CC BY
78
ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСТИННОЙ ВЫСОТЫ ВЫНОСНОЙ ВЕРТОЛЁТНОЙ ПЛАТФОРМЫ
Станислав Олегович Шевчук
ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и Минерального сырья», 630091, Россия, г. Новосибирск, ул. Красный проспект, 67, инженер, тел. (383)22-45-86, e-mail: staspp@211.ru
Вячеслав Николаевич Никитин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА, тел. +7(913)712-37-50, e-mail: vslav. nikitin@,gmail. com
Рассмотрен метод получения истинной высоты подвижного объекта (на примере электромагнитной разведочной платформы аэрогеофизического комплекса «Импульс -Аэро»).
Ключевые слова: истинная высота, альтиметрия, геодезическое обеспечение, способ, фотограмметрия.
THE HEIGHT DEFINITION METHOD OF GEOPHYSICAL AERIAL HELICOPTER PLATFORM
Stanislav O. Shevchuk
Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Raw Materials (SNIIGGiMS), 630108, Russia, Novosibirsk, 67 Krasniy Prospekt, engeener, tel. (383)22-45-86, e-mail: staspp@211.ru
Vyacheslav N. Nikitin
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plahotnogo Str., Ph.D., Assoc. Prof. of department of photogrammetry and remote sensing SSGA, tel. +7(913)712-37-50, e-mail: vslav.nikitin@gmail.com
In article photogrammetric method of electromagnetic geophysical aerial platform height above ground finding is putted forward.
Key words: altimetry, height above ground, geodetic maintenance, device, method, photogrammetry, altimeters.
Задача получения истинной высоты подвижного объекта (его превышения над земной поверхностью) является специфической нетривиальной задачей, возникающей при выполнении различных инженерных и съемочных работ, в частности, при аэрогеофизических электромагнитных съемках, где данный параметр зачастую определяет качество интерпретации геофизических измерений.
Рассмотрим постановку данной задачи на примере аэроэлектромагнитного комплекса «Импульс-Аэро» [13,15], разработанного в Сибирском научно -исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья совместно с рядом научно-производственных организаций. Данная система
включает в себя вертолёт типа МИ-8, комплекс бортовой измерительной аппаратуры, магнитометр и выносную платформу - источник электромагнитных излучений. Последние два элемента системы выносятся за борт вертолёта на трос-кабеле длиной 50-60 м.
Схема электромагнитного комплекса и навигационно-геодезические параметры, определяемые для его функционирования, показаны на рис. 1.
Рис. 1. Аэроэлектромагнитный комплекс «Импульс-Аэро» и определяемые навигационно-геодезические параметры
Большинство навигационно-геодезических параметров (координаты фюзеляжа Х], Yj, Zj, платформы Х2, У2, Z2 и магнитометра Хм, YM, ZM, а также редуцированные на топографическую координаты x, у и навигационные координаты ХН, УН и путевая скорость VH) определяется посредством применения аппаратуры ГНСС. Обработка данных, получаемых данной аппаратурой может выполняться относительным методом или методом точного точечного позиционирования (Precise Point Positioning - PPP) в постобработке [3, 10-14], за исключением приемника, определяющего параметры навигации вертолета (ХН, УН, VH) абсолютным методом в реальном времени.
Важно отметить, что со вступлением в действие статьи 4 Федерального закона о навигационной деятельности, функционирование аппаратуры ГНСС должно «... обеспечиваться российскими навигационными системами», что в данном случае означает - принимать сигналы ГЛОНАСС (отдельно или совместно с GPS).
Исследования ГЛОНАСС/GPS аппаратуры отечественного и зарубежного производства с применением различных методов позиционирования позволили сделать выводы о том, что данная аппаратура может обеспечить необходимую точность определения большинства навигационно-геодезических параметров
комплекса «Импульс-Аэро». Основной проблемой данных систем в настоящее время являются проблема срывов в слежении фазы несущей [2, 6], а также наличие переотражений (многопутности) и влияние электромагнитных полей, создаваемых платформой (в отличие от исследований, приведенных в [8, 9], данное влияние менее критично).
Определение параметра Нн - истинной высоты носителя, необходимой для выполнения съемочных полётов обтеканием рельефа, может выполняться с помощью радиовысотомера типа РВ-5.
Отдельной нетривиальной задачей является определение параметра к -истинной высоты платформы, необходимой для обработки результатов геофизических измерений, которое должно выполняться с точностью не ниже 1 м.
Среди известных способов - применение лазерного высотомера, вычитание из измеренных аппаратурой ГНСС высот Н2 (приводимых из геодезической системы высот к ортометрической), высот рельефа Н, получаемых посредством топографических карт.
В данной статье рассмотрена возможность получения истинной высоты фотограмметрическим методом посредством устройства, состоящего из пары неметрических камер (которые в настоящее время получают все более широкое применение, например при съемках с беспилотных летательных аппаратов [4]) и инерциальной навигационной системы (ИНС) [5, 7], состоящей из твердотельных (MEMS) гироскопа и акселерометра.
Принцип получения превышений платформы над земной поверхностью посредством данного способа заключается в использовании свойств стереопар снимков, размещённых на жёсткой основе с углами наклона и базисом.
Камеры могут закрепляться на ЭМ-платформе жесткими креплениями таким образом, что расстояние между ними будет постоянной величиной на протяжении полёта. Углы наклона системы могут быть достаточно точно получены посредством ИНС (при применении специальных математических коррекций [1]).
Примем, что точка, для которой определяется истинная высота, расположена посередине базиса, используемые камеры имеют фокусные расстояниями, /1 и /2, фотосъёмка выполняется из точек пространства Б1 и^2 (рис. 2).
Способ основан на геометрической обратимости точек перекрывающейся пары фотоснимков. Истинная высота к полёта (превышения движущийся геофизической платформы) над исследуемой поверхностью (точкой А -проекцией центра платформы на исследуемую поверхность), согласно данному способу, определяется для точки 50, находящейся между камерами в центре базиса В,
в соответствии с выражением:
к =
где В2 - проекция базиса В на ось 2; 2а - аппликата точки А.
Рис. 2. Получение значения превышения системы над земной поверхностью посредством системы из двух синхронизированных фотокамер
Обработка снимков осуществляется по известным из фотограмметрии зависимостям в блоке обработки и включает:
- ввод в блок обработки данных из блока управления и фотоснимков с фотокамер;
- вычисление составляющих Вх, В у, Вг базиса В по углам крена (апл), тангажа (юпл) и курса (кпл) платформы во вспомогательной системе координат Б1ХУ2, задаваемой инерциальной навигационной системой;
- вычисление координат ХА, УА центра подвижной платформы в указанной системе координат Б1ХУ1;
- по известным фокусным расстояниям /1 и фотокамер и координатам
главных точек о1 и о2 снимков (хо1, уо1, хо2, уо2) для каждой из фотокамер и плоским координатам соответственных точек снимков (х], у], х2, у2) в шести характерных зонах (измеряемых автоматизировано) осуществляют расчёт элементов взаимного ориентирования (углы а1', к1', а2', ю2', к2') снимков в базисной фотограмметрической системе координат ЗХ'У'Т;
- с учётом данных инерциальной системы (апл, юпл, кпл) осуществляют переход к вспомогательной системе $чХУ2 (вычисление элементов внешнего ориентирования снимков, участвующих в дальнейших вычислениях);
- после чего на левом и правом снимках по координатам ХА, УА и приближенному значению высоты (.£) полёта в системе координат Б1ХУ2,
вычисляют координаты измеряемой точки на обоих снимках (x¡, y¡)A и (x2, y2)A. С помощью коррелятора [5] выполняется итерационный подбор аппликаты ZA;
- по полученным величинам ZA и BZ вычисляется искомая величина h -превышение подвижной платформы над исследуемой поверхностью в процессе проведённой аэрогеофизической съёмки.
Таким образом, при выполнении синхронного экспонирования неметрическими фотокамерами (заранее откалиброванными) обеспечиваются все необходимые параметры для определения истинной высоты - известные углы наклона и базис.
При наличии препятствий, например в залесенной местности, точка А может быть смещена, что, в отличие от определения высоты лазерным высотомером, позволяет получить необходимую величину более надежно.
Данный способ также мог бы попутно обеспечить маршрут фотоснимками, которые могут применяться при интерпретации. Также величины углов, получаемые посредством ИНС, могут существенно повысить надёжность обработки данных электромагнитной съёмки за счёт учёта изменения площади проекции платформы на поверхность съёмки.
Метод и устройство, основанное на нем, в настоящее время находятся в разработке. Отправлена заявка на патент РФ на изобретение.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Антипов И.Т. Расчеты к использованию данных инерциальной системы // Вестник СГГА. - 2006. - Вып. 1(11). - С. 154-167.
2. Антонович К.М., Косарев Н.С. Об одной возможности контроля непрерывной фазы несущей при ГНСС наблюдениях // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2.
- С. 164-168.
3. Дударев В.И. Уравнивание геодезических сетей по результатам относительных GPS -измерений [Текст] // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 119-126.
4. Ессин А.С., Ессин С.С. Технология обработки аэрофотоснимков, полученных с БПЛА, в целях создания ортофотопланов // ГЕО-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 4, ч. 1. - С. 72-75.
5. Ессин А.С., Ессин С.С. Особенности фотограмметрической обработки материалов цифровой аэрофотосъемки с БПЛА // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1.
- С. 80-82.
6. Косарев Н.С. Восстановление фазы несущей: проблемы и пути решения // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 1(17). - С. 53-60.
7. Мамутин А.М. Система координат точек местности на видеоизображении при съемке с борта беспилотного летательного аппарата // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 78-79.
8. Овчинников С.С. Влияние электромагнитных полей на точность показаний электронных геодезических приборов // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 2(13). - С. 18-23.
9. Овчинников С.С. Влияние электромагнитных полей, формируемых коронными разрядами высоковольтных линий электропередач на точность показаний электронных геодезических приборов // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 196-201.
10. GPS-технология геодезического обеспечения геологоразведочных работ: Методические рекомендации / А.Г. Прихода, А.П Лапко, Г.И. Мальцев, И.А. Бунцев; науч. ред.
А.Г. Прихода. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 2008. - 274 с.
11. Навигационно-геодезическое обеспечение геолого-геофизических работ с использованием глобальных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS / А.Г. Прихода, А.П. Лапко, Г.И. Мальцев, С.О. Шевчук // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. -С. 174-180.
12. Результаты испытаний отечественной одночастотной двухсистемной спутниковой аппаратуры «Геодезия» / А.Г. Прихода, А.П. Лапко, Г.И. Мальцев, С.О. Шевчук // Геопрофи. - 2011. - № 2. - С. 57-61.
13. Тригубович Г.М. Инновационные поисково-оценочные технологии электроразведки становлением поля воздушного и наземного базирования // Разведка и охрана недр. - 2007. - № 8. - С. 80-87.
14. Шевчук С.О. Навигационное и геодезическое обеспечение аэроэлектромагнитных исследований с подвесной вертолётной платформой // Геология и Минерально-сырьевые ресурсы Сибири. - 2012. - № 2. - C. 72-75.
15. Kamenetsky, F.M. Transient Geo-Electromagnetics [Text] / F.M. Kamenetsky, E.H. Stettler, G.M. Trigubovich - Англ. - Ludwig-Maximilian-University of Munich. Dept. of the Earth and Environmental Sciences. Section Geophysics. - Munich, 2010. - 296 p., 2010. - 296 c.
© С.О. Шевчук, В.Н. Никитин, 2012
