Данные для геоинформационных систем могут быть получены в результате геодезической съемки, путем снятия информации с существующих карт, в результате дистанционного зондирования земной поверхности и из существующих цифровых источников.
Геодезическая съемка - это комплексный и последовательный процесс измерений углов и расстояний на местности с дальнейшей их цифровой обработкой с целью получения детального плана или карты определенной территории [1]. Исходя из конкретного запроса заказчика, необходимо отобразить на плане в заданном масштабе границы измеряемого участка и все объекты, расположенные на его поверхности. Также отображаются по результатам геодезической съемки коммуникации и сооружения, находящиеся под землей.
В ходе выполнения измерений и их обработки складывается достоверная информация об участке: характер рельефа и расположение высот, наличие и свойства растительности, дорог, водных объектов, расположений зданий и сооружений, подземных коммуникаций.
С помощью высокоточных сведений можно провести дальнейшую грамотную работу по проектированию объектов на территории, в том числе свести к минимуму неблагоприятные факторы и риски.
Основная задача геодезических работ на местности - получение координат определенных точек объектов. Для ее решения в процессе съемки выполняется: выбор метода измерений (полярных или прямоугольных координат), пересчет из условной системы координат в геодезическую, составление плана по полученным координатам с учетом заданного масштаба.
Для получения максимального и достоверного объема сведений в процессе геодезической съемки выделяются следующие этапы:
Подготовительный - сбор информации об объекте и изучение его особенностей. Изначально необходимо отталкиваться от технического задания и исходной документации, которые предоставляются заказчиком. После чего делается анализ собранных данных и составляется предварительный план работ. На этом же этапе выдается и разрешение на проведение геодезических изысканий.
Полевой - измерения непосредственно на местности. Выполняя рекогносцировку объекта и действуя по заранее намеченному плану, сроки процесса измерений значительно сокращаются. Построение геодезической сети и съемка ситуации сопровождаются ведением абриса. Кроме того, порядок действий четко регламентирован нормативными документами и строго соблюдается. Обязательно осуществляется привязка к пунктам геодезической сети. Именно в полевых условиях выполняют предварительную обработку измерений на предмет поиска грубых ошибок и проверки соответствия других параметров съемки техническому заданию.
Камеральный - обработка всех полученных с полевого этапа материалов. После их анализа и проверки точности составляется план измеренного участка в условных знаках и определенном масштабе. Все документы формируются в общий технический отчет и передаются заказчику. По необходимости выполняются процедуры согласования или экспертизы полученных сведений с контролирующими органами.
По способу использования различных инструментов для измерений выделяют: наземные съемки, аэрофотосъемки (выполняются с самолетов), комбинированные съемки (наземная + аэрофотосъемка), космические съемки (выполняются с помощью спутников) [2 - 6].
Наземные съемки также подразделяются в зависимости от цели итогового результата и сферы их применения на: топографические, фасадные, исполнительные (контрольные), разбивочные, поэтажные, вертикальные, специальные виды съемок.
Такие съемки заказываются для проектов строительства и благоустройства, кадастра и землеустройства, решения юридических споров и многих других вопросов.
На выбор конкретных приборов влияют такие факторы: вид, цель и точность съемки, объем и сроки выполнения работ.
Для измерения углов в ряде случаев до сих пор продолжают использовать обычные оптические теодолиты. В стандартный комплект оборудования также входят - нивелир, рулетка, штатив, вехи с отражателями. Обработка измерений при этом происходит вручную по формулам на инженерных калькуляторах.
Современные технологии реализованы в специализированных инструментах: тахеометрах, цифровых нивелирах, GPS-приемниках. Они позволяют повысить производительность процесса съемки и облегчить дальнейшие вычисления. Проводимые полевые изменения записываются в память прибора, которые потом удобно переносятся в программу обработки.
Высокочувствительные трассоискатели с локатором и цифровой подачей сигналов применяются для съемки подземных коммуникаций и инженерных сетей. Электронные инструменты по своим характеристикам предпочтительнее использовать для работы, однако нужно рассматривать еще и их целесообразность в конкретных условиях.
В геодезии проводят 2 вида измерений [7 - 10]:
В зависимости от применения определенных геодезических инструментов обработку измерений, полученных в ходе полевых работ, можно выполнить двумя способами:
С помощью программ общего применения. Например, Microsoft Excel (электронные таблицы). В ней содержится набор различных формул, и ей оптимально пользоваться при простых вычисления и небольшом объеме данных.
С помощью специализированных программ. К этому типу программ относят специально разработанное ПО для обработки, входящее в комплект с тахеометром или GPS-приемником (Topcon Tools, Leica Geo Office и другие).
Разрабатываются и стандартные специализированные программы для всех форматов и инструментов. Наиболее популярен и универсален программный комплекс "КРЕДО", имеющий дополнительные тематические приложения для обработки данных разных видов съемок - кредо топоплан, межевой план, кадастр, генплан, линейные изыскания и прочие. Широко применяется и другая специализированная программа обработки полевых геодезических измерений - GEOGRAF, но в ней есть ограничение по количеству пикетов. Gamit, Bernese, Gipsy-oasis - программы, признанные лучшими среди профессионалов.
Помимо вычислений разработаны программы и для создания чертежей карт и планов. Геодезисты работают в AutoCAD, MapInfo, КРЕДО и других.
По завершению съемочных и камеральных работ оформляется технический отчет. Он состоит из ведомостей измерений и вычислений, каталога координат, а также плана местности. На плане в условных знаках подробно отображаются все характеристики и особенности ситуации (рельефа, состояния дорог, положения различных объектов, твердые и нетвердые точки). План создается в графическом и электронном форматах с учетом заданной точности по техническому заданию заказчика.
К отчету прикладываются и дополнительные документы - абрисы, полевые журналы, схемы привязки, чертежи. Для отдельных проектов требуется обязательное согласование полученных съемочных материалов и плана с органами власти, организациями по эксплуатации объектов или смежными владельцами земельных участков по их границам. В дальнейшем план служит основой для любых действий, например, для: постановки земельного участка на кадастровый учет, строительства или реконструкции объекта на измеренной территории, проведения работ на участке по благоустройству и ландшафтному дизайну, разработки рекомендаций по освоению территории или проектов по рекультивации земель.
Важными характеристиками для процесса съемки являются:
Масштаб - 1:200, 1:500, 1:1000, 1:5000, 1:10000 и другие. По нему ориентируются, нанося изображение на план. Реальный размер объектов и линий пересчитывается согласно указанному масштабу.
Цель съемки, и какой результат ожидается в итоге.
Используемые системы координат и высот.
В мире насчитывается около 100 разных систем координат, которые относят к условным. На территории России действует Балтийская система высот.
Провести любую геодезическую съемку возможно при одновременном сочетании пяти составляющих: конкретный объект - что будет измеряться, специалист (персонал) - кто будет измерять, средства (инструменты) - чем будут выполняться измерения, методики - как будут происходить измерения, внешние условия - городская среда, открытая местность и т.п.
Оцифровка карт - это весьма сложный и стоит сказать высокотехнологичный процесс, который заключается в перенесении, или же преобразовании разнообразных объектов с бумажного носителя на цифровой носитель [11 - 13].
Чтобы произвести специализированную оцифровку карт, необходимо воспользоваться специальной техникой перенесения объектов. В данном случае нужно использовать планшет, который подключен к компьютеру. С помощью данного компьютерного устройства производиться ввод данных, которые выстраиваются в цифровом виде в карту при помощи специальной программы или нескольких программ. Координаты "х" и "у" у данных объектов, которые оцифровываются, а точнее находятся на карте, которая будет оцифрована, сохраняются как пространственные данные.
С помощью такого метода оцифровки можно перенести, а именно оцифровать любую карту и любой объект. Можно использовать не только саму оцифровку, но и программы, которые улучшают, детализируют данные на карте. Можно также в процессе оцифровки существующей карты добавлять новые слои, создавать определенный набор слоев для определенных территорий и участков карты. Можно также использовать планшет для обновления уже имеющегося слоя новой цифровой карты.
Для того, чтобы с помощью планшета и программы провести оцифровку карты, необходимо пройти такие специальные шаги:
Аэрофотосъемка - получение снимка земной поверхности с определенной высоты. Съемка проводится с помощью камеры, установленной на пилотируемом или беспилотном летательном аппарате (БПЛА) [14 - 16].
Технологии аэрофотосъемки широко используются в сфере туризма для визуализации объектов, территорий, в том числе в труднодоступных территориях, представляющих интерес для различных видов экстремального туризма.
Аэрофотосъемка БПЛА выполняется с помощью цифровой фототехники, которая обладает высоким разрешением и светочувствительностью. Точность аэрофотосъемки является очень высокой (стандартная ошибка обычно не превышает нескольких сантиметров). В зависимости от направления фотоаппарата бывает плановая аэрофотосъемка (камера направлена вертикально вниз) и перспективная фотосъемка (камера направлена по определенным углом).
В зависимости от применяемых технологию различают такие виды и методы аэрофотосъемки:
Одинарная аэрофотосъемка в видимом диапазоне. С помощью этой методики можно получить сверхточные цветные снимки местности. Эта технология обычно применяется для создания топографических карт; также выполняется аэрофотосъемка земельных участков, города, поселков, домов, жилищных комплексов, дорог, лесов, рек, озер и так далее.
Инфракрасная аэрофотосъемка. В данном случае фотографирование выполняется с помощью специальной техники, которая способна воспринимать инфракрасное излучение. Технология инфракрасной фотосъемки плохо подходит для создания снимков местности, однако ее можно применять для создания ортофотопланов и тематических специальных карт, а также для оценки экологического состояния местности.
Тепловизионная фотосъемка. Технология позволяет получить тепловой снимок местности, на котором будет видно распределение температуры. Тепловизионная фотосъемка идеально подходит для обследования теплотрасс и инженерных коммуникаций, для поиска источников пожара, для оценки обводненности земли, а также для экологических исследований (например, подсчет животных или обнаружение мест сброса отходов в реки).
Современная аэросъемка и воздушное лазерное сканирование. В данном случае фотосъемка осуществляется с помощью специальных устройств-лидаров, которые выполняют сканирование местности с помощью лазерных лучей. Лазерная съемка позволяет получить очень точный снимок рельефа местности. Поэтому ее обычно применяют для уточнения карт, геологической разведки и создания снимков участков, где происходят опасные геологические процессы.
Определенное распространение также получила беспилотная аэрофотосъемка и космическая съемка. С помощью этой методики можно не только получить детализированный список местности, но и его точные координаты на Земле.
На рисунках 1, 2, 3 представлены примеры
Услуга по аэрофотосъемке для создания карт позволяет получить точный детализованный снимок, с помощью которого можно изготовить карту в масштабе от 1:500 до 1:5000. Также с ее помощью можно создать цифровую модель местности, что может пригодиться в туристском трехмерном моделировании. Полученные снимки могут применяться в тематических системах ГИС.
Аэрофотосъемки с беспилотников имеют то же самое назначение, что и съемка с применением пилотируемых летательных аппаратов.
Аэрофотосъемку с беспилотников для визуализации туристских объектов и территорий в настоящее время используют достаточно часто ввиду её более широкой доступности и невысокой стоимости.
Развитие современной вычислительной техники и средств получения цифровых изображений обеспечило надежный фундамент для создания бесконтактных систем трехмерных измерений, основанных на фотограмметрическом подходе, позволяющем определять пространственные координаты объекта по его разно-ракурсным изображениям (фотографиям). В настоящее время фотограмметрические методы широко используются для построения карт и моделей местности по аэро- и космическим снимкам. Снимки архитектурных сооружений используются для измерения необходимых пространственных размеров зданий. Фотограмметрические методы применяются в судостроении (внутренние и внешние обмеры элементов корабля), медицине, микроизмерениях и многих других областях.
Развитие фотограмметрии от появления фотографии как средства получения изображений до недавнего времени шло, главным образом, по линии решения задач, возникающих при проведении наземных съемок и аэрофотосъемок для целей картографирования. Использование фотограмметрии для измерений близко расположенных объектов (инженерной фотограмметрии) ограничивалось необходимостью использования дорогостоящей и низкопроизводительной аналоговой измерительной техники (стереокомпараторов, стереометров, стереопланиграфов). Однако распространение высокопроизводительной вычислительной техники, с одной стороны, и совершенствование средств получения цифровых изображений, с другой стороны, обусловили необходимые предпосылки для появления высокоэффективных цифровых аппаратно-программных комплексов для практической инженерной фотограмметрии. В последние десятилетия стало возможным применять методы машинного зрения для решения задач бесконтактных измерений и создания трехмерных компьютерных моделей объектов сложной формы, и, тем самым, обеспечивать высокую точность и высокую степень автоматизации измерений в промышленности и на производстве[17 - 20].
Основными задачами, которые требуется решить при определении трехмерных координат точек объекта фотограмметрическими методами, являются следующие.
Выбор конфигурации съемки.
Качество измерений существенно зависит от выбранных масштаба съемки, расположения съемочных камер, собственной формы объекта, а также от ограничений, налагаемых условиями съемки. Поэтому для обеспечения требуемых показателей качества модели в каждом конкретном случае необходимо для заданного класса объектов решать задачу выбора количества, параметров и расположения камер.
Задача калибровки.
Под задачей калибровки понимаются определение адекватной математической модели съемки (геометрии получения изображения) и оценка параметров данной модели.
Задача стереоотождествления.
Проблема стереоотождествления заключается в идентификации на разноракурсных (стерео) снимках соответствующих двумерных изображений одной и той же заданной трехмерной точки поверхности объекта и высокоточном измерении ее координат на этих изображениях.
Задача расчета трехмерных координат точек объекта сложной формы.
Стереосистема машинного зрения может определить трехмерные координаты тех точек объекта, которые одновременно видны обеими камерами. Поэтому даже для не очень сложных поверхностей по стереопаре изображений может быть восстановлена лишь частичная модель (фрагмент) объекта.
Рассмотрим далее основные элементы фотограмметрического решения задач трехмерных бесконтактных измерений.
Математическая модель камеры.
В традиционных фото- и видеокамерах, используемых в технических системах, снимок формируется по закону центрального проектирования, когда точка снимка получается как точка пересечения прямой, проходящей через центр проекции (точку съемки) и точку объекта, с плоскостью снимка.
Для описания геометрической модели камеры вводятся две системы координат. В этой системе координат измеряются координаты точек оцифрованного изображения.
Калибровка видеокамер.
Рассмотрим удобный с практической точки зрения метод калибровки, который заключается в следующем: изготавливается специальное калибровочное поле (плоский стенд) со специально помеченными точками, координаты которых заранее известны с высокой степенью точности; производится съемка большого числа разноракурсных снимков калибровочного поля; на каждом снимке измеряются координаты всех видимых точек калибровочного поля; для каждой точки каждого снимка записываются условия коллинеарности центра проектирования, точки снимка с учетом искажений и точки калибровочного поля; по методу наименьших квадратов находятся значения оцениваемых параметров (в которые включаются и параметры камеры), соответствующих минимуму суммы квадратов невязок условий коллинеарности.
При проведении калибровки в вектор оцениваемых параметров включаются плановые координаты определяемых точек калибровочного поля, элементы внешнего ориентирования всех снимков, а также элементы внутреннего ориентирования и параметры нелинейных искажений всех камер комплекса.
Наиболее трудоемкой ручной операцией при использовании данного подхода к калибровке является измерение большого количества координат опорных точек калибровочного поля на множестве разноракурсных изображений.
Решение задачи стереосоответствия. Структурированный подсвет.
После того как в результате проведенных операций калибровки и ориентирования геометрическая модель стереосъемки стала известна нам со всеми своими параметрами, мы в принципе готовы к решению задачи реконструкции трехмерных координат точек снимаемой поверхности. При этом, для того чтобы вычислить трехмерные координаты любой точки поверхности, необходимо лишь определить положение ее проекции на снимках всех камер, используемых в измерительном комплексе. Иными словами, нам необходимо установить соответствие каждой интересующей нас точки на изображении, полученном от одной камеры системы, ее же изображениям на снимках, полученных от других камер системы. Конечно, в лабораторных условиях оператор измерительного комплекса в состоянии указать такие соответствующие точки разных снимков вручную, но в современных измерительных системах, используемых для реконструкции трехмерной формы объекта, необходимо измерять за короткие промежутки времени тысячи и даже сотни тысяч точек. Поэтому возникает задача автоматического определения соответствующих точек на изображениях от нескольких камер, называемая также задачей установления стерео-соответствия задачей установления стерео-соответствия.
В современном мире беспилотные авиационные системы (БАС) находят всё более широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Создано большое количество БАС самого различного назначения с широким диапазоном массогабаритных характеристик. В статье дана классификация беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). В статье так же рассматриваются критерии безопасного полета БПЛА. Разработан алгоритм корректировки полетного задания в зависимости от конкретной ситуации и типа БПЛА.
Рассмотрена идентификация ситуации при полете БПЛА. Произведена классификация ситуаций полета, которая включает пять классов по степени опасности. Классификация основана на величине отклонения от заданных параметров полетного задания. Предлагаемый подход учитывает различные типы беспилотных летательных аппаратов, что делает его универсальный для каждого полетного задания. В результате идентификация текущей полетной ситуации повышается осведомленность пилота о ситуации и обеспечивается необходимый уровень безопасности полетов.
Беспилотные летающие аппараты внедряются все больше и больше с каждым годом. Они применяются во многих сферах, как в гражданских, так и в военных. По мнению экспертов, БПЛА в скором времени будут доминировать над пилотируемыми аппаратами, особенно для военных целей [21]. Такое развитие обусловлено достаточно многими факторами. Самым главным достоинством БПЛА является отсутствие экипажа и относительно небольшая стоимость по сравнению с конкурентами.
С развитием современных технологий беспилотные летающие аппараты стали выполнять такие функции, которые раньше им были недоступны. В частности, БПЛА начали показывать свой функционал при выполнении задач ведения наблюдения. Они позволяют оператору наблюдать и отслеживать обстановку в любом заданном месте [14].
БПЛА невозможно классифицировать по тем или иным характеристикам, так как их огромное множество. Разнообразию дронов не видно конца, так как производители пока не ограничены никакими стандартами. В результате сегодня отсутствуют требования со стороны авиационных регуляторов о том, как БПЛА должен быть оснащен [22].
Беспилотники могут быть как самолетного, так и вертолетного типов [23]. Они отличаются габаритами, функциональностью, дальностью полетов, уровнем автономности и другими характеристиками.
За последнее время накоплен большой опыт в создании беспилотных летательных аппаратов [15]. Существуют беспилотные аппараты различной конструкции с различным весом, дальностью полета, массой полезной нагрузки, вариантов посадки и запуска. Повышенный интерес к их использованию вызван простотой их конструкции, относительно небольшой стоимостью, оперативностью. Классификация БПЛА по размеру приведена в Табл 4.1.
| N класса | Класс БПЛА | Взлетная масса, кг | Дальность действия, км | Примеры БПЛА |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Микро и мини -ближнего радиуса действия | 5 | 25 - 40 | Geoscan 101, ZALA 421 - 11, Элерон, БРАТ |
| 2 | Легкие малого радиуса действия | 5 -50 | 10 -120 | Geoscan 300, Орлан -10 |
| 3 | Легкие среднего радиуса действия | 50 -100 | 70 - 150 | ZALA 421 - 09, Дозор - 2, Пчела - 1Т |
| 4 | Средние | 100 - 300 | 150 -1000 | Бином, Комар, Берта, Беркут, Иркут - 200 |
| 5 | Среднетяжелые | 300 - 500 | 70 -300 | Колибри, Данэм, Аист, Дозор - 3 |
| 6 | Тяжелые среднего радиуса действия | >500 | 70 -300 | Ту - 243, Иркут - 850, Нарт |
| 7 | Тяжелые большой продолжительности полета | >1500 | 1500 | Predator, Heron, Зонд - 1, БасС |
Конструкция и функциональность меняются в зависимости от назначения аппарата [24]. Есть модели дронов, которые умеют принимать команды человека и реагировать на них. В таких устройствах установлены специальные модули-приемники команд.
Для мониторинга обычно используются БПЛА 1 и 2 класса. Это обусловлено тем, что при увеличении массы увеличивается энергия, выделяемая при его посадке, что может повредить БПЛА. БПЛА, сконструированные по типу вертолета лишены этого недостатка, но они не могут летать на далекие расстояния.
Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА
Существует огромный диапазон устройств записи изображений, доступных для применения на БПЛА. Типичные датчики можно условно классифицировать следующим образом:
Доступность цифровых устройств регистрирования варьируется от массовых продуктов, например, камер смартфонов, до специальных высокопроизводительных датчиков, используемых для специальных применений, таких как высокоскоростная визуализация. Датчики с глобальным затвором требуются для большинства динамических применений, когда камера или объект движутся относительно друг друга.
Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА позволяет получить цифровое изображение местности с разрешение 3 см на пиксель. Обработка изображений производится так же как и в традиционной аэрофотосъемке. Применение двухчастотной ГЛОНАС/GPS системы глобального позиционирования для определения центров фотографирования дает точность их определения не хуже 5 см.
Правильная работа беспилотного летательного аппарата (БПЛА) во время миссии учитывает влияние ряда факторы, вызывающих отклонения некоторых параметров движения от их оптимальных значений [25, 26]. Эксплуатация БПЛА несомненно предполагает обеспечение определенного уровня безопасности полетов. Безопасность летного задания зависит от целого ряда факторов, отражающих потенциальные опасности.
Реально на полет БПЛА влияет воздушное пространство, работа технических систем, Все это создает предпосылки для целого комплекса факторов, негативно влияющих на безопасность воздушного движения, и может вызвать появление конкретной ситуации во время полета [27]. Конкретная ситуация - результат действия опасных факторов и отражает значительное влияние на безопасность полетов. После анализа опасных факторов может быть произведена оценка вероятности их появления. Анализ проводится по группам опасных факторов в зависимости от уровня их влияния [28].
Оценка факторов риска определяет условия для полета, который, в свою очередь, требует классификации ситуации полета. Оценивается влияние каждого опасного фактора.
| Тип БПЛА | Сложные условия полета | Опасные условия полета | Чрезвычайные условия полета | Катастрофические ситуации |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 |
В условиях нормальных условий полета чрезвычайно незначительные отклонения от требований летного задания производительность присутствует. Они не влияют на успех производительность и находятся в допустимых пределах погрешности измерительного оборудования. Летное задание выполняется в соответствует требованиями безопасности и находится под непрерывным контролем.
В ситуации в сложных условиях полета желательно определить мизерные отклонения от требования летного задания. Отклонение параметров от плановых значений позволяет системе вернуться к летному заданию с учетом летно-технического ограничения. Непринятие решений о системе управление может привести к ухудшению полетной обстановки.
В сложной ситуации необходимо указать незначительные отклонения от требований летного задания. Отклонение параметров от плановых значений значительно усложняет процесс возврата в рейс задача. Необходимо решение по управлению системой для улучшение летной обстановки.
Чрезвычайная ситуация (ЧС) характеризуется существенным отклонением от требований летного задания. Значительные отклонения параметров от запланированных значений крайне усложняют процесс возврата к полетному заданию. Ситуация характеризуется значительным снижением уровня безопасности. Неконтролируемость ситуация может привести к катастрофе, поэтому есть необходимость в принятие решений по управлению системой.
Катастрофическая ситуация (КС) характеризуется невыполнением летного задания, связанного с критическим отклонением параметров от плановых значений. Катастрофические отклонения делают невозможным возврат к летному заданию. Необходимо учитывать летно-технические характеристики БПЛА, а также наличие незапланированных препятствий, приводящих к потере системы в целом.
Определение класса существующей полетной ситуации является важный элемент миссии, особенно в случае с помощью датчиков БПЛА восстановлены данные [30]. Для метрики формулировка классов летных ситуаций воспользуемся критерием, учитывающим уровень отклонения БПЛА от требований летного задания. Для этого полетное задание должно содержать набор запланированных значений. Параметры задаются перед полетом с учетом всех его сложностей. В дальнейшем точное соблюдение запланированного параметров полета будут соответствовать нормальным условиям полета.
Технически установка значений параметров планового полета в многопараметрическом подходе является сложной задачей. Ее решают группы экспертов на основе накопленного опыта и с использованием имитационных моделей.
Еще одним важным элементом многовариантной классификации - это установление метрики полета. Классы ситуаций, соответствуют определенному отклонению параметров от плановых значений до определенного уровня. Следует отметить, что уровни отклонений различны для разных классов ситуаций и не могут быть рассчитаны линейно. Предлагается ввести значения плановых параметров соответствующих определенному классу ситуации.
Этот параметр характеризует отклонение от планового значения в определенном метрическом пространстве и отражает определенное состояние БПЛА.
В случае многопараметрической классификации полета ситуаций предлагается оценить значение Z для каждого класса полетной обстановки и по каждому из параметров.
Впоследствии метрика Z будет использоваться для вычисления апостериорной вероятности классов ситуаций.
В соответствии с вероятностью возникновения класс полетной ситуации, указанный в таблице, сформируем границы классов Z. Однако значение катастрофической ситуации должен настраивать пользователь на основании суждений о неудачном выполнении летного задания.
Задача порога ZCS состоит в определении границы отклонения БПЛА от заданной траектории, которая определяется координатами. Граница значения других параметров системы определяется ее техническими характеристиками и может быть рассчитаны с помощью математической модели БПЛА или с использованием экспертных оценок на определенный момент времени.
Для районов Дальнего Востока и Сибири [7, 14] с большими труднодоступными территориями очень важной задачей является мониторинг природных ресурсов района [31 - 35]. Мониторинг может осуществляться по космическим снимкам, при помощи фотограмметрической съемки с самолетов, при помощи радиолокационной съемки и беспилотными летательными аппаратами [36] (рис. 4.4).
Мониторинг беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) на порядок дешевле космического и в разы менее по стоимости вертолетной платформы.
Комплекс мониторинга района включает в себя ситуационный центр, оснащенный средствами вычислительно техники и средствами связи, средства космического мониторинга и гибридную платформу с БПЛА большого радиуса действия с бензиновой установкой и малого радиуса действия с электрической установкой. Обе платформы комплектуются системой ГЛОНАС/GPS и GSM. Радиус действия комплекса на платформе БПЛА до 100 км со скоростью до 60 км/час, на платформе - БЛА до 15 км со скоростью 60 км/час. Аэрофотосъемка выполняется беспилотным летательным аппаратом, с высокоточным ГНСС приёмником на борту или с помощью измерения наземных опознаков при помощи наземного геодезического оборудования с высокой точность. В дальнейшей аэрофотоснимки проходят фотограмметрическую обработку и геометрической коррекцию.
В Российской Федерации создаются следующие государственные фонды пространственных данных:
В региональные фонды пространственных данных включаются пространственные данные и материалы, полученные в результате выполнения геодезических и картографических работ, организованных органами государственной власти субъектов Российской Федерации или подведомственными данным органам государственными учреждениями. Региональный фонд пространственных данных создается по решению высшего исполнительного органа государственной власти субъекта Российской Федерации.
В случае принятия высшим исполнительным органом государственной власти субъекта Российской Федерации решения о создании регионального фонда пространственных данных ведение указанного фонда осуществляется государственным учреждением субъекта Российской Федерации - фондодержателем регионального фонда пространственных данных.
В случае отсутствия в субъекте Российской Федерации регионального фонда пространственных данных пространственные данные и материалы, полученные в результате выполнения геодезических и картографических работ, организованных органами государственной власти субъектов Российской Федерации или подведомственными данным органам государственными учреждениями, подлежат передаче в федеральный фонд пространственных данных. Предоставление физическим и юридическим лицам, органам государственной власти и органам местного самоуправления пространственных данных и материалов, содержащихся в государственных фондах пространственных данных, осуществляется за плату, за исключением случаев, установленных федеральными законами. Порядок и способы предоставления пространственных данных и материалов, содержащихся в государственных фондах пространственных данных, в том числе порядок подачи заявления о предоставлении указанных пространственных данных и материалов, включая форму такого заявления и состав прилагаемых к нему документов, и порядок определения размера платы за предоставление указанных пространственных данных и материалов, устанавливаются Правительством Российской Федерации.
Порядок передачи пространственных данных и материалов федеральными органами исполнительной власти для включения в федеральный фонд пространственных данных и ведомственные фонды пространственных данных и порядок передачи пространственных данных и материалов органами государственной власти субъектов Российской Федерации или подведомственными данным органам государственными учреждениями для включения в региональные фонды пространственных данных или федеральный фонд пространственных данных устанавливаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере геодезии и картографии.
В лекции произведен анализ съема информации, его хранения и переработки. Комплексы съема и обработки геоинформационной информации позволяет решить ряд задач по слежению за состоянием территории и предотвратят ущербы от возникновения чрезвычайных ситуаций. Комплексы мониторинга позволят следить за перемещением грузов по автомобильным и железным дорогам, производить сервисное обслуживание населения, способствовать развитию туризма.
Данные для геоинформационных систем могут быть получены в результате геодезической съемки, путем снятия информации с существующих карт, в результате дистанционного зондирования земной поверхности и из существующих цифровых источников.
Геодезическая съемка - это комплексный и последовательный процесс измерений углов и расстояний на местности с дальнейшей их цифровой обработкой с целью получения детального плана или карты определенной территории [1]. Исходя из конкретного запроса заказчика, необходимо отобразить на плане в заданном масштабе границы измеряемого участка и все объекты, расположенные на его поверхности. Также отображаются по результатам геодезической съемки коммуникации и сооружения, находящиеся под землей.
В ходе выполнения измерений и их обработки складывается достоверная информация об участке: характер рельефа и расположение высот, наличие и свойства растительности, дорог, водных объектов, расположений зданий и сооружений, подземных коммуникаций.
С помощью высокоточных сведений можно провести дальнейшую грамотную работу по проектированию объектов на территории, в том числе свести к минимуму неблагоприятные факторы и риски.
Основная задача геодезических работ на местности - получение координат определенных точек объектов. Для ее решения в процессе съемки выполняется: выбор метода измерений (полярных или прямоугольных координат), пересчет из условной системы координат в геодезическую, составление плана по полученным координатам с учетом заданного масштаба.
Для получения максимального и достоверного объема сведений в процессе геодезической съемки выделяются следующие этапы:
Подготовительный - сбор информации об объекте и изучение его особенностей. Изначально необходимо отталкиваться от технического задания и исходной документации, которые предоставляются заказчиком. После чего делается анализ собранных данных и составляется предварительный план работ. На этом же этапе выдается и разрешение на проведение геодезических изысканий.
Полевой - измерения непосредственно на местности. Выполняя рекогносцировку объекта и действуя по заранее намеченному плану, сроки процесса измерений значительно сокращаются. Построение геодезической сети и съемка ситуации сопровождаются ведением абриса. Кроме того, порядок действий четко регламентирован нормативными документами и строго соблюдается. Обязательно осуществляется привязка к пунктам геодезической сети. Именно в полевых условиях выполняют предварительную обработку измерений на предмет поиска грубых ошибок и проверки соответствия других параметров съемки техническому заданию.
Камеральный - обработка всех полученных с полевого этапа материалов. После их анализа и проверки точности составляется план измеренного участка в условных знаках и определенном масштабе. Все документы формируются в общий технический отчет и передаются заказчику. По необходимости выполняются процедуры согласования или экспертизы полученных сведений с контролирующими органами.
По способу использования различных инструментов для измерений выделяют: наземные съемки, аэрофотосъемки (выполняются с самолетов), комбинированные съемки (наземная + аэрофотосъемка), космические съемки (выполняются с помощью спутников) [2 - 6].
Наземные съемки также подразделяются в зависимости от цели итогового результата и сферы их применения на: топографические, фасадные, исполнительные (контрольные), разбивочные, поэтажные, вертикальные, специальные виды съемок.
Такие съемки заказываются для проектов строительства и благоустройства, кадастра и землеустройства, решения юридических споров и многих других вопросов.
На выбор конкретных приборов влияют такие факторы: вид, цель и точность съемки, объем и сроки выполнения работ.
Для измерения углов в ряде случаев до сих пор продолжают использовать обычные оптические теодолиты. В стандартный комплект оборудования также входят - нивелир, рулетка, штатив, вехи с отражателями. Обработка измерений при этом происходит вручную по формулам на инженерных калькуляторах.
Современные технологии реализованы в специализированных инструментах: тахеометрах, цифровых нивелирах, GPS-приемниках. Они позволяют повысить производительность процесса съемки и облегчить дальнейшие вычисления. Проводимые полевые изменения записываются в память прибора, которые потом удобно переносятся в программу обработки.
Высокочувствительные трассоискатели с локатором и цифровой подачей сигналов применяются для съемки подземных коммуникаций и инженерных сетей. Электронные инструменты по своим характеристикам предпочтительнее использовать для работы, однако нужно рассматривать еще и их целесообразность в конкретных условиях.
В геодезии проводят 2 вида измерений [7 - 10]:
В зависимости от применения определенных геодезических инструментов обработку измерений, полученных в ходе полевых работ, можно выполнить двумя способами:
С помощью программ общего применения. Например, Microsoft Excel (электронные таблицы). В ней содержится набор различных формул, и ей оптимально пользоваться при простых вычисления и небольшом объеме данных.
С помощью специализированных программ. К этому типу программ относят специально разработанное ПО для обработки, входящее в комплект с тахеометром или GPS-приемником (Topcon Tools, Leica Geo Office и другие).
Разрабатываются и стандартные специализированные программы для всех форматов и инструментов. Наиболее популярен и универсален программный комплекс "КРЕДО", имеющий дополнительные тематические приложения для обработки данных разных видов съемок - кредо топоплан, межевой план, кадастр, генплан, линейные изыскания и прочие. Широко применяется и другая специализированная программа обработки полевых геодезических измерений - GEOGRAF, но в ней есть ограничение по количеству пикетов. Gamit, Bernese, Gipsy-oasis - программы, признанные лучшими среди профессионалов.
Помимо вычислений разработаны программы и для создания чертежей карт и планов. Геодезисты работают в AutoCAD, MapInfo, КРЕДО и других.
По завершению съемочных и камеральных работ оформляется технический отчет. Он состоит из ведомостей измерений и вычислений, каталога координат, а также плана местности. На плане в условных знаках подробно отображаются все характеристики и особенности ситуации (рельефа, состояния дорог, положения различных объектов, твердые и нетвердые точки). План создается в графическом и электронном форматах с учетом заданной точности по техническому заданию заказчика.
К отчету прикладываются и дополнительные документы - абрисы, полевые журналы, схемы привязки, чертежи. Для отдельных проектов требуется обязательное согласование полученных съемочных материалов и плана с органами власти, организациями по эксплуатации объектов или смежными владельцами земельных участков по их границам. В дальнейшем план служит основой для любых действий, например, для: постановки земельного участка на кадастровый учет, строительства или реконструкции объекта на измеренной территории, проведения работ на участке по благоустройству и ландшафтному дизайну, разработки рекомендаций по освоению территории или проектов по рекультивации земель.
Важными характеристиками для процесса съемки являются:
Масштаб - 1:200, 1:500, 1:1000, 1:5000, 1:10000 и другие. По нему ориентируются, нанося изображение на план. Реальный размер объектов и линий пересчитывается согласно указанному масштабу.
Цель съемки, и какой результат ожидается в итоге.
Используемые системы координат и высот.
В мире насчитывается около 100 разных систем координат, которые относят к условным. На территории России действует Балтийская система высот.
Провести любую геодезическую съемку возможно при одновременном сочетании пяти составляющих: конкретный объект - что будет измеряться, специалист (персонал) - кто будет измерять, средства (инструменты) - чем будут выполняться измерения, методики - как будут происходить измерения, внешние условия - городская среда, открытая местность и т.п.
Оцифровка карт - это весьма сложный и стоит сказать высокотехнологичный процесс, который заключается в перенесении, или же преобразовании разнообразных объектов с бумажного носителя на цифровой носитель [11 - 13].
Чтобы произвести специализированную оцифровку карт, необходимо воспользоваться специальной техникой перенесения объектов. В данном случае нужно использовать планшет, который подключен к компьютеру. С помощью данного компьютерного устройства производиться ввод данных, которые выстраиваются в цифровом виде в карту при помощи специальной программы или нескольких программ. Координаты "х" и "у" у данных объектов, которые оцифровываются, а точнее находятся на карте, которая будет оцифрована, сохраняются как пространственные данные.
С помощью такого метода оцифровки можно перенести, а именно оцифровать любую карту и любой объект. Можно использовать не только саму оцифровку, но и программы, которые улучшают, детализируют данные на карте. Можно также в процессе оцифровки существующей карты добавлять новые слои, создавать определенный набор слоев для определенных территорий и участков карты. Можно также использовать планшет для обновления уже имеющегося слоя новой цифровой карты.
Для того, чтобы с помощью планшета и программы провести оцифровку карты, необходимо пройти такие специальные шаги:
Аэрофотосъемка - получение снимка земной поверхности с определенной высоты. Съемка проводится с помощью камеры, установленной на пилотируемом или беспилотном летательном аппарате (БПЛА) [14 - 16].
Технологии аэрофотосъемки широко используются в сфере туризма для визуализации объектов, территорий, в том числе в труднодоступных территориях, представляющих интерес для различных видов экстремального туризма.
Аэрофотосъемка БПЛА выполняется с помощью цифровой фототехники, которая обладает высоким разрешением и светочувствительностью. Точность аэрофотосъемки является очень высокой (стандартная ошибка обычно не превышает нескольких сантиметров). В зависимости от направления фотоаппарата бывает плановая аэрофотосъемка (камера направлена вертикально вниз) и перспективная фотосъемка (камера направлена по определенным углом).
В зависимости от применяемых технологию различают такие виды и методы аэрофотосъемки:
Одинарная аэрофотосъемка в видимом диапазоне. С помощью этой методики можно получить сверхточные цветные снимки местности. Эта технология обычно применяется для создания топографических карт; также выполняется аэрофотосъемка земельных участков, города, поселков, домов, жилищных комплексов, дорог, лесов, рек, озер и так далее.
Инфракрасная аэрофотосъемка. В данном случае фотографирование выполняется с помощью специальной техники, которая способна воспринимать инфракрасное излучение. Технология инфракрасной фотосъемки плохо подходит для создания снимков местности, однако ее можно применять для создания ортофотопланов и тематических специальных карт, а также для оценки экологического состояния местности.
Тепловизионная фотосъемка. Технология позволяет получить тепловой снимок местности, на котором будет видно распределение температуры. Тепловизионная фотосъемка идеально подходит для обследования теплотрасс и инженерных коммуникаций, для поиска источников пожара, для оценки обводненности земли, а также для экологических исследований (например, подсчет животных или обнаружение мест сброса отходов в реки).
Современная аэросъемка и воздушное лазерное сканирование. В данном случае фотосъемка осуществляется с помощью специальных устройств-лидаров, которые выполняют сканирование местности с помощью лазерных лучей. Лазерная съемка позволяет получить очень точный снимок рельефа местности. Поэтому ее обычно применяют для уточнения карт, геологической разведки и создания снимков участков, где происходят опасные геологические процессы.
Определенное распространение также получила беспилотная аэрофотосъемка и космическая съемка. С помощью этой методики можно не только получить детализированный список местности, но и его точные координаты на Земле.
На рисунках 1, 2, 3 представлены примеры
Услуга по аэрофотосъемке для создания карт позволяет получить точный детализованный снимок, с помощью которого можно изготовить карту в масштабе от 1:500 до 1:5000. Также с ее помощью можно создать цифровую модель местности, что может пригодиться в туристском трехмерном моделировании. Полученные снимки могут применяться в тематических системах ГИС.
Аэрофотосъемки с беспилотников имеют то же самое назначение, что и съемка с применением пилотируемых летательных аппаратов.
Аэрофотосъемку с беспилотников для визуализации туристских объектов и территорий в настоящее время используют достаточно часто ввиду её более широкой доступности и невысокой стоимости.
Развитие современной вычислительной техники и средств получения цифровых изображений обеспечило надежный фундамент для создания бесконтактных систем трехмерных измерений, основанных на фотограмметрическом подходе, позволяющем определять пространственные координаты объекта по его разно-ракурсным изображениям (фотографиям). В настоящее время фотограмметрические методы широко используются для построения карт и моделей местности по аэро- и космическим снимкам. Снимки архитектурных сооружений используются для измерения необходимых пространственных размеров зданий. Фотограмметрические методы применяются в судостроении (внутренние и внешние обмеры элементов корабля), медицине, микроизмерениях и многих других областях.
Развитие фотограмметрии от появления фотографии как средства получения изображений до недавнего времени шло, главным образом, по линии решения задач, возникающих при проведении наземных съемок и аэрофотосъемок для целей картографирования. Использование фотограмметрии для измерений близко расположенных объектов (инженерной фотограмметрии) ограничивалось необходимостью использования дорогостоящей и низкопроизводительной аналоговой измерительной техники (стереокомпараторов, стереометров, стереопланиграфов). Однако распространение высокопроизводительной вычислительной техники, с одной стороны, и совершенствование средств получения цифровых изображений, с другой стороны, обусловили необходимые предпосылки для появления высокоэффективных цифровых аппаратно-программных комплексов для практической инженерной фотограмметрии. В последние десятилетия стало возможным применять методы машинного зрения для решения задач бесконтактных измерений и создания трехмерных компьютерных моделей объектов сложной формы, и, тем самым, обеспечивать высокую точность и высокую степень автоматизации измерений в промышленности и на производстве[17 - 20].
Основными задачами, которые требуется решить при определении трехмерных координат точек объекта фотограмметрическими методами, являются следующие.
Выбор конфигурации съемки.
Качество измерений существенно зависит от выбранных масштаба съемки, расположения съемочных камер, собственной формы объекта, а также от ограничений, налагаемых условиями съемки. Поэтому для обеспечения требуемых показателей качества модели в каждом конкретном случае необходимо для заданного класса объектов решать задачу выбора количества, параметров и расположения камер.
Задача калибровки.
Под задачей калибровки понимаются определение адекватной математической модели съемки (геометрии получения изображения) и оценка параметров данной модели.
Задача стереоотождествления.
Проблема стереоотождествления заключается в идентификации на разноракурсных (стерео) снимках соответствующих двумерных изображений одной и той же заданной трехмерной точки поверхности объекта и высокоточном измерении ее координат на этих изображениях.
Задача расчета трехмерных координат точек объекта сложной формы.
Стереосистема машинного зрения может определить трехмерные координаты тех точек объекта, которые одновременно видны обеими камерами. Поэтому даже для не очень сложных поверхностей по стереопаре изображений может быть восстановлена лишь частичная модель (фрагмент) объекта.
Рассмотрим далее основные элементы фотограмметрического решения задач трехмерных бесконтактных измерений.
Математическая модель камеры.
В традиционных фото- и видеокамерах, используемых в технических системах, снимок формируется по закону центрального проектирования, когда точка снимка получается как точка пересечения прямой, проходящей через центр проекции (точку съемки) и точку объекта, с плоскостью снимка.
Для описания геометрической модели камеры вводятся две системы координат. В этой системе координат измеряются координаты точек оцифрованного изображения.
Калибровка видеокамер.
Рассмотрим удобный с практической точки зрения метод калибровки, который заключается в следующем: изготавливается специальное калибровочное поле (плоский стенд) со специально помеченными точками, координаты которых заранее известны с высокой степенью точности; производится съемка большого числа разноракурсных снимков калибровочного поля; на каждом снимке измеряются координаты всех видимых точек калибровочного поля; для каждой точки каждого снимка записываются условия коллинеарности центра проектирования, точки снимка с учетом искажений и точки калибровочного поля; по методу наименьших квадратов находятся значения оцениваемых параметров (в которые включаются и параметры камеры), соответствующих минимуму суммы квадратов невязок условий коллинеарности.
При проведении калибровки в вектор оцениваемых параметров включаются плановые координаты определяемых точек калибровочного поля, элементы внешнего ориентирования всех снимков, а также элементы внутреннего ориентирования и параметры нелинейных искажений всех камер комплекса.
Наиболее трудоемкой ручной операцией при использовании данного подхода к калибровке является измерение большого количества координат опорных точек калибровочного поля на множестве разноракурсных изображений.
Решение задачи стереосоответствия. Структурированный подсвет.
После того как в результате проведенных операций калибровки и ориентирования геометрическая модель стереосъемки стала известна нам со всеми своими параметрами, мы в принципе готовы к решению задачи реконструкции трехмерных координат точек снимаемой поверхности. При этом, для того чтобы вычислить трехмерные координаты любой точки поверхности, необходимо лишь определить положение ее проекции на снимках всех камер, используемых в измерительном комплексе. Иными словами, нам необходимо установить соответствие каждой интересующей нас точки на изображении, полученном от одной камеры системы, ее же изображениям на снимках, полученных от других камер системы. Конечно, в лабораторных условиях оператор измерительного комплекса в состоянии указать такие соответствующие точки разных снимков вручную, но в современных измерительных системах, используемых для реконструкции трехмерной формы объекта, необходимо измерять за короткие промежутки времени тысячи и даже сотни тысяч точек. Поэтому возникает задача автоматического определения соответствующих точек на изображениях от нескольких камер, называемая также задачей установления стерео-соответствия задачей установления стерео-соответствия.
В современном мире беспилотные авиационные системы (БАС) находят всё более широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Создано большое количество БАС самого различного назначения с широким диапазоном массогабаритных характеристик. В статье дана классификация беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). В статье так же рассматриваются критерии безопасного полета БПЛА. Разработан алгоритм корректировки полетного задания в зависимости от конкретной ситуации и типа БПЛА.
Рассмотрена идентификация ситуации при полете БПЛА. Произведена классификация ситуаций полета, которая включает пять классов по степени опасности. Классификация основана на величине отклонения от заданных параметров полетного задания. Предлагаемый подход учитывает различные типы беспилотных летательных аппаратов, что делает его универсальный для каждого полетного задания. В результате идентификация текущей полетной ситуации повышается осведомленность пилота о ситуации и обеспечивается необходимый уровень безопасности полетов.
Беспилотные летающие аппараты внедряются все больше и больше с каждым годом. Они применяются во многих сферах, как в гражданских, так и в военных. По мнению экспертов, БПЛА в скором времени будут доминировать над пилотируемыми аппаратами, особенно для военных целей [21]. Такое развитие обусловлено достаточно многими факторами. Самым главным достоинством БПЛА является отсутствие экипажа и относительно небольшая стоимость по сравнению с конкурентами.
С развитием современных технологий беспилотные летающие аппараты стали выполнять такие функции, которые раньше им были недоступны. В частности, БПЛА начали показывать свой функционал при выполнении задач ведения наблюдения. Они позволяют оператору наблюдать и отслеживать обстановку в любом заданном месте [14].
БПЛА невозможно классифицировать по тем или иным характеристикам, так как их огромное множество. Разнообразию дронов не видно конца, так как производители пока не ограничены никакими стандартами. В результате сегодня отсутствуют требования со стороны авиационных регуляторов о том, как БПЛА должен быть оснащен [22].
Беспилотники могут быть как самолетного, так и вертолетного типов [23]. Они отличаются габаритами, функциональностью, дальностью полетов, уровнем автономности и другими характеристиками.
За последнее время накоплен большой опыт в создании беспилотных летательных аппаратов [15]. Существуют беспилотные аппараты различной конструкции с различным весом, дальностью полета, массой полезной нагрузки, вариантов посадки и запуска. Повышенный интерес к их использованию вызван простотой их конструкции, относительно небольшой стоимостью, оперативностью. Классификация БПЛА по размеру приведена в Табл 4.1.
| N класса | Класс БПЛА | Взлетная масса, кг | Дальность действия, км | Примеры БПЛА |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Микро и мини -ближнего радиуса действия | 5 | 25 - 40 | Geoscan 101, ZALA 421 - 11, Элерон, БРАТ |
| 2 | Легкие малого радиуса действия | 5 -50 | 10 -120 | Geoscan 300, Орлан -10 |
| 3 | Легкие среднего радиуса действия | 50 -100 | 70 - 150 | ZALA 421 - 09, Дозор - 2, Пчела - 1Т |
| 4 | Средние | 100 - 300 | 150 -1000 | Бином, Комар, Берта, Беркут, Иркут - 200 |
| 5 | Среднетяжелые | 300 - 500 | 70 -300 | Колибри, Данэм, Аист, Дозор - 3 |
| 6 | Тяжелые среднего радиуса действия | >500 | 70 -300 | Ту - 243, Иркут - 850, Нарт |
| 7 | Тяжелые большой продолжительности полета | >1500 | 1500 | Predator, Heron, Зонд - 1, БасС |
Конструкция и функциональность меняются в зависимости от назначения аппарата [24]. Есть модели дронов, которые умеют принимать команды человека и реагировать на них. В таких устройствах установлены специальные модули-приемники команд.
Для мониторинга обычно используются БПЛА 1 и 2 класса. Это обусловлено тем, что при увеличении массы увеличивается энергия, выделяемая при его посадке, что может повредить БПЛА. БПЛА, сконструированные по типу вертолета лишены этого недостатка, но они не могут летать на далекие расстояния.
Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА
Существует огромный диапазон устройств записи изображений, доступных для применения на БПЛА. Типичные датчики можно условно классифицировать следующим образом:
Доступность цифровых устройств регистрирования варьируется от массовых продуктов, например, камер смартфонов, до специальных высокопроизводительных датчиков, используемых для специальных применений, таких как высокоскоростная визуализация. Датчики с глобальным затвором требуются для большинства динамических применений, когда камера или объект движутся относительно друг друга.
Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА позволяет получить цифровое изображение местности с разрешение 3 см на пиксель. Обработка изображений производится так же как и в традиционной аэрофотосъемке. Применение двухчастотной ГЛОНАС/GPS системы глобального позиционирования для определения центров фотографирования дает точность их определения не хуже 5 см.
Правильная работа беспилотного летательного аппарата (БПЛА) во время миссии учитывает влияние ряда факторы, вызывающих отклонения некоторых параметров движения от их оптимальных значений [25, 26]. Эксплуатация БПЛА несомненно предполагает обеспечение определенного уровня безопасности полетов. Безопасность летного задания зависит от целого ряда факторов, отражающих потенциальные опасности.
Реально на полет БПЛА влияет воздушное пространство, работа технических систем, Все это создает предпосылки для целого комплекса факторов, негативно влияющих на безопасность воздушного движения, и может вызвать появление конкретной ситуации во время полета [27]. Конкретная ситуация - результат действия опасных факторов и отражает значительное влияние на безопасность полетов. После анализа опасных факторов может быть произведена оценка вероятности их появления. Анализ проводится по группам опасных факторов в зависимости от уровня их влияния [28].
Оценка факторов риска определяет условия для полета, который, в свою очередь, требует классификации ситуации полета. Оценивается влияние каждого опасного фактора.
| Тип БПЛА | Сложные условия полета | Опасные условия полета | Чрезвычайные условия полета | Катастрофические ситуации |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 |
В условиях нормальных условий полета чрезвычайно незначительные отклонения от требований летного задания производительность присутствует. Они не влияют на успех производительность и находятся в допустимых пределах погрешности измерительного оборудования. Летное задание выполняется в соответствует требованиями безопасности и находится под непрерывным контролем.
В ситуации в сложных условиях полета желательно определить мизерные отклонения от требования летного задания. Отклонение параметров от плановых значений позволяет системе вернуться к летному заданию с учетом летно-технического ограничения. Непринятие решений о системе управление может привести к ухудшению полетной обстановки.
В сложной ситуации необходимо указать незначительные отклонения от требований летного задания. Отклонение параметров от плановых значений значительно усложняет процесс возврата в рейс задача. Необходимо решение по управлению системой для улучшение летной обстановки.
Чрезвычайная ситуация (ЧС) характеризуется существенным отклонением от требований летного задания. Значительные отклонения параметров от запланированных значений крайне усложняют процесс возврата к полетному заданию. Ситуация характеризуется значительным снижением уровня безопасности. Неконтролируемость ситуация может привести к катастрофе, поэтому есть необходимость в принятие решений по управлению системой.
Катастрофическая ситуация (КС) характеризуется невыполнением летного задания, связанного с критическим отклонением параметров от плановых значений. Катастрофические отклонения делают невозможным возврат к летному заданию. Необходимо учитывать летно-технические характеристики БПЛА, а также наличие незапланированных препятствий, приводящих к потере системы в целом.
Определение класса существующей полетной ситуации является важный элемент миссии, особенно в случае с помощью датчиков БПЛА восстановлены данные [30]. Для метрики формулировка классов летных ситуаций воспользуемся критерием, учитывающим уровень отклонения БПЛА от требований летного задания. Для этого полетное задание должно содержать набор запланированных значений. Параметры задаются перед полетом с учетом всех его сложностей. В дальнейшем точное соблюдение запланированного параметров полета будут соответствовать нормальным условиям полета.
Технически установка значений параметров планового полета в многопараметрическом подходе является сложной задачей. Ее решают группы экспертов на основе накопленного опыта и с использованием имитационных моделей.
Еще одним важным элементом многовариантной классификации - это установление метрики полета. Классы ситуаций, соответствуют определенному отклонению параметров от плановых значений до определенного уровня. Следует отметить, что уровни отклонений различны для разных классов ситуаций и не могут быть рассчитаны линейно. Предлагается ввести значения плановых параметров соответствующих определенному классу ситуации.
Этот параметр характеризует отклонение от планового значения в определенном метрическом пространстве и отражает определенное состояние БПЛА.
В случае многопараметрической классификации полета ситуаций предлагается оценить значение Z для каждого класса полетной обстановки и по каждому из параметров.
Впоследствии метрика Z будет использоваться для вычисления апостериорной вероятности классов ситуаций.
В соответствии с вероятностью возникновения класс полетной ситуации, указанный в таблице, сформируем границы классов Z. Однако значение катастрофической ситуации должен настраивать пользователь на основании суждений о неудачном выполнении летного задания.
Задача порога ZCS состоит в определении границы отклонения БПЛА от заданной траектории, которая определяется координатами. Граница значения других параметров системы определяется ее техническими характеристиками и может быть рассчитаны с помощью математической модели БПЛА или с использованием экспертных оценок на определенный момент времени.
Для районов Дальнего Востока и Сибири [7, 14] с большими труднодоступными территориями очень важной задачей является мониторинг природных ресурсов района [31 - 35]. Мониторинг может осуществляться по космическим снимкам, при помощи фотограмметрической съемки с самолетов, при помощи радиолокационной съемки и беспилотными летательными аппаратами [36] (рис. 4.4).
Мониторинг беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) на порядок дешевле космического и в разы менее по стоимости вертолетной платформы.
Комплекс мониторинга района включает в себя ситуационный центр, оснащенный средствами вычислительно техники и средствами связи, средства космического мониторинга и гибридную платформу с БПЛА большого радиуса действия с бензиновой установкой и малого радиуса действия с электрической установкой. Обе платформы комплектуются системой ГЛОНАС/GPS и GSM. Радиус действия комплекса на платформе БПЛА до 100 км со скоростью до 60 км/час, на платформе - БЛА до 15 км со скоростью 60 км/час. Аэрофотосъемка выполняется беспилотным летательным аппаратом, с высокоточным ГНСС приёмником на борту или с помощью измерения наземных опознаков при помощи наземного геодезического оборудования с высокой точность. В дальнейшей аэрофотоснимки проходят фотограмметрическую обработку и геометрической коррекцию.
В Российской Федерации создаются следующие государственные фонды пространственных данных:
В региональные фонды пространственных данных включаются пространственные данные и материалы, полученные в результате выполнения геодезических и картографических работ, организованных органами государственной власти субъектов Российской Федерации или подведомственными данным органам государственными учреждениями. Региональный фонд пространственных данных создается по решению высшего исполнительного органа государственной власти субъекта Российской Федерации.
В случае принятия высшим исполнительным органом государственной власти субъекта Российской Федерации решения о создании регионального фонда пространственных данных ведение указанного фонда осуществляется государственным учреждением субъекта Российской Федерации - фондодержателем регионального фонда пространственных данных.
В случае отсутствия в субъекте Российской Федерации регионального фонда пространственных данных пространственные данные и материалы, полученные в результате выполнения геодезических и картографических работ, организованных органами государственной власти субъектов Российской Федерации или подведомственными данным органам государственными учреждениями, подлежат передаче в федеральный фонд пространственных данных. Предоставление физическим и юридическим лицам, органам государственной власти и органам местного самоуправления пространственных данных и материалов, содержащихся в государственных фондах пространственных данных, осуществляется за плату, за исключением случаев, установленных федеральными законами. Порядок и способы предоставления пространственных данных и материалов, содержащихся в государственных фондах пространственных данных, в том числе порядок подачи заявления о предоставлении указанных пространственных данных и материалов, включая форму такого заявления и состав прилагаемых к нему документов, и порядок определения размера платы за предоставление указанных пространственных данных и материалов, устанавливаются Правительством Российской Федерации.
Порядок передачи пространственных данных и материалов федеральными органами исполнительной власти для включения в федеральный фонд пространственных данных и ведомственные фонды пространственных данных и порядок передачи пространственных данных и материалов органами государственной власти субъектов Российской Федерации или подведомственными данным органам государственными учреждениями для включения в региональные фонды пространственных данных или федеральный фонд пространственных данных устанавливаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере геодезии и картографии.
В лекции произведен анализ съема информации, его хранения и переработки. Комплексы съема и обработки геоинформационной информации позволяет решить ряд задач по слежению за состоянием территории и предотвратят ущербы от возникновения чрезвычайных ситуаций. Комплексы мониторинга позволят следить за перемещением грузов по автомобильным и железным дорогам, производить сервисное обслуживание населения, способствовать развитию туризма.
Для получения официальных документов о завершении программы дополнительного профессионального образования (удостоверения о повышении квалификации, дипломов о профессиональной переподготовке и MBA) необходимо предоставить:
Внимание! Вы можете не заказывать доставку бумажной версии официального документы, а скачать его в электронном виде и распечатать самостоятельно. Информация о выданном документе в течение 1 месяца загружается в Федеральную информационную систему «Федеральный реестр сведений о документах об образовании и (или) о квалификации, документах об обучении» - ФИС ФРДО.
Доступ на новый сайт осуществляется с использованием адреса электронной почты, который был указан вами при регистрации на "старом". Мы постарались перенести все ваши данные с прежнего ресурса, однако не исключена вероятность потери части информации.
При возникновении проблемы со входом, воспользуйтесь функцией сброса пароля
Если вы обнаружите несоответствия, пожалуйста, сообщите нам.