. Полученный при этом параметр h заносится в компьютер и служит для вычисления других параметров пеленгации.

2. Определение шага пеленгации Δ. Этот параметр характеризует расстояние, между двумя соседними точками пеленгации и определяется расчетным путём:

Δ = 2*h*tg α

где α=φ/2, φ – угол обзора видеокамеры, град.,

т.е.

. Δ = 2*h*tg( φ/2)

3. Определение величины перехода L и количество галсов n (в зависимости от технических характеристик оборудования). В большинстве случаев – направление переходов совершается по кратчайшему расстоянию водоёма (поперек реки), а направление галсов по более протяжённому (вдоль реки). В идеальном случае шаг галса равен Δ, тогда в этом случае изображения межгалсовых переходов будут получены без пересекаемых областей.

Таким образом, в настоящий момент работа вплотную подошла к решению задачи использования системы управления с элементами  искусственного интеллекта для получения возможности определения положения объекта в воде не только на плоскости, но и в пространстве и его идентификации на основе исходных геометрических образов.

Опытная отработка схемы функционирования ИНПК.

Схема функционирования ИНПК условно разделена на два этапа:

· предстартовый расчет опорных точек сканирование;

· сканирование по опорным точкам.

Для расчета опорных точек сканирования необходимо выполнить следующие действия:

1. Определение видимости на глубине сканирования;

2. Расчет шага сканирования.

3. Определение шага перехода между галсами (в общем случае считается равным шагу сканирования)

4. Деления акватории  на кол-во шагов и переходов;

5. Измерение с шагом перехода опорных точек внешнего контура акватории.

6. Определение кол-ва береговых GPS точек и базы между ними;

7. Занесение контура водоёма в бортовой компьютер  системы управление ИНПК;

8. Занесение GPS меток в бортовой компьютер ИНПК;

9. Определение стартовой точки пеленгации.

10. Определение направления перехода.

11. Установка ИНПА на воду.

12. Введение в БК GPS - метки №1

13. Расчет и отображение на мониторе схемы опорных точек.

14. Движение к следующей опорной точке и т.д.

При нахождении в очередной опорной точке ИНПА действует по следующему алгоритму:

1. Остановка;

2. Одновременно с остановкой - спуск погружного модуля (ПМ);

3. Остановка (ПМ);

4. Одновременно с остановкой ПМ – включение светотехники и видеокамеры;

5. Подъём ПМ;

6. Одновременно с подъёмом ПМ – запись и обработка видеоинформации в БК, передача с Надводного носителя по телеканалу оператору.

7. Возврат ПМ и ожидание.

Если результаты обработки видеоинформации удовлетворительны, по сигналу оператора осуществляется переход в следующую опорную точку и повторяется весь цикл алгоритма с 1 по 7. Если результаты неудовлетворительны, то выполняются шаги с 2 по 7 без покидания опорной точки.

Подобная схема функционирования позволяет достаточно эффективно с минимальными временными затратами обследовать в поисковом режиме значительные акватории.

Все работы были выполнены при поддержке Фонда содействия инновациям (Программа «УМНИК»).

 

Список литературы:
1. Оре О. Теория графов. – М.; «Наука», 1980.