Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей

Авторы патента:

Макаренко Григорий Константинович (RU)

Алешечкин Андрей Михайлович (RU)

G01C11/00 - Фотограмметрия; топографическая съемка местности с помощью фотографирования (фотоаппараты, комбинированные с топографическими приборами, например с теодолитами, G01C 1/00,G01C 3/00,G01C 5/00,G01C 9/00; фотоаппараты для съемки местности G03B 37/00)

Владельцы патента RU 2495375:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU)

Изобретение относится к области спутниковой радионавигации и может быть использовано для определения координат мест локальных повреждений объектов электрических сетей при диагностических работах на электрических сетях без вывода их из эксплуатации. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого определение координат мест повреждений осуществляется на основе координат точек тепловизионных изображений с повышенной температурой. При этом в дифференциальном режиме спутниковой радионавигационной системы рассчитывают направляющие косинусы векторов от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в связанной с летательным аппаратом системе координат на основе значений углов обзора камеры тепловизора, определяют направляющие косинусы этих векторов в топоцентрической системе координат на основе измеренных углов пространственной ориентации летательного аппарата и матрицы поворота, выраженной через углы Эйлера, определяют расстояния от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора на основе информации о высоте расположения диагностируемого объекта над землей, высоте летательного аппарата, измеренной высотомером. 4 ил., 5 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области применения технологий спутниковой радионавигации для решения задач дистанционной диагностики и определения координат мест локальных повреждений объектов электрических сетей на основе съемки местности при помощи тепловизионных приемников. Изобретение может быть использовано при диагностических работах на электрических сетях без вывода их из эксплуатации.

Известен способ [1], по которому определяют координаты и пространственную ориентацию надводной подвижной станции, выполняют зондирование дна акватории акустическими сигналами и определяют координаты подводных объектов по их изображениям.

Недостатком способа является отсутствие возможности диагностики мест локальных перегревов объектов электрических сетей, кроме того, данный способ предусматривает идентификацию и определение координат одного объекта, в то время как для решения задач автоматизированной диагностики требуется получение изображений объекта диагностики с возможностью определения координат любых точек, для чего на изображении должны быть как минимум три точки с известными координатами.

Известен способ [2], основанный на аэротермографической съемке проводов воздушных линий (ВЛ) электропередач с борта вертолета и включающий съемку ВЛ с помощью тепловизора, измерение координат вертолета, выявление мест локальных перегревов ВЛ и фиксирование соответствующих координат вертолета в протоколе диагностического полета.

Недостатками данного способа являются: низкая оперативность и большая трудоемкость, обусловленные необходимостью участия нескольких специалистов одновременно в не автоматизированном процессе диагностики; низкая точность определения координат мест выявленных аварийных и предаварийных состояний энергетических объектов. Кроме того, данный способ не позволяет формировать и вести единую базу данных, отражающую эволюцию диагностируемого оборудования в разрезе повторных диагностик с точностью, позволяющей идентифицировать каждый объект ВЛ в отдельности.

Известен способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства [3], взятый в качестве прототипа, по которому с летательного аппарата (ЛА) выполняют съемку линии электропередачи с помощью тепловизора, сопряженного с приемником сигналов спутниковых радионавигационных систем и системой измерения ориентации ЛА, результаты съемки, представленные в виде серии тепловизионных изображений передают, сохраняют и подвергают обработке в программно-аппаратном комплексе.

Недостатком известного способа является невозможность его использования в реальном времени. Известный способ включает в себя вычислительно емкие процедуры, осуществляемые в постобработке: геометрическое трансформирование и корреляционно-экстремальный анализ тепловизионных изображений, поиск точек с известными с геодезической точностью координатами на тепловизионных изображениях.

В основу изобретения положена задача определения в реальном времени координат тепловизионных изображений диагностируемых объектов электрических сетей в дистанционном режиме, без использования операций: геометрического трансформирования и корреляционно-экстремального анализа тепловизионных изображений, поиска точек с известными с геодезической точностью координатами на тепловизионных изображениях.

Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного обследования объектов электрических сетей, по которому с летательного аппарата выполняют съемку электрических сетей с помощью тепловизора, сопряженного с приемником сигналов спутниковых радионавигационных систем и с системой измерения ориентации летательного аппарата, результаты съемки, представленные в виде серии тепловизионных изображений, передают в программно-аппаратный комплекс, согласно изобретению, одновременно с получением тепловизионного изображения выполняют измерение высоты полета летательного аппарата высотомером, рассчитывают точные координаты летательного аппарата в дифференциальном режиме спутниковой радионавигационной системы, рассчитывают направляющие косинусы векторов от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в связанной с летательным аппаратом системе координат на основе значений углов обзора камеры тепловизора, определяют направляющие косинусы этих векторов в топоцентрической системе координат на основе измеренных углов пространственной ориентации летательного аппарата и матрицы поворота, выраженной через углы Эйлера, рассчитывают расстояния от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора на основе информации о высоте расположения диагностируемого объекта над землей, высоте летательного аппарата, измеренной высотомером, и ранее найденных значений направляющих косинусов в связанной с летательным аппаратом системе координат, определяют топоцентрические координаты точек центра и углов тепловизионного изображения на основе рассчитанных направляющих косинусов векторов от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в топоцентрической системе координат и расстояний от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора и определяют географические координаты центра и углов тепловизионного изображения в соответствии с выражениями:

$B_{j} = l a t + \frac{x n_{j_{x}} \cdot 360}{2 π \cdot R l a t}, L_{j} = l o n + \frac{x n_{j_{y}} \cdot 360}{2 π \cdot R l o n}, H_{j} = h - x n_{j_{_{Z}}}, г д е : (1)$ ,

B_j, L_j, H_j - широта, долгота и высота j-й точки тепловизионного изображения;

lat, lon, h - широта, долгота, высота летательного аппарата;

Rlat и Rlon - радиусы кривизны меридионального и нормального сечений эллипсоида Земли;

$x n_{j_{x}}$ , $x n_{j_{y}}$ , $x n_{j_{Z}}$ - найденные топоцентрические координаты j-й точки тепловизионного изображения.

Заявляемый способ дистанционного обследования объектов электрических сетей поясняется прилагаемыми чертежами, в которых на

фиг.1 изображена структурная схема возможного устройства дистанционного обследования объектов электрических сетей для реализации предложенного способа; на фиг.2 изображена связанная с летательным аппаратом система координат; на

фиг.3 изображена блок-схема алгоритма работы вычислительного блока, реализующего алгоритм дистанционного обследования объектов электрических сетей в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.4 приведена зависимость погрешностей определения координат точки тепловизионного изображения от углов азимута и крена ЛА, полученная в результате статистического моделирования предлагаемого способа.

Устройство дистанционного обследования объектов электрических сетей содержит n навигационных спутников 1₁, …, 1_n, контрольно-корректирующую станцию 2 и диагностическую станцию 3. Контрольно-корректирующая станция 2 включает в себя последовательно соединенные первую приемную антенну 4₁ спутниковых сигналов, первый приемник 5₁ спутниковых сигналов, вычислитель поправок 6, модулятор 7, передатчик 8 корректирующей информации и передающую антенну 9 корректирующей информации, а также вычислитель 10 эталонных значений радионавигационных параметров, выходом соединенный со вторым входом вычислителя поправок 6. Диагностическая станция 3 содержит последовательно соединенные приемную антенну 11 корректирующей информации, приемник 12 корректирующей информации и демодулятор 13, подключенный к соответствующему входу вычислительного блока 14. Диагностическая станция 3 также включает последовательно соединенные вторую антенну 4₂ спутниковых сигналов и второй приемник 5₂ спутниковых сигналов, последовательно соединенные третью антенну 4₃ спутниковых сигналов и третий приемник 5₃ спутниковых сигналов, последовательно соединенные четвертую антенну 4₄ спутниковых сигналов и четвертый приемник 5₄ спутниковых сигналов. При этом выход каждого из указанных приемников спутниковых сигналов 5₂, 5₃ и 5₄ подключен к соответствующему входу вычислительного блока 14, своим выходом соединенного с одним из входов формирователя 15 синхронизирующих сигналов, второй вход которого подключен ко второму выходу второго приемника 5₂ спутниковых сигналов, а выход соединен с входом тепловизора 16, выход которого соединен с соответствующим входом вычислительного блока 14. К вычислительному блоку 14 также подключены блок высотомера 17 и блок управления и индикации 18.

Предлагаемый способ дистанционного обследования объектов электрических сетей можно осуществить следующим образом.

Наземная контрольно-корректирующая станция 2 первой приемной антенной 4₁ спутниковых сигналов принимает сигналы навигационных спутников 1₁, …, 1_n и определяет радионавигационные параметры ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{1})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{1})}$ по каждому из спутников. С первого приемника 5₁ спутниковых сигналов эти значения радионавигационных параметров ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{1})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{1})}$ поступают на вход вычислителя поправок 6, второй вход которого соединен с вычислителем 10 эталонных значений радионавигационных параметров, определяющим эталонные значения радионавигационных параметров $R_{1}_{(4_{1})} - R_{n}_{(4_{1})}$ на основе эталонных координат фазового центра первой приемной антенны 4₁ Х_КСЭ, Y_КСЭ, Z_КСЭ и эфемерид X_эф1-X_эфn, Y_эф1-Y_эфn, Z_эф1-Z_эфn каждого из навигационных спутников. Вычислитель поправок 6 вырабатывает значения поправок радионавигационных параметров по каждому из спутников одним из известных методов, например в соответствии с [5]:

$Δ R_{i} = {\tilde{R}}_{i}_{(4_{1})} - R_{i}_{(4_{1})}$ , где i - номер навигационного спутника.

С выхода вычислителя поправок 6 сигналы, в которых содержится информация о номере спутника, времени приема навигационного сигнала, поправках к радионавигационным параметрам до каждого спутника ΔR₁-ΔR_n, поступают на модулятор 7. С выхода модулятора 7 сигналы поступают в передатчик 8 корректирующей информации, где преобразуются, усиливаются и излучаются в пространство передающей антенной 9 корректирующей информации.

Диагностическая станция 3, находящаяся на борту ЛА, приемной антенной 11 корректирующей информации принимает сигналы контрольно-корректирующей станции 2. Эти сигналы поступают на вход приемника 12 корректирующей информации, в котором происходит усиление, преобразование и выделение сигналов контрольно-корректирующей станции 2. С выхода приемника 12 корректирующей информации эти сигналы поступают на вход демодулятора 13, выделяющего из сигналов информацию о номере спутника, времени приема сигнала и поправках радионавигационных параметров ΔR₁-ΔR_n, сформированных вычислителем поправок 6 контрольно-корректирующей станции 2. С выхода демодулятора 13 эта информация поступает в вычислительный блок 14.

Одновременно сигналы навигационных спутников 1₁, …, 1_n принимаются второй 4₂, третьей 4₃ и четвертой 4₄ приемными антеннами спутниковых сигналов. Второй 5₂, третий 5₃ и четвертый 5₄ приемники спутниковых сигналов производят определение радионавигационных параметров ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{2})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{2})}$ , ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{3})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{3})}$ и ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{4})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{4})}$ - c выхода второго 5₂, третьего 5₃ и четвертого 5₄ приемников спутниковых сигналов информация о номерах спутников, времени приема сигналов и значениях радионавигационных параметров ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{2})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{2})}$ , ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{3})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{3})}$ и ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{4})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{4})}$ поступает в вычислительный блок 14, который выполняет коррекцию радионавигационных параметров ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{2})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{2})}$ , ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{3})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{3})}$ и ${\tilde{R}}_{1}_{(4_{4})} - {\tilde{R}}_{n}_{(4_{4})}$ , измеренных вторым 5₂, третьим 5₃ и четвертым 5₄ приемниками спутниковых сигналов, одним из известных методов, например в соответствии с [5]:

$R_{i (4_{2})} = {\tilde{R}}_{i}_{(4_{2})} + Δ R_{i}$ , $R_{i (4_{3})} = {\tilde{R}}_{i}_{(4_{3})} + Δ R_{i}$ , $R_{i (4_{4})} = {\tilde{R}}_{i}_{(4_{4})} + Δ R_{i}$ .

В результате этой коррекции получают точные значения радионавигационных параметров $R_{1}_{(4_{2})} - R_{n}_{(4_{2})}$ , $R_{1}_{(4_{3})} - R_{n}_{(4_{3})}$ и $R_{1}_{(4_{4})} - R_{n}_{(4_{4})}$ , которые используют для вычисления точных координат второй 4₂, третьей 4₃ и четвертой 4₄ приемных антенн спутниковых сигналов по одному из известных алгоритмов, приведенных, например в [5].

Приемные антенны 4₂, 4₃ и 4₄ спутниковых сигналов располагаются на диагностическом ЛА, что позволяет определить угол kr поворота вокруг оси OX^b - крен, угол места um поворота вокруг оси OY^b - дифферент, угол азимута az поворота вокруг оси OZ^b - дирекционный угол по разностям радионавигационных параметров $R_{1}_{(4_{2})} - R_{1}_{(4_{3})}, \dots, R_{n}_{(4_{2})} - R_{n}_{(4_{3})}$ и $R_{1}_{(4_{2})} - R_{1}_{(4_{4})}, \dots, R_{n}_{(4_{2})} - R_{n}_{(4_{4})}$ , например, по алгоритму, приведенному на стр.206-208 в [5].

После вычислений точных координат и углов пространственной ориентации ЛА с вычислительного блока 14 выдается управляющий сигнал на формирователь синхронизирующих сигналов 15.

Со второго выхода второго приемника 5₂ спутниковых сигналов на вход формирователя 15 синхронизирующих сигналов поступает опорная частота, например 10 МГц, как предложено в [5], из которой формируются необходимые сигналы с частотами, обеспечивающими синхронизацию работы блока тепловизора 16 с вычислительным блоком 14. Блок тепловизора 16, выход которого связан с соответствующим входом вычислительного блока 14, используется для диагностики объектов электрических сетей.

С выхода блока высотомера 17 информация о текущей высоте полета ЛА над землей dh поступает на вход вычислительного блока 14. Затем, исходя из полученных координат приемной антенны 4₂ спутниковых сигналов, углов азимута, места и крена ЛА, высоты полета ЛА над землей dh с использованием заданных углов обзора камеры тепловизора ax и ay, осуществляется вычисление координат точек центра и углов тепловизионного изображения.

Для выполнения указанных вычислений может быть использована связанная с ЛА прямоугольная система координат (СК), приведенная на фиг.2. Начало данной СК соответствует центру объектива камеры тепловизора, а ее оси образуют правую систему координат (ось OX^b направлена по продольной оси ЛА вперед, ось OY^b направлена вправо, ось OZ^b направлена вертикально вниз).

Исходя из этого, центр объектива камеры тепловизора находится в точке O (фиг.2) с координатами (0, 0, 0). Кроме того, в дальнейших расчетах полагается, что поле зрения камеры тепловизора представляет собой прямоугольник, стороны которого параллельны осям OX^b и OY^b системы координат, связанной с ЛА, а камера тепловизора сориентирована так, что ее оптическая ось совпадает с направлением оси OZ^b данной СК. В этом случае центр поля зрения камеры тепловизора будет иметь координаты (0, 0, h). Величины приращений координат dx и dy, показанные на фиг.2, принимают следующие значения:

ax, ay - углы обзора камеры тепловизора в направлении продольной и поперечной осей его объектива, соответственно, в связанной с ЛА системе координат;

h - высота полета ЛА.

Тогда для пяти векторов от центра объектива камеры тепловизора до точек, принадлежащих центру, левому нижнему, левому верхнему, правому верхнему и правому нижнему углам тепловизионного изображения, соответственно, могут быть найдены значения направляющих косинусов ks₀, …, ks₄ в СК, связанной с ЛА:

$\begin{array}{l} k s_{0} = (\begin{array}{l} 0 \\ 0 \\ 1 \end{array}), k s_{1} = (\begin{array}{l} - d x \\ - d y \\ \sqrt{1 - d x^{2} - d y^{2}} \end{array}), k s_{2} = (\begin{array}{l} d x \\ - d y \\ \sqrt{1 - d x^{2} - d y^{2}} \end{array}), k s_{3} = (\begin{array}{l} d x \\ d y \\ \sqrt{1 - d x^{2} - d y^{2}} \end{array}), \\ k s_{4} = (\begin{array}{l} - d x \\ d y \\ \sqrt{1 - d x^{2} - d y^{2}} \end{array}), г д е (4) \end{array}$ ,

dx и dy - приращения (2) координат точек центра и углов тепловизионного изображения в СК, связанной с ЛА.

Для дальнейших вычислений может быть использована топоцентрическая СК, представляющая собой трехмерную прямоугольную СК с центром, находящимся в точке расположения центра объектива камеры тепловизора. Оси данной СК направлены следующим образом: ось OXⁿ направлена на Север, ось OYⁿ - на Восток, ось OZⁿ - вниз, к центру масс Земли.

Переход от направляющих косинусов точек центра и углов тепловизионного изображения ks₀, …, ks₄ (3) в СК, связанной с ЛА, и углов азимута az, места um и крена kr ЛА к направляющим косинусам kn₀, …, kn₄ в топоцентрической СК осуществим в соответствии с выражениями [4]:

С - матрица поворота [4], выраженная через углы Эйлера:

При выполнении дальнейших расчетов, в целях упрощения, поверхность Земли, находящаяся в поле зрения камеры тепловизора полагается плоской.

Исходя из этого, расстояния r₀, …, r₄ от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора как частное высоты dh и z - составляющей каждого из направляющих косинусов определяются как:

$r_{0} = \frac{d h}{k n_{0_{Z}}}, r_{1} = \frac{d h}{k n_{1_{Z}}}, \dots, r_{4} = \frac{d h}{k n_{4_{Z}}} . (6)$

Тогда координаты точек тепловизионного изображения xn₀, …, xn₄ в плоскости пересечения с Землей в топоцентрической СК представляют собой произведение расстояний r₀, …, r₄ на соответствующие значения направляющих косинусов:

$x n_{0} = r_{0} \cdot k n_{0}, x n_{1} = r_{1} \cdot k n_{1}, \dots, x n_{4} = r_{4} \cdot k n_{4} . (7)$

Пересчет полученных топоцентрических координат (7) точек тепловизионного изображения в географические координаты осуществляется на основе соотношений [4]:

$B_{j} = l a t + \frac{x n_{j_{x}} \cdot 360}{2 π \cdot R l a t}, L_{j} = l o n + \frac{x n_{j_{y}} \cdot 360}{2 π \cdot R l o n}, H_{j} = h - x n_{j_{_{Z}}}, г д е : (8)$

lat, lon, h - широта, долгота, высота ЛА;

Rlat и Rlon - радиусы кривизны меридионального и нормального сечений эллипсоида Земли.

Значения Rlat и Rlon определяются как [4]:

$R l a t = \frac{R 0 \cdot (1 - e^{2})}{{(1 - e^{2} \cdot \sin^{2} (l a t))}^{\frac{3}{2}}}, R l o n = \frac{R 0}{(1 - e^{2} \cdot \sin^{2} (l a t)} \cdot \cos (l a t), г д е (9)$

R0 - экваториальный радиус Земли;

e²=2s-s² - квадрат эксцентриситета эллипсоида Земли;

s - геометрическое сжатие эллипсоида Земли.

Значения координат точек центра и углов тепловизионного изображения, вычисленные в соответствии с (8), а также само тепловизионное изображение, введенное из блока тепловизора 16 поступают в блок управления и индикации 18 для последующего отображения.

Вычислительный блок 14 выполняет циклическую обработку вводимой информации в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг.3.

Вычислительный блок 14 можно реализовать на основе современных быстродействующих микропроцессоров семейства Intel по типовой структуре, описанной, например на стр.48 в [6].

Техническим результатом заявляемого способа является получение электронных тепловизионных изображений объектов электрических сетей, имеющих координатную привязку. Получение координатно привязанных тепловизионных изображений осуществляется в реальном времени в процессе облета объектов электрических сетей летательными аппаратами. Определение координат мест повреждений осуществляется на основе координат точек тепловизионных изображений с повышенной температурой.

Рассмотрим конкретный пример.

Пусть камера тепловизора находится в точке с координатами lat=56°0' Северной широты и lon=92°0' Восточной долготы на высоте h=400 м над заданным эллипсоидом, например, WGS-84. Параметры угловой ориентации ЛА: угол азимута az=-150°; угол места um=-10°; угол крена kr=-15°. Углы обзора камеры тепловизора: ax=29°; ay=22°. Высота ЛА над землей, определяемая при помощи высотомера, составляет dh=100 м.

В результате моделирования получены:

1. Значения направляющих косинусов (3) векторов от центра объектива камеры тепловизора до точек центра и углов тепловизионного изображения в связанной с ЛА системе координат, приведенные в таблице 1.

Табл.1
Значение по координате	Значения направляющих косинусов
ks₀	ks₁	ks₂	ks₃	ks₄
X	0	-0,259	0,259	0,259	-0,259
Y	0	-0,194	-0,194	0,194	0,194
Z	1	0,946	0,946	0,946	0,946

2. Значения направляющих косинусов (4) векторов в топоцентрической СК, приведенные в таблице 2.

Табл.2
Значение по	Значения направляющих косинусов
координате	kn₀	kn₁	kn₂	kn₃	kn₄
X	0,275	0,394	-0,047	0,126	0,567
Y	-0,014	0,162	-0,093	-0,427	-0,172
Z	-0,951	0,905	0,995	0,895	0,806

3. Значения расстояний (6) от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора, приведенные в таблице 3.

Табл.3
Значение расстояния, м
r₀	r₁	r₂	r₃	r₄
105,125	110,53	100,548	111,675	124,125

4. Значения топоцентрических координат (7) точек центра и углов тепловизионного изображения, приведенные в таблице 4.

Табл.4
Значение по координате	Значения топоцентрических координат, м
xn₀	xn₁	xn₂	xn₃	xn₄
X	28,875	43,566	-4,724	14,031	70,351
Y	-14,747	17,86	-9,362	-47,691	-21,394
Z	100	100	100	100	100

5. Значения географических координат точек центра и углов тепловизионного изображения (8), приведенные в таблице 5.

Табл.5
Значение по координате	Значения географических координат
BLH₀	BLH₁	BLH₂	BLH₃	BLH₄
долгота, °	56,0002593	56,0003913	55,9999576	56,0001260	56,0006318
широта, °	91,9997636	92,0002862	91,9998499	91,9992356	91,9996571
высота, м	300	300	300	300	300

Приведенные результаты расчетов подтверждают возможность определения координат точек центра и углов тепловизионного изображения на основании измеренных значений координат, угловой ориентации и высоты полета ЛА над Землей.

Для оценки погрешностей определения координат точек центра и углов тепловизионного изображения был использован метод статистического моделирования по результатам обработки 200 независимых испытаний для каждой точки.

Кроме того, путем статистического моделирования произведен расчет зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) погрешности определения координат точки правого нижнего угла тепловизионного изображения σr от угла азимута ЛА, для следующих значений угла крена ЛА kr=0°, 30°, в соответствии с выражением:

$σ_{r} = \sqrt{σ_{X}^{2} + σ_{Y}^{2} + σ_{Z}^{2}}, г д е (10)$

σ_X, σ_Y, σ_Z - СКО определения прямоугольных топоцентрических координат точки правого нижнего угла тепловизионного изображения.

Расчет произведен для следующих исходных данных:

- σ_dh=10 м - СКО погрешности определения высоты ЛА над землей при помощи высотомера;

- σ_lat=0,032", σ_lon=0,058" - СКО погрешности определения географических координат ЛА при помощи приемника спутниковых сигналов (указанные значения σ_lat и σ_lon соответствуют СКО погрешности σ=1 м определения координат ЛА в горизонтальной плоскости);

- σ_h=10 м - СКО погрешности определения высоты ЛА при помощи приемника спутниковых сигналов;

- σ_az=10', σ_um=20', σ_kr=20' - среднеквадратические погрешности определения азимута, угла места и крена ЛА;

- z=200 - число статистических испытаний в каждом заданном значении азимута ЛА.

Зависимости СКО погрешности определения координат точки правого нижнего угла тепловизионного изображения σ_r (10) от азимута ЛА в диапазоне 0°-360° для двух значений крена ЛА 0° и 30° приведены на фиг.4. Полученные результаты показывают, что погрешность определения координат данной точки тепловизионного изображения не превышают 15 м.

Аналогичные результаты получены для остальных точек тепловизионного изображения.

Полученная погрешность определения координат мест локальных повреждений объектов электрических сетей является достаточной для локализации повреждений и осуществления качественной диагностики.

Таким образом, предлагаемый способ дистанционного обследования объектов электрических сетей, в отличие от известного способа, обеспечивает определение в реальном времени координат тепловизионных изображений диагностируемых объектов электрических сетей в дистанционном режиме.

Литература

1. Пат. 2381518 Российская Федерация. Устройство для определения координат подводных объектов / Валиханов М.М., Алешечкин A.M., Кокорин В.И. // Опубл. 2010, Бюл. №4.

2. РД 153-34.0-20.363-99. Методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ., 2000.

3. Пат.2258204 Российская Федерация. Способ дистанционного обследования объектов энергетических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства / Кузнецов А.Е., Калюжный В.И., Ковалев А.О., Ефремов И.Ф., Гектин Ю.М. // Опубл. 10.08.2005, Бюл. №22.

4. Groves, P. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems [Текст] / P.D.Groves. - Boston, London.: Artech House, 2008. - 507 c.

5. Шебшаевич B.C. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич; Под ред. B.C.Шебшаевича. - М.: Радио и связь. 1993.

6. 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 с: ил.

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

Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей, по которому с летательного аппарата выполняют съемку электрических сетей с помощью тепловизора, сопряженного с приемником сигналов спутниковых радионавигационных систем и с системой измерения ориентации летательного аппарата, результаты съемки, представленные в виде серии тепловизионных изображений, передают в программно-аппаратный комплекс, отличающийся тем, что одновременно с получением тепловизионного изображения выполняют измерение высоты полета летательного аппарата высотомером, рассчитывают точные координаты летательного аппарата в дифференциальном режиме спутниковой радионавигационной системы, рассчитывают направляющие косинусы векторов от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в связанной с летательным аппаратом системе координат на основе значений углов обзора камеры тепловизора, определяют направляющие косинусы этих векторов в топоцентрической системе координат на основе измеренных углов пространственной ориентации летательного аппарата и матрицы поворота, выраженной через углы Эйлера, рассчитывают расстояния от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора на основе информации о высоте расположения диагностируемого объекта над землей, высоте летательного аппарата, измеренной высотомером, и ранее найденных значений направляющих косинусов в связанной с летательным аппаратом системе координат, определяют топоцентрические координаты точек центра и углов тепловизионного изображения на основе рассчитанных направляющих косинусов векторов от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в топоцентрической системе координат и расстояний от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора и определяют географические координаты центра и углов тепловизионного изображения в соответствии с выражениями:
$B_{j} = l a t + \frac{x n_{j_{x}} \cdot 360}{2 π \cdot R l a t}, L_{j} = l o n + \frac{x n_{j_{y}} \cdot 360}{2 π \cdot R l o n}, H_{j} = h - x n_{j_{_{Z}}},$
где B_j, L_j, H_j - широта, долгота и высота j-й точки тепловизионного изображения;
lat, lon, h - широта, долгота, высота летательного аппарата;
Rlat и Rlon - радиусы кривизны меридионального и нормального сечений эллипсоида Земли;
$x n_{j_{x}}$ , $x n_{j_{y}}$ , $x n_{j_{Z}}$ - найденные топоцентрические координаты j-й точки тепловизионного изображения.

Похожие патенты:

Фотограмметрическая мира // 2457435

Изобретение относится к конструкциям фотограмметрических мир и может быть использовано для тестирования разрешающей способности аппаратуры, используемой для проведения дистанционной фотосъемки земной поверхности.

Способ составления приливных карт // 2450245

Изобретение относится к области картографии, а именно к составлению приливных карт, полученных при инструментальном определении уровня моря, путем анализа приливных колебаний по временным рядам наблюдений и может быть также использовано при обработке временных рядов наблюдений в гидрометеорологии, а более конкретно относится к способам печатания, размножения, копирования и макетирования, а более конкретно к способам изготовления отдельных видов печатной продукции, например рисунков, а именно к изготовлению географических, морских или синоптических карт - преимущественно к составлению приливных карт.

Способ оценки распределения и запасов ресурсных и редких видов растений в пределах крупных территориальных массивов // 2443977

Изобретение относится к области применения дистанционных методов исследований и может быть использовано для выявления местообитаний и картирования распространения ресурсных и редких видов растений и учета их запасов.

Способ определения грансостава раздробленной породы в карьерах // 2388998

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к открытой разработке месторождений полезных ископаемых. .

Аппаратно-программный комплекс для изготовления цифровых планов и карт // 2371768

Способ расстановки бергштрихов на оригинале рельефа, компьютерный способ распознавания на оригинале рельефа частей горизонталей, проходящих через области с малыми уклонами, и компьютерный способ распознавания минимальных контуров, составленных горизонталями и рамкой оригинала рельефа // 2364940

Изобретение относится к области создания карт рельефа местности путем обработки изображений. .

Способ определения географических координат изображений объектов на поверхности планеты при съемке с пилотируемого космического аппарата // 2353902

Изобретение относится к космической технике. .

Способ определения поступательного перемещения вертолета на посадке и устройство для его осуществления // 2334945

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для систем автоматического управления вертолетом на этапе посадки (висения). .

Способ определения состояния защитных лесных насаждений // 2330242

Изобретение относится к способам определения состояния защитных лесных насаждений с использованием аэрокосмической съемки. .

Способ диагностики почвенного покрова по данным дистанционной информации // 2327987

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к почвенному картографированию. .

Технология ресурсной оценки пастбищных угодий северного оленя по спектрозональным спутниковым данным // 2521755

Изобретение относится к области рационального природопользования и может быть использовано для ресурсной оценки природных экосистем. Сущность: на основании спектрозональных спутниковых изображений, полученных из открытых источников, проводят предварительное геоботаническое картирование с построением карт запаса отдельных групп растительных кормов оленеводческих хозяйств. Собирают и анализируют архивные космические снимки для выявления климатогенных и погодных влияний на растительный покров в рассматриваемые годы или серии лет. Выполняют полевое исследование территории на модельных участках, выделенных в процессе предварительного геоботанического картирования. Указанные полевые исследования включают описание флоры и выделение доминирующих классов растительности, почв в пределах естественных и нарушенных сообществ пастбищных угодий исследуемой территории, аэровизуальное дешифрирование ландшафтных единиц и геоботанических границ в ходе вертолетных маршрутов с выявлением нарушенных площадей и сукцессионно изменяющихся фитоценозов. Оценивают точность классификации, выполненной в процессе геоботанического картирования, сопоставляя ее с материалами полевых исследований. Создают единую топографическую основу по планово-картографическим материалам, архивным данным и результатам геоботанического картирования и полевых исследований. Единую топографическую основу создают в виде отдельных векторных слоев и растровых карт с учетом гидрографической сети, изолиний рельефа, высоты (цифровой модели рельефа), производственных объектов и инфраструктуры. Затем указанные материалы интегрируют в единую геоинформационную систему и выделяют полигональную структуру хозяйственно-геоботанических контуров пастбищных угодий оленеводческих хозяйств. Выполняют итоговую поэтапную классификацию растительного покрова в программных пакетах растравой обработки спутниковых изображений. Осуществляют геоботанические картирование территории пастбищных угодий оленеводческих хозяйств, выполняя при этом оценку матрицы сходимости данных между выделенными классами растительного покрова по материалам спутниковых изображений и данными полевых исследований. В результате вышесказанного получают уточненные геоботанические карты с оцененным статистически значимым уровнем сходимости. Далее рассчитывают проективное покрытие выделенных растительных сообществ в пределах отдельных хозяйственно-геоботанических контуров пастбищных угодий оленеводческих хозяйств. Оценивают количественные характеристики запаса кормовых единиц, выбранных из ряда: лишайниковые и зеленые кустарниковые корма, зеленые травяные корма, привлекая метод декомпозиции спектральных смесей. При этом исходят из того, что доля кормовых единиц принимается пропорционально их площади в проекции на земную поверхность. Проводят оценку долей отдельных кормовых единиц. Создают пространственно-организованную базу данных, включающую в себя полигональные структуры хозяйственно-геоботанических контуров пастбищных угодий оленеводческих хозяйств и связанные с ними через персональный идентификатор атрибутивные данные о площади отдельных классов растительности внутри выделов оленеводческих хозяйств, водных поверхностей, открытых грунтов, почв нарушенных участков, о среднем запасе кормовых единиц выделов оленеводческих хозяйств. Создают хозяйственные карты запаса кормовых единиц оленеводческих хозяйств и формируют проект обустройства пастбищных угодий оленеводческих хозяйств. Технический результат: повышение точности и оперативности ресурсной оценки пастбищных угодий северного оленя. 5 ил.

Способ определения географических координат области наблюдения перемещаемой относительно космического аппарата аппаратуры наблюдения, система для его осуществления и устройство размещения излучателей на аппаратуре наблюдения // 2524045

Изобретение относится к космической технике. Способ определения географических координат области наблюдения перемещаемой относительно КА аппаратуры наблюдения включает навигационные измерения движения КА, определение положения центра масс и ориентации КА, определение пространственного положения аппаратуры наблюдения. Дополнительно осуществляют формирование управляющих команд на излучение импульсных ультразвуковых сигналов не менее чем тремя ультразвуковыми излучателями, размещенными в разнесенных точках на свободно перемещаемой относительно КА аппаратуре наблюдения, осуществляют прием излученных импульсных ультразвуковых сигналов не менее чем тремя ультразвуковыми приемниками, размещенными в разнесенных точках на КА. По излученным и принятым ультразвуковым сигналам измеряют время задержки ультразвуковых сигналов. Синхронизацию моментов излучения и приема импульсных ультразвуковых сигналов осуществляют по радиоканалу. Осуществляют измерение температуры в местах размещения ультразвуковых излучателей и в местах размещения ультразвуковых приемников. По полученным временам задержки принятия ультразвуковых сигналов и измерениям температуры определяют расстояния от ультразвуковых излучателей до ультразвуковых приемников. Определяют географические координаты области наблюдения по положению центра масс КА относительно планеты, ориентации КА относительно планеты и пространственному положению аппаратуры наблюдения относительно КА, рассчитанному по расстояниям от ультразвуковых излучателей до ультразвуковых приемников. Система определения географических координат области наблюдения перемещаемой относительно КА аппаратуры наблюдения включает блок определения положения центра масс КА, блок определения ориентации КА, блок определения географических координат области наблюдения. Дополнительно введены не менее чем три ультразвуковых излучателя и не менее чем один датчик температуры, установленные на аппаратуре наблюдения, не менее чем три ультразвуковых приемника и не менее чем один датчик температуры, установленные на КА, блок формирования команд управления излучателями, контроллеры, радио-трансиверы, блок усиления сигналов, блок автоматической регулировки усиления, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок измерения времени задержки сигналов, синхронизатор, блок определения пространственного положения аппаратуры наблюдения относительно КА. Устройство размещения излучателей на аппаратуре наблюдения содержит разъемное соединение, одна из разъемных частей которого жестко соединена с аппаратурой наблюдения. Дополнительно введены не менее чем три штанги, на каждой из которых размещены ультразвуковые излучатели. Штанги жестко соединены с другой из разъемных частей разъемного соединения. Оси излучения ультразвуковых излучателей параллельны оси чувствительности аппаратуры наблюдения. Расстояния от ультразвуковых излучателей до оси чувствительности аппаратуры наблюдения выбираются по предложенной формуле в зависимости от размеров объектива аппаратуры наблюдения и иллюминатора КА, через который выполняется наблюдение, и минимального расстояния от аппаратуры наблюдения до иллюминатора. Технический результат - в обеспечении определения с высокой точностью географических координат области, наблюдаемой через аппаратуру наблюдения, свободно перемещаемую в условиях невесомости относительно КА и не имеющую с ним механической связи, при обеспечении возможности использования различной сменной аппаратуры наблюдения. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ наблюдения поверхности планеты из космоса и космическая спутниковая система для осуществления этого способа // 2535375

Группа изобретений относится к информационным спутниковым системам (ИСС) различного назначения, задачи которых в общем аспекте сводятся к обеспечению обзора (непрерывного или периодического) планеты, в частности Земли. В предлагаемой ИСС спутники для обзора области заданного широтного пояса с более низкими широтами выводят на орбиты с наклонением меньшим, чем наклонение орбит, на которые выводят спутники для обзора области с более высокими широтами. Высокоширотными спутниками осуществляют также обзор областей с указанными более низкими широтами. Целесообразность такого построения ИСС обусловлена тем фактом, что полосы обзора вдоль соседних трасс спутников сближаются и перекрываются с ростом широты. Орбиты спутников могут быть выбраны близкими к круговым со средней высотой, различной для высокоширотных и низкоширотных спутников. Существенным условием построения ИСС является равенство скоростей регрессии линии узлов орбит всех спутников. Это условие обеспечивает сохранение структуры ИСС (заданного разнесения плоскостей орбит по долготе восходящего узла). Тем самым достигается уменьшение потребного числа спутников в ИСС и/или потребной ширины полосы обзора. При заданном числе спутников в ИСС и фиксированной ширине полос обзора повышаются характеристики наблюдения (снижение периодичности обзора, повышение точности навигационного поля и др.). Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности ИСС путем уменьшения неоднородности по широте условий наблюдения спутниками поверхности планеты. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве и устройство для его осуществления // 2551396

Изобретение относится к способу бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве. При реализации способа на поверхности объекта выделяют одну и/или более обособленную зону, для которой можно заранее составить несколько разных упрощенных математических параметрических моделей на основании заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта, характеризующих форму, положение, движение, деформацию. Наносят маркеры на поверхность объекта, группируя по обособленным зонам в обособленные группы. Далее регистрируют изображения центральной проекции указанных маркеров. И на их основании с учетом заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта и с использованием методов многомерной минимизации расхождений определяют искомые геометрические параметры объекта. Технический результат - повышение точности и достоверности измерений геометрических параметров объекта при использовании одной камеры, особенно в условиях стесненного окружающего пространства и ограниченного оптического доступа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Способ и устройство для определения положения // 2551557

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована для определения и контроля местоположения элементов конструкции выемочного комплекса в очистном забое. Техническим результатом является обеспечение возможности одновременно отслеживать прямолинейность очистного забоя, регистрировать вертикальное и горизонтальное отклонение секций крепи и конвейера, автоматически контролировать ход секций крепи и/или следить за добычной машиной. Предложен способ определения положения механизмов в очистном забое при подземной разработке, включающий следующие этапы: устанавливают видеокамеру в области верхняка секции крепи с направлением взгляда в основном в направлении вентиляционной струи или против нее, ориентируют видеокамеру таким образом, чтобы точка схода изображения с камеры находилась в области правого или левого верхнего угла изображения с камеры, предусматривают освещенные маркировки на механизмах вдоль очистного забоя в области изображения с камеры и управляют ими, а также определяют положения механизмов с помощью электронной обработки маркировок, находящихся на изображении с камеры. Предложены также система и видеокамера для осуществления указанного способа. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ полетной калибровки мультиспектральной аппаратуры космического базирования // 2561231

Изобретение относится к способу калибровки элементов внутреннего ориентирования съемочной аппаратуры космического базирования, которая включает в себя мультиспектральный и монохроматический каналы. Способ включает предварительную калибровку монохроматического канала; съемку одного и того же района земной поверхности как монохроматическим каналом, так и мультиспектральным каналами; трансформацию мультиспектрального изображения в монохроматическое; приведение трансформированного изображения к масштабу монохроматического изображения. Далее определяют смещение и разворот указанных изображений относительно друг друга. Производят уточнение углов между осями системы автономной ориентации космического аппарата и осями мультиспектрального канала с учетом полученных смещений и разворота. На основании этого определяют истинное угловое положение мультиспектрального канала в инерциальной системе координат. Технический результат состоит в повышении точности калибровки элементов внутреннего ориентирования мультиспектральной съемочной аппаратуры космического аппарата в процессе его полета по околоземной орбите. 4 з.п. ф-лы.

Способ определения скорости движения фронтальной части ледника с космического аппарата // 2568152

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга опасных природных процессов и может быть использовано для определения скорости движения фронтальной части ледника. Сущность: определяют неподвижные характерные точки на склонах ледника. Осуществляют с космического аппарата съемку ледника и неподвижных характерных точек и получают изображение. Фиксируют контрольный створ в виде линии, проходящей через неподвижные характерные точки. В случае пересечения изображения ледника и контрольного створа измеряют по полученному изображению расстояние от контрольного створа до максимально удаленной крайней точки языка ледника. В случае если изображение ледника и контрольный створ не пересекаются, измеряют расстояние от контрольного створа до минимально удаленной крайней точки языка ледника. Повторяют съемку с космического аппарата при возникновении условий съемки. Определяют изменение расстояния от контрольного створа до крайней точки языка ледника. Рассчитывают скорость движения фронтальной части ледника. Технический результат: определение скорости движения ледника дистанционно, без присутствия специалистов на леднике или его склоне. 2 ил.

Способ картографирования ледниковой геоморфологии // 2570334

Изобретение относится к области картографирования и может быть использовано при составлении гляциологических карт. Сущность: получают спутниковое изображение исследуемого района. Получают цифровую модель возвышений исследуемого района. Идентифицируют равнины и гряды на цифровой модели возвышений. Идентифицируют болота и леса на изображении, полученном с помощью спутника. Формируют гляциологическую карту на основе идентифицированных равнин, гряд, болот и лесов. Дополнительно определяют текстуру льда, пределы прочности и модули деформации льда при сжатии и изгибе, строят вертикальные профили ледяного покрова. Кроме того, устанавливают регрессионные зависимости, связывающие пределы прочности льда при сжатии и изгибе и его температуру. При формировании гляциологической карты для конкретного района выделяют ледяные поля, имеющие разную текстуру льда, пределы прочности и модули деформации льда при сжатии и изгибе. Кроме того, осуществляют построение рельефа дна, используя неориентированный граф Кронрода-Риба. При этом выявляют изоморфные подграфы посредством нахождения ближайших подграфов по евклидову расстоянию между вершинами различных графов. Определяют вершины эталонного графа Кронрода-Риба для восстанавливаемого рельефа путем вычисления среднего значения координат и высот (глубин) для каждой вершины подграфов Кронрода-Риба. Технический результат: расширение функциональных возможностей ледникового геоморфологического картографирования и повышение достоверности построения рельефа дна.

Способ определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации // 2570797

Изобретение относится к открытой разработке месторождений полезных ископаемых. При реализации заявленного способа формируют фотопланограммы путем многократного фотографирования взорванной породы непосредственно в забое. Определяют гранулометрический состав и выбирают критерий гранулометрического состава. Затем создают эталонные фотопланограммы путем разделения всего диапазона изменения величины критерия гранулометрического состава пород на 3-5 групп. Осуществляют хронометражные исследования технологического параметра выемочно-погрузочных работ в процессе экскавации. Фиксируют соотношение технологического параметра выемочно-погрузочных работ и критерия гранулометрического состава раздробленной породы, визуально сравнивая фактический грансостав в забое с эталонными фотопланограммами, на которых этот критерий определен заранее. Устанавливают математическую зависимость изменения исследуемого технологического параметра выемочно-погрузочных работ от критерия гранулометрического состава раздробленной породы, при этом возможные ошибки визуального разделения грансостава компенсируют большим количеством опытов, а достоверность результата подтверждают расчетом с применением методов математической статистики. Технический результат - снижение трудоемкости определения грансостава и обеспечение оперативности получения результата. 8 ил., 1 табл.

Параллельное или выполняемое последовательно в онлайн- и оффлайн- режимах формирование реконструкций для трехмерного обмера помещения // 2572637

Измерительное приспособление для автоматического трехмерного обмера помещения содержит съемочный аппарат, выполненный с возможностью получения видеоизображений низкого разрешения. Съемочный аппарат также выполнен с возможностью автоматического получения снимков высокого разрешения в геометрически подходящих точках помещения. При этом автоматическое получение снимков высокого разрешения осуществляется на основе трехмерной реконструкции помещения, формируемой по видеоизображениям низкого разрешения в режиме реального времени. Технический результат заключается в повышении качества реконструкции помещения путем оптимальной ориентации съемочного аппарата. 3 н.и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.