Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Технологія картографування і моніторингу з використанням легких літальних апаратів

Актуальність теми. Сучасні наукові дослідження в сфері фотограмметрії та дистанційного зондування, зокрема в галузі картографування та моніторингу, скеровані на розробку нових ефективних методів аерофотознімання з використанням сучасних цифрових технологій та методів.

Традиційні методи аерофотознімання (АФЗ), які проводились із застосуванням літаків типу Ан30, Ан2 та гелікоптерів в сучасних умовах виявились малорентабельним і не ефективним. Крупномасштабне знімання локальних об'єктів таких як кар'єри, шламосховища, техногенні родовища, населені пункти, лінійні об'єкти потребують високої оперативності виконання робіт і одночасно не в змозі забезпечити низьку вартість виконання робіт через використання дорогого аерофотознімального обладнання. Потреба для деяких обєктів проведення АФЗ два і більше разів на місяць унеможливлює використання важких та середніх літаків, для яких крім стаціонарних аеродромів необхідно підготувати, затвердити, узгодити та отримати відповідні дозволи на проведення аерофотознімальних робіт. Планове проведення АФЗ не завжди збігається з технічним завданням та програмою проведення робіт.

В такому випадку перспективним є виконання АФЗ з використанням легких літальних апаратів (ЛЛА), в тому числі мотодельтапланів, що значно скорочує витрати на аерофотознімальні роботи та забезпечує мобільність моніторингу. Необхідно зазначити, що погодження польотів для ЛЛА проводиться за спрощеною схемою, підготовка та виконання АФЗ з використанням ЛЛА не потребує стаціонарного аеродрому та високопрофесійного обслуговуючого персоналу. Таким чином техніко-економічні витрати, організація та термін виконання робіт є головним аргументом використання ЛЛА.

Розвиток та вдосконалення ЛЛА в останні роки дозволив розширити сферу їх застосування для вирішення традиційних задач фототопографії та інженерної фотограмметрії. Звичайно вирішення таких задач вимагає розробки відповідних технологій виконання робіт, підвищення вимог до якості та точності знімання.

Перші розробки аналогічних знімальних комплексів в Україні виконано колективом вчених Національного університету "Львівська політехніка" у складі: В.М. Глотова, О.Л. Дорожинського, А.В. Бандури, Є.Ф. Накалова, Р.С. Яцинича, Г.Є. Майорова, І.Г. Пулькевича. В Росії аналогічні розробки було виконано у 80-х роках ХХ сторіччя під керівництвом А.Г. Ваніна, а також Ю.Г. Батракова, І.А. Седельникова, С.В.Шендяпина

Значного успіху у використанні ЛЛА для аерофотознімання досягли вчені США та Канади. Слід особливо відзначити праці C.K. Toth, D.A. Grejner-Brzezinska, K.P. Schwartz, а також представників Європи - J. Skaloud, M. Cramer. Найбільш інтенсивно над поставленою проблемою працюють університети Калгарі (Канада), Огайо (США), Штутгарту (Німеччина).

Фактично АФЗ з ЛЛА є частковим випадком традиційного аерофотознімання. Тут слід відзначити роботи потужних української та російської шкіл фотограмметрії, зокрема роботи В.М. Глотова, З.Д. Дереха, О.Л. Дорожинського, С.Г. Могильного, В.М. Сердюкова, А.Н. Лобанова, В.О. Катушкова, Х.В. Бурштинської, Ф. В. Дробишева, В.Б. Дубіновского та ін.

Наведений перелік охоплює лише найбільш значимі роботи в контексті змісту обраного напряму дослідження. Головним напрямом дослідження є вирішення науково-прикладної задачі розробки технології картографування і моніторингу обєктів з використанням легких літальних апаратів

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Обраний напрямок досліджень пов'язаний із реалізацією Державної науково-технічної програми розвитку топографо-геодезичної діяльності та національного картографування на 2003-2010 роки, що затверджена Постановою Кабінету Міністрів України №37 від 16 січня 2003 р. .

Базовими для дисертації є науково-дослідні роботи що виконувались в Науково-дослідному інституті геодезії і картографії (НДІГК) та в Державному науково-виробничому підприємстві «Аерогеодезія». Зокрема, автор дисертації був безпосереднім керівником та виконавцем таких науково-дослідних робіт:

0100V006145; Впровадження та ведення автоматизованої системи обробки кадастрових зйомок, 2000 р., Науково-дослідний інститут геодезії і картографії;

0195U011861; Розробка методології досліджень, оцінювання та оптимізації системи наземного та підспутникового забезпечення аерокосмічних досліджень земної поверхні в оптичному діапазоні спектру для вирішення агроресурсних та екологічних завдань., 2001 р., ЦАДЗ ІГН НАНУ, Київ;

0102V005186; Розробка державної науково-технічної програми розвитку топографо-геодезичної діяльності та національного картографування в Україні на 2003-2010 рр., 2002 р., Науково-дослідний інститут геодезії і картографії.

Дисертаційна робота виконана згідно з планом наукової роботи кафедри геоінформатики і фотограмметрії Київського національного університету будівництва та архітектури.

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є вирішення науково-прикладної задачі розробки та вдосконалення технології аерофотознімання з використанням ЛЛА типу мотодельтоплан для підвищення ефективності та оперативності вирішення задач тотопографічного знімання та моніторингу навколишнього середовища.

Задачі досліджень:

· аналіз існуючих технологічних схем та технічних засобів аерофотознімання;

· розробка аерофотознімального комплексу (АФЗК): ЛЛА/аерофотоустановка/аерофотокамера/навігаційне устаткування для потреб картографування;

· дослідження руху аерознімального комплексу на базі ЛЛА в умовах турбулентної атмосфери;

· дослідження кутової стабілізації аерофотоустаноки та аналіз похибок орієнтації оптичної осі аерфотокамери при АФЗ;

· розробка технології АФЗ з використанням АФЗК;

· удосконалення пілотажно-навігаційної технології при проведенні аерофотознімання з використанням АФЗК;

· впровадження запропонованої методики аерофотознімання з використанням АФЗК на базі ЛЛА.

Об'єктом дослідження є аерофотознімання з використанням легких літальних апаратів.

Предметом дослідження є технологія і засоби аерознімання з використанням ЛЛА, обробка результатів АФЗ, що отримані з використанням ЛЛА.

Методи дослідження.

· для дослідження руху аерознімального комплексу використано методи аеродинаміки насамперед механіки польоту літальних апаратів та циркуляції повітря в атмосфері;

· для дослідження точності аерофотознімання з використанням легких літальних апаратів використано методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів

· теоретично обгрунтовано ефективність технології проведення аерофотознімань з використанням ЛЛА;

· запропонована та теоретично обґрунтована математична модель дослідження АФЗК на базі теорії механіки польоту літальних апаратів, що враховує вплив найбільш суттєвих факторів при виконанні АФЗ;

· розроблено методику обробки даних АФЗ, які отримані з використанням аерознімального комплексу на базі ЛЛА, яка дозволяє забезпечити необхідну якість та точність отриманої інформації.

Практичне значення одержаних результатів

На основі теоретичних положень:

· розроблено та обґрунтовано технічне рішення АФЗК для ЛЛА типу мотодельтоплан з використанням стандартних аерофотокамер, що задовольняє потребам топографо-геодезичного виробництва;

· розроблено спосіб та пристрій контролю положення вертикалі на рухомому об'єкті, які дозволяють зменшити вплив похибок нахилу оптичної осі аерофотоапарату на точність АФЗ;

· впроваджено у виробництво АФЗК комплекс для ЛЛА типу мотодельтоплан, що відповідає вимогам точності та економічності виконання робіт;

· розроблена та апробована на багатьох об'єктах технологія виконання аерофотознімальних робіт з використанням АФЗК для ЛЛА.

· запропоновано методику опрацювання аерофотознімальних матеріалів, що отримані з використанням АФЗК для ЛЛА, яка дозволяє використовувати комплекси для картографування населених пунктів, топографо-геодезичних вишукувань лінійних об'єктів та вирішення інженерних задач і задач моніторингу у надзвичайних ситуаціях.

Отримані результати можуть бути використані при розробці та вдосконаленні нових АФЗК підвищеної точності. Запропонований АФЗК для легких літальних апаратів є дешевим і задовольняє економічним вимогам та вимогам щодо точності картографування. Результати розробок рекомендовані до застосування в практиці топографо-геодезичного виробництва та моніторингу стану об'єктів, особливо у надзвичайних ситуаціях.

Особистий внесок здобувача. Результати досліджень, що викладено в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно, що підтверджується одноосібними публікаціями з ключових аспектів задачі, а саме: розробка та дослідження АФЗК для ЛЛА; розробка методики опрацювання аерофотознімальних матеріалів; розробка та апробація технології виконання аерофотознімальних робіт з використанням АФЗК.

У працях, опублікованих у співавторстві, здобувачу належить: [1] - розробка технології виконання АФЗ в використанням ЛЛА; [2] - методика визначення впливу коливання осі аерофотоапарату при виконанні АФЗ з використанням ЛЛА; [3] - розробка методики екологічного моніторингу при застосуванні АФЗ з мотодельтапланів; [5] - обгрунтування використання систем координат при дослідженні руху ЛЛА; [12;13] - аналіз основних факторів, які слід враховувати при виконанні АФЗ з ЛЛА.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на науково-практичних конференціях Київського національного університету будівництва і архітектури (м. Київ, 2000-2005 рр.), Міжнародній науково-практичній конференції ГІС-ФОРУМ (м. Київ, 2001 р. та 2006 р.), конференції "Новітні досягнення геодезії, геоінформатики та землевпорядкування - європейський досвід" (м. Чернігів, 2006 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 друкованих праць, загальним обсягом 1,5 а. а., у тому числі 5 - у фахових наукових виданнях і 2 - у матеріалах конференцій. Отримано 4 патенти України на винахід та 2 деклараційних патенти.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури і додатків. Обсяг роботи становить 131 сторінку або 11 а. а., у тому числі - 10 сторінок рисунків, 10 сторінок таблиць. Додатки займають 16 сторінок, список використаних джерел - 10 сторінок (120 найменувань).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та методи її досягнення, визначено наукову новизну та практичне значення досліджень, коротко розкрито основний зміст роботи.

Розділ 1 Аналіз технічних характеристик літальних апаратів, знімальної та навігаційної апаратури для виконання аерофотознімання.

Метою цього розділу є визначення основних факторів, які слід врахувати при розробці АФЗК та технології виконання АФЗ на базі ЛЛА.

Сучасний стан ринку картографічної продукції потребує розробки технології, яка задовольнятиме одночасно багатьом вимогам, серед яких швидкість отримання даних, точність та якість даних, досягнення певного економічного ефекту. Альтернативою, у теперішній час, коли відсутній сучасний та економічний літак для виконання АФЗ, є використання ЛЛА, перш за все мотодельтапланів. Апаратура АФЗК є значно простішою, висоти знімання меншими а функціонувати комплекс може за несприятливих погодних умовах.

В розділі на основі детального аналізу запропоновано наступні елементи аерознімального комплексу на базі ЛЛА: аерофотоапарат, супутниковий GPS - приймач та датчик вертикалі. При АФЗ з мотодельтаплану використання всього комплексу приладів практично неможливе через їх вагу, енергозабезпечення і складність, їх використання.

Встановлено основні вимоги які слід висунути при розробці аерознімального комплексу. Перерахуємо основні з них:

· Розташування вимірювальних засобів.

· Синхронізація вимірювальних засобів.

· Калібрування вимірювальних засобів.

Вимоги до розташування вимірювальних засобів:

1. Мінімізація ефекту похибок калібрування.

2. Уникнення будь-яких обертових моментів між вимірювальними засобами.

Вимоги до синхронізації вимірювальних засобів:

1. Встановлення міток часу для моментів фотографування або алгоритму їх інтерполяції.

Вимоги до калібрування вимірювальних засобів:

1. Визначення вектору аерофотоапарат - антена GPS - приймача.

2. Визначення кутів розвороту аерофотоапарат - датчик вертикалі.

В розділі визначені основні вимоги до навігаційного та аерофотознімального устаткування яким повинен задовольняти АФЗК.

Основними питаннями на які повинна відповісти виконана робота слід вважати: 1) дослідження впливу атмосфери на точність аерофотознімання за допомогою АФЗК; 2) розробка рекомендацій для розрахунку параметрів аерофотознімання з використанням аерознімального комплексу на базі ЛЛА; 3) вдосконалення технології виконання АФЗ та технології обробки фотографічних зображень, створення нових технологічних схем; 4) дослідження можливостей використання аерознімального комплексу на базі ЛЛА для вирішення задач картографування та моніторингу.

Розділ 2 Теоретична розробка та дослідження аерознімального комплексу на базі ЛЛА.

Аерознімальний комплекс на базі ЛЛА є складною системою, що використовує різні вимірювальні засоби. Кожний з цих засобів має свою систему координат. Зрозуміло, що опрацювання результатів знімання неможливе без приведення всіх систем координат до спільного початку та орієнтації.

Запропоновано використання наступних систем координат в наступній послідовності: інерціальна система координат (і-система), початок в центрі мас Землі; земна геоцентрична система (з-система); горизонтальна навігаційна система (н-система); система координат тіла (т-система). Орієнтування встановлюється трьома кутами (крен Ц, тангаж И, курс Ш), що необхідні для зв'язку вектору в т-системі з вектором в н-системі.

Перехід від т-системи в н-систему:

. (1)

Зв'язок між н-системою та з-системою встановлено через поняття переносної швидкості Щ^нзн - зміна положення н-системи відносно з-системи:

, (2)

де B, L, H - геодезичні координати: V_E V_N - східна та північна складові швидкості; M, N - середні радіуси земного еліпсоїда. Зв'язок між змінною н-системою та орієнтацією її осей можна реалізувати за допомогою з-системи. Перехід від з-системи в н-систему:

. (3)

Для побудови математичної моделі руху ЛЛА використано рівняння руху механіки польоту, що ґрунтуються на законах механіки точки та тіла постійної або змінної маси. Повна система рівнянь руху ЛЛА складається з:

1. динамічних рівнянь руху центра мас (співвідношень, які зв'язують компоненти прискорення центру мас ЛЛА з діючими на нього силами);

2. динамічних рівнянь руху відносно центра мас (співвідношень, які зв'язують компоненти кутового прискорення ЛЛА відносно центру мас з прикладеними до нього моментами);

3. рівнянь, які описують зміну маси і моментів інерції ЛЛА;

4. кінематичних рівнянь (співвідношень, які зв'язують лінійні та (або) кутові швидкості з лінійними та (або) кутовими координатами);

5. геометричних та допоміжних співвідношень (рівнянь зв'язку між різними системами координат, співвідношень між кутами та ін.).

Вигляд рівнянь руху залежить як від вибору і-системи відліку, так і від вибору системи координат, у проекціях на осі якої записуються динамічні рівняння руху. Рівняння руху відносно центру мас наведено у відповідності з встановленою у механіці польоту традицією запису, при якій діючі на ЛЛА активні моменти проектуються на осі т-систем.

Побудуємо математичну модель руху ЛЛА. У цьому випадку рівняння руху центру мас зазвичай записуються у т-системі координат і мають вигляд:

, (4)

де m - маса ЛЛА; V - швидкість; Р - сила тяги двигуна; G - сила тяжіння; x, y, z - проекції повної аеродинамічної сили на швидкісні осі; б, в - кути атаки та ковзання; г_с - кут крену у швидкісній системі координат; и, ш - кут нахилу і повороту вектору швидкості.

Динамічні рівняння обертаючого руху навколо центру мас зазвичай записується у н-системі координат у вигляді:

(5)

де J_x, J_y, J_z - моменти інерції відповідно осей т-системи; щ_x, щ_y, щ_z M_x, M_y, M_z - проекції вектору кутової швидкості і моментів зовнішніх сил на осі т-системи.

До отриманої системи рівнянь (4) і (5) необхідно додамо кінематичні рівняння, які описують обертання ЛЛА відносно прийнятої для дослідження системи координат. Рівняння, які описують обертання ЛА відносно з-системи координат, мають вигляд:

 (6)

деШ, И, Ц - кути курсу, тангажу і крену.

Так, як системи рівнянь (4), (5) і (6) записані у різних системах координат, то для спільного їх розрахунку необхідно додати рівняння зв'язку кутів ш, и, г_с з кутами Ш, И, Ц, б, в, тобто вирази (1-3).

Остаточно запишемо кінематичне рівняння руху центру мас ЛЛА відносно з-системи координат:

(7)

Система нелінійних диференційних рівнянь (4-7) визначає математичну модель просторового руху ЛЛА і використана для детального дослідження.

В розділі запропоновано класифікацію систем координат, що використовуються при АФЗ з ЛЛА. Обрані системи координат дозволяють реалізувати математичну модель руху ЛЛА яка необхідна для дослідження процесу АФЗ. Запропоновано математичну модель, що базується на обраних системах координат. Виконано програмну реалізацію запропонованої математичної моделі з метою детального дослідження руху ЛЛА в умовах турбулентної атмосфери.

Розділ 3 Технологія аерофотознімання з використанням ЛЛА.

З метою розробки технології отримання стандартних планових аерофотознімків з використанням ЛЛА в розділі вирішено наступні завдання:

- обрано тип і конструкцію ЛЛА, тип крила;

- розроблено аерофотоустановку для аерофотокамери;

- виконано експериментальне тестування устаткування, вирішено навігаційно - пілотажні завдання;

- визначено проблеми пвязані з правовим статусом польотів на ЛЛА.

Детальний аналіз обумовив вибір ЛЛА типу мотодельтаплан, зокрема - Т-2М, як такий, що має найкращі показники. Розроблено аерофотоустановку для кріплення аерофотокамери. Конструктивно аерофоустановка представляє собою окремий модуль, який встановлюється поруч з пілотом, в якому аерофотокамера утримується у вертикальному положенні, відхилення при зніманні ±1є-2є. Після зльоту мотодельтаплану, та виходу на точку початку АФЗ виконується орієнтування аерофотоустановки, яка набуває властивостей гіромаятника. В залежності від поставлених задач в карданів підвіс аерофотоустановки можуть бути встановлені аерофотокамери з різними точками підвісу.

Комплекс обладнання для виконання АФЗ має у своєму складі незалежний модуль аерофотоустановки, командний прилад, датчик температури повітря, годиник, авіагоризонт, покажчик курсу, варіометр, GPS, радіостанцію.

У ході розробки було проведено аналіз впливу зовнішніх коливань, аналіз впливу коливань на камеру, вирішено питань уникнення вібрації та виконано дослідно-експериментальні польоти.

Використовуючи розроблену аерофотоустановку була запропонована технологія виконання аерофотознімальних робіт звикористанням комплексу „мотодельтаплан - аерофотоустановка”. В таблиці 1 наведено перелік дій при виконанні АФЗ з тимчасового майданчика.

Таблиця 1. Перелік дій при виконанні АФЗ з тимчасового майданчика

Найменування розділу	Зміст розділу
1. Загальні положення	Тип мотодельтаплану, його технічні дані. Відомість про дозволи на польоти, на основі яких виконують АФЗ.
2. Опис тимчасового майданчика	Прив'язка майданчика до лінійного або площадного орієнтиру. Розташування і розміри злітної смуги.
3. Район польотів	Стисла характеристика меж району польотів, рельєфу місцевості і структури повітряного простру. Розташування в районі польотів запасних посадочних майданчиків.
4. Порядок подачі заявок на польоти	Вказується процедура подачі заявок і форма їх подання.
5. Виконання польотів	Порядок виконання польотів у відповідності з вимогами вказівок по організації і проведенні польотів на ЛЛА
6. Управління польотами	Порядок зв'язку керівника польотів ЛЛА з органами Управління повітряними польотами. Візуальні сигнали при управлінні польотами.
7. Дії при виникненні особливих випадків	Передбачені особливі випадки метеорологічних умов, наявність запасних майданчиків у районі польотів.
8. Забезпечення польотів	Авіаційно-технічне забезпечення, умови зберігання, інженерно-авіаційне забезпечення, порядок отримання метеоінформації, забезпечення аеронавігаційної інформації, медичне та розвідувально-рятувальне забезпечення.
9. Додаток	Схема виконання польотів на карті та ін.

Запропоновану технологію виконання АФЗ можна представити у вигляді наступної технологічної схеми.

Використовуючи розроблену аерофотоустановку та виконуючи АФЗ згідно з запропонованою технологічною схемою, визначимо загальну технологію робіт при виконанні картографування, табл. 2.

Запропонована в розділі технологія АФЗ з використанням ЛЛА позбавлена недоліків, які властиві АФЗ з важких літальних носіїв. При зніманні з малих висот пора року проведення АФЗ практично не має особливого значення, однак найбільш ефективний час знімання рання весна, пізня осінь та безсніжна зима.

Таблиця 2 Основні роботи при картографуванні з використанням ЛЛА

Геодезичні роботи	Обстеження пунктів ДГМ (триангуляція, полігонометрія) Закладка пунктів знімальної мережі Маркування пунктів GPS - прив'язка аерознімків - суцільна або розріжена Обчислення каталогу координат
Аерофотознімальні роботи	Масштаб фотографування 1:3 000 - 1:4000 Висоти Н 300м - 1000 м Перекриття P - 55-75% q - 20-45% Створення цифрової схеми накидного монтажу Контроль якості АФЗ Дешифрування аерознімків
Камеральні роботи	Сканування негативів (за необхідності) Фотограмметричне згущення (за необхідності) Створення або оновлення топографічного плану

Розділ 4 Впровадження технології аерофотознімальних робіт з використанням ЛЛА у виробництво.

Розроблений в попередньому розділі АФЗК було апробовано при виконанні аерофотознімальних робіт на багатьох обєктах України. Умовно розділимо топографічні плани отримані за допомогою АФЗК на декілька груп, в залежності від їх призначення.

Маркшейдерські плани. Підвищення інтенсивності розробки кар'єрів, зростання їх виробничої потужності та значне збільшення геометричних параметрів потребує розробки та впровадження найбільш продуктивної техніки виконання маркшейдерських робіт.

Застосування АФЗ дозволяє згустити знімальну геодезичну мережу, отримати цифрову модель кар'єру, розрахувати об'єм корисних копалин та скласти графічні плани гірничих робіт і промислових майданчиків.

АФЗК було використано при створенні топографічних планів: “Полтавський ГЗК” кар'єр, відвал, шламосховище, відвали м.Комсомльск - плани 1:2000; 1:1000; 1:500; “Середня Балка” техногенне родовище м. Запоріжжя - плани 1:2000; 1:1000; “Першотравневий”, “Ганівський” кар'єри м.Кривий Ріг - плани 1:2000; 1:1000.

Характерним прикладом створення маркшейдерських топографічних планів є техногенне родовище “Середня Балка” м. Запоріжжя. У звязку з відсутністю достовірного картографічного матеріалу попередньо було виконано АФЗ в масштабі 1:10000 і змонтувано фотосхему. На фотосхему нанесено маршрути для пілота мотодельтаплану.

На основі фотосхеми було виконано АФЗ в масштабі 1:3000. Подальша обробка матеріалів з використанням стереоанаграфа дала можливість провести згущення та рисовку контурів, рельєфу, інженерних комунікацій та ін. Техногенне родовище, було забезпено пікетами для подальшого обчислення обсягів відвалів.

Характерний фрагмент плану техногенного родовища “Балка Середня” представлений на рис.6, де зображено відвали з перепадами висот до 30 м, частина водоймища, дренажний канал, залізничні колії, дороги, навали, тощо.

Лінійні обєкти. Залізниці і автомобільні шляхи, магістральні газопроводи - це характерні лінійні об'єкти, які відрізняються вузькою смугою знімання та великою довжиною. Технологію АФЗ було апробовано на наступних обєктах: Автошляхи Київ - Житомир, Житомир - Фастів, Київ - Фастів - топографічні плани 1:2000; 1:1000; 1:500. Газопровід “Дружба” м. Чоп - Карпати - топографічні плани 1:2000, Нафтопровід Рівно - Дрогобич, Лісічнськ - Креміньчуг - топографічні плани 1:2000, Кабельні мережі м. Київ - м. Житомир - топографічні плани 1:2000

Підвищення економічної ефективності АФЗ, у тому числі економія польотного часу і пального досягається використанням нерозривно-смугового знімання. При розривному способі ЛЛА пролітає більшу частину кола, а у нерозривному пролітає протилежну симетричну частину кола, яка відрізняється від першої на величину D₁ = 360 = 2 , де різниця напрямів осей маршрутів . Сума кутів повторних польотів дорівнює колу ((360 ) + ) = 360.

Довжини пустого повороту та нерозривно-смугового повороту визначаємо, як:

D_{1 =} R (360 ) = R (2 , а D₂ = R. (8)

За залежностями (8) у табл. 3 підраховані довжини траєкторій польотів за двома способами знімання нерозривному та розривному і коефіцієнти нерозривного методу відносно розривного.

Таблиця 3 Перевага нерозривно-смугового знімання

Кут повороту траси ,	Довжини польотів D за методами:	Коефіцієнт виграшу на один поворот
	розривним	нерозривним
30	11R/12	R/12	11
45	7R/8	R/8	7
60	5R/6	R/6	5
90	3R/4	R/4	3
120	2R/3	R/3	2

У табл. 3 підраховані коефіцієнти на один поворот ЛЛФ. Якщо таких поворотів буде n, то результати треба помножити на n для однакових кутів повороту.

Зауважимо, що в зонах перекриття знімків на кривих, крім перекриття двократного і трикратного виникають зони чотирикратного та п'ятикратного перекриття, що може значно підвищити жорсткість зв'язків при врівноваженні результатів вимірювань криволінійних маршрутів.

Топографічні плани населених пунктів. В рамках дослідження запропонованої технології було виконано АФЗ малих населених пунктів: м. Цюрюпінськ,м. С-Буда, м. Пірятин - топографічних планів 1:2 000 м. Креміньчуг - оновлення планів 1:2 000 м. Комсомольск - оновлення планів 1:2 000 складання 1:5 000 м. Вознесенськ - ортофотоплани 1:2 000.

Дистанційне зондування (ДЗ). Як засіб моніторингу Землі, ДЗ є одним з найбільш важливих науково-технічних досягнень у сфері геодезії і картографії за останні роки. Складність і особливість ДЗ це наявність суттєвих перешкод на корисний сигнал. До таких перешкод відносяться: оптичні характеристики шарів повітря або води; геометричне положення об'єкту на земній поверхні по відношенню до космічного апарату; хмарність для оптичного діапазону. Усі ці фактори не впливають на ДЗ з використанням АФЗК.

АФЗК можна застосовувати при вирішенні господарських проблем: захисту рослин; визначення стану сільськогосподарських культур; дистанційного контролю екологічного стану рослинного покриву, ґрунту, водоймищ і морського узбережжя; контролю ефективності меліоративних систем; визначення перспективних газоносних районів; визначення місць витікання з нафтопроводів та ін.

Слід підкреслити, що знімання із застосуванням ЛЛА не має недоліків, космічного знімання, є більш детальним, цільовим, оперативним і доступним. Це підтверджує досвід підприємства “Украерогеодезії” при виконанні аерофотознімання із мотодельтапланів на висотах 400-600 м.

Наведемо перелік приладів, які використовуються для ДЗ з ЛЛА: радіометр скануючий “Малахіт”; дистанційний мікрохвильовий вологомір; трасовий спектрометр високої роздільної здатності “Кварц”; трасовий ІЧ радіометр.

Використання ДЗ поверхні Землі з малих висот з ЛЛА в порівнянні з іншими видами ДЗ суттєво збільшує енергію корисних сигналів та оперативність обробки результатів зондування. При багатозональному зніманні ступінь дешифрування досягає 90 - 95%. Це дозволяє широко використовувати багатозональні аерофотознімки в задачах моніторингу за надзвичайними ситуаціями.

Таким чином, застосування засобів ДЗ на малих висотах є найбільш ефективним для екологічного моніторингу земель. Отримані експериментальні результати показали високу технологічну і економічну ефективність застосування ЛЛА.

Висновки

1. На основі аналізу існуючих технологічних схем та технічних засобів аерофотознімання з врахуванням вимог до оперативності та точності аерофотознімання обґрунтовано необхідність розробки технології картографування і моніторингу з використанням ЛЛА, яка дозволить підвищити якість та оперативність знімання та досягти значного економічного ефекту.

2. Розроблено аерофотоустановку, яка дозволяє стабілізувати положення аерофотокамери при аерофотозніманні з ЛЛА. На базі мотодельтаплану запропоновано аерофотознімальний комплекс , який містить наступні компоненти: ЛЛА, аерофотоустановка, аерофотокамера, навігаційне устаткування.

3. Запропоновано математичну модель руху аерофотознімального комплексу, яка дозволяє провести дослідження руху аерознімального комплексу на базі ЛЛА в умовах турбулентної атмосфери і зокрема дослідження кутової стабілізації аерофотоустановки та аналіз похибок орієнтації оптичної осі аерфотокамери при аерофотозніманні.

4. Розроблено технологію виконання аерофотознімання з використанням аерофотознімального комплексу. Використовуючи розроблену технологію аерофотознімання удосконалено пілотажно-навігаційну технологію при проведенні аерофотознімання з використанням аерофотознімального комплексу.

5. Запропоновано та теоретично обгрунтовано нову технологічну схему картографування та моніторингу з використанням ЛЛА, яка дозволила підвищити якість та оперативність знімання та досягти значного економічного ефекту.

6. За результатами впровадження розробок при створенні та оновленні топографічних планів міст, лінійних обєктів та екологічно небезпечних обєктів, підтверджено ефективність запропонованої технології картографування і моніторингу та відповідної технологічної схеми.

7. Отримані результати забезпечують можливість багатостороннього використання ЛЛА при вирішенні задач картографування і моніторингу. Подальший розвиток теорії і практики використання ЛЛА можна пов'язати з такими напрямками досліджень як дослідження похибок та розширення сфери застосування аерофотознімального комплексу.

Список праць за темою дисертації

картографування моніторинг аерознімальний апарат

1. Крельштейн П.Д. Про проблему побудови цифрових аерозйомочних апаратів / Крельштейн П.Д., Бурачек В.Г., Летучій О.М. // Інженерна геодезія. - 2001. - №45. - С. 40-42.

2. Крельштейн П.Д. Урахування впливу відхилення осі аерофотоапарату від вертикалі при аерофотозйомці з мотодельтаплану /Крельштейн П.Д., Бурачек В.Г., Суковенко О.В. // Інженерна геодезія. - 2002. - №48. - С. 44-48.

3. Крельштейн П.Д. Ефективність екологічного моніторингу при застосуванні аерофотозйомки з мотодельтапланів /Крельштейн П.Д., Суховірський Б.І.// Інженерна геодезія. - 2002. - №47. - С. 120-124.

4. Крельштейн П.Д. Проблеми побудови аерознімального комплексу на базі легкого літального апарату / Крельштейн П.Д. // Інженерна геодезія. - 2007. - №53. - С. 116-119.

5. Крельштейн П.Д. Системи координат та рівняння руху аерознімального комплексу на базі легкого літального апарату /Крельштейн П.Д., Чмчян Т.Т., Шульц Р.В.// Інженерна геодезія. - 2008. - №54. - С. 282-291.

6. Патент №79886. Пристрій для цифрового аерофотознімання / Бурачек В.Г., Железняк О.О., Крельштейн, П.Д., Надточій О.В., Шульц Р.В. - Опубл. 25.07.2007. Бюл. №11.

7. Патент №79505 Спосіб для цифрового аерофотознімання / Бурачек В.Г., Железняк О.О., Крельштейн, П.Д., Надточій О.В., Шульц Р.В. - Опубл. 25.06.2007. Бюл. № 9.

8. Патент № 98020862 Мотодельтаплан для аерофотознімань / Крельштейн П.Д., Білоус О.Г. Заявл. 18.02.1998р.

9. Патент № 15425А Спосіб картографування місцевості / Крельштейн П.Д., Дашивець О.М., Асауленко Н.Ф., Бондар А.Л. та ін. - Опубл. 30.06.97, Бюл. №3.

10. Деклараційний патент на корисну модель №10397 Пристрій визначення вертикалі на рухливому об'єкті / Бурачек В.Г., Крельштейн, П.Д., Суковенко О.В., Шульц Р.В. - Опубл. 15.11.2005. Бюл. № 11.

11. Деклараційний патент на корисну модель №218415 Спосіб визначення вертикалі на рухливому об'єкті /Бурачек В.Г., Крельштейн, П.Д., Суковенко О.В., Шульц Р.В. - Опубл. 15.04.2006. Бюл. № 4.

12. Крельштейн П.Д. Фактори, які впливають на точність аерофотозйомки з використанням мотодельтапланів / Крельштейн П.Д // Матеріали міжнар. Наук. - практ. конференції “ГІС - Форум” 2001 С. 192-196.

13. Крельштейн П.Д. Інтеграція ГІС та даних під супутникових технологій геодезичної зйомки / Крельштейн П.Д., Бурачек В.Г., Надточій О.В.// Матеріали міжнар. Наук. - практ. конференції “ГІС - Форум” 2006 С. 159-161.

Размещено на Allbest.ru

...