CC BY
33
УДК 629.783:551.24
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ НАВИГАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ АЭРОГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Георгий Михайлович Тригубович
ЗАО «Аэрогеофизическая разведка», 630007, Россия, г. Новосибирск, ул. Октябрьская магистраль, 4, оф. 1207, доктор технических наук, директор, тел. (383)347-47-97, e-mail: mail@aerosurveys.ru
Станислав Олегович Шевчук
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инженерная геодезия», тел. (903)936-78-53, e-mail: staspp@211.ru
Андрей Сергеевич Сверкунов
ЗАО «Аэрогеофизическая разведка», 630007, Россия, г. Новосибирск, Октябрьская магистраль, 4, оф. 1207, инженер первой категории, тел. (913)890-42-24, e-mail: sverkunov86@mail.ru
Сергей Владимирович Барсуков
ЗАО «Аэрогеофизическая разведка», 630007, Россия, г. Новосибирск, Октябрьская магистраль 4, оф. 1207, ведущий геофизик, тел. (913)717-21-70, e-mail: turmalin@ngs.ru
Николай Сергеевич Косарев
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры космической и физической геодезии, тел. (913)706-91-95, e-mail: kosarevnsk@yandex.ru
В статье рассмотрена концепция программно-аппаратного аэрогеофизического комплекса, позволяющего выполнять комплексную пилотируемую аэрогеофизическую съемку без привлечения штурмана и оператора-геофизика.
Ключевые слова: навигация, аэрогеофизика, программа, ГНСС, автоматизация, выдерживание маршрутов, контроль качества.
AUTOMATIC NAVIGATION AND MEASURMENT AEROGEOPHYSICAL COMPLEX
Georgiy M. Trigubovich
CJSC «Aerogeophysical Surveys», 4, Oktyabrskaya Magistral St., of. 1207, Novosibirsk, 630007, Russia, Dr. Sc., Director, phone: (383)347-47-97, e-mail: mail@aerosurveys.ru
Stanislav O. Shevchuk
Siberian Transport University, 191, Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049, Russia, Ph. D., Associate Professor at the Department of Engineering Geodesy, phone: (903)936-78-53, e-mail: staspp@211.ru
Andrey S. Sverkunov
CJSC «Aerogeophysical Surveys», 4, Oktyabrskaya Magistral St., Novosibirsk, 630007, Russia, 1st Category Engineer, phone: (913)890-42-24, e-mail: sverkunov86@mail.ru
Sergey V. Barsukov
CJSC «Aerogeophysical Surveys», 4, Oktyabrskaya Magistral St., Novosibirsk, 630007, Russia, Leading Geophysicist, phone: (913)717-21-70, e-mail: turmalin@ngs.ru
Nikolay S. Kosarev
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor at the Department of Space and Physical Geodesy, phone: (913)706-91-95, e-mail: kosarevnsk@yandex.ru
In article the concept of an automatic navigation and measurment aerogeophysical complex that used for multi-method manned aerogeophysical survey without navigator and operator-geophysist staff is considered.
Key words: navigation, aero geophysics, software, GNSS, automatic, route maintenance, quality control.
Введение
Электромагнитная разведка становлением поля в комплексе с магнито-и спектрометрией с использованием вертолетных разведочных платформ является заметной тенденцией развития опережающих поисково-оценочных технологий. Эти системы характеризуются высокой разрешающей способностью, глубинностью исследований, и позволяют оперативно оценивать перспективность труднодоступных территорий [1, 2].
Подобные системы, как правило, имеют в составе подвесную несущую платформу с инсталлированной многодатчиковой приемно-генераторной конструкцией под фюзеляжем вертолета на трос-кабеле длиной около 50 м, магнитную измерительную систему, а также гамма-спектрометр, размещаемый на борту вертолета, и дополнительную измерительную технологическую аппаратуру, размещаемую как на борту вертолета, так и в капсуле подвесной платформы [2-5].
Диаметр платформы изменяется от 15 до 25 м. Масса может достигать 450-750 кг. Применяемый гамма-спектрометр также может иметь внушительную массу, около 200 кг. Съемка с применением указанного комплекса выполняется с обтеканием рельефа на скорости 80-130 км/ч [2-4].
Очевидно, такой сложный комплекс в настоящее время невозможно адекватно адаптировать под беспилотные летательные аппараты, однако имеется возможность максимально автоматизировать измерительные процессы и навигацию, выполняя съемку без оператора-геофизика. В настоящее время существуют примеры таких систем, однако задача повышения надежности и снижения риска получения некондиционных данных на вылетах, длящихся без посадки до 6 часов, остается весьма актуальной.
Существующая методика навигационного и измерительного сопровождения аэрогеофизических измерений
До настоящего времени, для работы с комплексом на борту носителя, помимо пилотов, требовалось наличие дополнительных членов экипажа - оператора-геофизика и штурмана.
Оператор-геофизик при этом выполнял мониторинг измеряемых геофизических величин, и, при необходимости, давал указания по повторному прохождению отдельных маршрутов. При заходе на маршрут оператор-геофизик задавал записывающей программе номер текущего маршрута, запускал и завершал запись измерений.
Задачей штурмана являлся контроль выдерживания маршрутов и указание пилотам курса, скорости и высоты полета. Кроме того, он мог давать указания оператору-геофизику в случае изменения порядка прохождения маршрутов, повторного прохождения и пр.
Решение указанных задач выполнялось посредством различных программно-аппаратных комплексов, как правило, работавших независимо друг от друга.
В настоящее время разработана новая концепция и программные комплексы под решение указанных задач - программы QAeroRecorder для оператора-геофизика и RouteNav - для штурмана [6-8].
Программа записи геофизических измерений QAeroRecorder предназначена для работы на бортовом компьютере, производит захват, обработку, архивирование и визуализацию данных геофизического оборудования:
- измерители электромагнитного (ЭМ) поля;
- измеритель генерирующего импульса тока;
- магнитометр;
- гамма-спектрометр;
- лазерный и радиовысотомер;
- сопутствующее оборудование: измерители напряжения аккумуляторов, измерители влажности, температуры, измерители вибраций и наклона платформы.
Основные функции программы QAeroRecorder:
- вывод диагностической информации о состоянии подключенного оборудования;
- управление состоянием записи геофизической информации на внешний носитель, отображение статуса записи;
- логическое разбиение информации на маршруты в процессе съемки;
- установка меток-событий в процессе съемки;
- визуализация измеряемых сигналов ЭМ поля, напряженности магнитного поля вдоль текущего маршрута, графиков энергии у-квантов и производных численных характеристик, состояния сопутствующего оборудования;
- профилирование электромагнитного поля вдоль маршрута;
- визуализация текущей высоты и тревожное предупреждение о превышении максимально и минимально возможной дистанции «Земля - платформа». Пример рабочего экрана QAeroRecorder приведен на рис. 1.
Рис. 1. Пример рабочего экрана программы QAeroRecorder
Программно-аппаратный комплекс RouteNav предназначен для навигационного обеспечения полета, в частности [7, 8]:
- отображение на карте-схеме текущего положения летательного аппарата (ЛА) по измерениям навигационного приемника ГНСС, данные от которого принимаются в виде протокола NMEA0183;
- отображение на карте-схеме текущего, а также пройденных и непрой-денных маршрутов;
- индикаторное отображение путевой скорости, высоты ЛА над уровнем моря, азимута;
- расчет и отображение расстояния до текущего маршрута (линейного бокового уклонения), границ допустимых уклонений от него, направления на него (в процессе захода);
- динамический выбор следующего маршрута, автоматический переход к нему по завершении текущего, вывод рекомендуемой траектории захода на маршрут;
- отображение на карте-схеме растровых карт-подложек, меток и пр.;
- отчет по прохождению маршрутов, оценка качества их выдерживания.
Решение указанных задач позволяет автоматизировать процесс навигационного сопровождения, входящего в общий комплекс вопросов навигационно-геодезического обеспечения аэрогеофизики [9-11].
Программа имеет интуитивно понятный гибко настраиваемый интерфейс пользователя, требующий минимального обучения для работы с ним. Пример рабочего экрана RouteNav приведен на рис. 2.
БТОР Ж Я
УН
В • с N 33
к! '352
ш "1 28
Реж.: ^ ^
МАРШ, саз.)
Масштаб: ^ ^
200 м
МО: Ю06 0 7 м
-1007
МО: 500 М
Авторежим:
Выкл.
Рис. 2. Пример рабочего экрана программы RouteNav
Программа RouteNav является частью автоматизированного навигационного комплекса, состоящего из ГНСС-приемника, высотомера и портативного ПК. Примеры подобных комплексов, частично или полностью решающих те же задачи, рассмотрены в публикациях [12-14].
Автоматизированный навигационно-измерительный аэрогеофизический комплекс
Совершенствование программ RouteNav и QAeroRecorder привело к значительному повышению автоматизации съемки. Так, в настоящее время, решение навигационных задач может выполняться без штурмана, благодаря адаптированному пользовательскому интерфейсу RouteNav. В то же время, программа QAeroRecorder может самостоятельно выявлять сбои измерительных систем.
Таким образом, последней задачей оператора-геофизика остается задание номера текущего маршрута и подача команды начала/остановки записи данных. Эти функции также могут выполняться автоматически, если номер текущего
маршрута и сигнал начала/остановки записи передавать от навигационной программы.
Таким образом, было решено создать объединенный программно-аппаратный комплекс, позволяющий пилотам выполнять аэрогеофизическую съемку без привлечения дополнительных членов экипажа. Принципиальная схема такого комплекса приведена на рис. 3.
Рис. 3. Принципиальная схема функционирования предложенного навигационно-измерительного аэрогеофизического комплекса
Функционирование системы можно описать следующим образом:
- по заданным проектным маршрутам и измерениям ГНСС-приемника и высотомеров (опционально) программа навигации RouteNav выводит на экран в кабине пилотов карту-схему с рекомендациями по выдерживанию маршрутов, заходу на маршрут или следованию к участку работ/на базу;
- пилот может взаимодействовать с RouteNav посредством интерактивного (сенсорного) экрана: менять текущий маршрут, выбирать режим полета и пр.;
- в зависимости от режима полета и текущих уклонений от проектного маршрута, программа RouteNav передает программе записи геофизических измерений QAeroRecorder команды начала/завершения записи измерений по текущему маршруту, с указанием его имени;
- программа QAeroRecorder выполняет прием геофизических данных с измерительной аппаратуры, определяет время поступления данных посредством второго ГНСС-приемника и ведет их запись в специальный файл;
- в случае сбоев QAeroRecorder подает соответствующий сигнал навигационной программе, сообщение о сбое выводится на экран в кабине пилотов, а текущий маршрут проходится заново или (в случае соответствующей команды пилотов) пропускается до выяснения причин отказа аппаратуры;
- данные о текущем местоположении, азимуте, скорости и высоте полета, получаемые навигационной программой RouteNav записываются в специальный навигационный файл и впоследствии могут быть воспроизведены и проанализированы.
Основными требованиями к системе являются:
- общие имена проектных маршрутов в навигационной и измерительной программах;
- заблаговременная подготовка проектов съемки;
- проведение инструктажа пилотов по обращению с программой.
Реализация приведенной концепции возможна также и с другими программами, реализующими те же функции и имеющими взаимную связь в соответствии с предложенной схемой.
Выводы
Основными преимуществами представленного навигационно-измеритель-ного комплекса являются:
- полная автоматизация навигационных процессов (контроль выдерживания маршрутов, направление на участок работ, возвращение на базу, заход с маршрута на маршрут), позволяющая отказаться от наличия штурмана на борту летательного аппарата;
- автоматизация записи геофизических измерений с учетом текущего маршрута и навигационных параметров измерений, что позволяет выполнять измерения без обязательного присутствия оператора-геофизика;
- отказоустойчивость за счет постоянного мониторинга геофизических измерений с автоматическим выявлением причины сбоев;
- интуитивно понятный интерфейс пользователя, позволяющий пилотам выполнять съемку самостоятельно.
Таким образом, благодаря этому может быть достигнута полная автоматизация навигационных и измерительных процессов аэрогеофизической съемки, что позволит сократить количество членов экипажа до минимума.
Указанные преимущества позволяют в значительной мере повысить производительность и экономическую эффективность съемки.
Экспериментальный образец автоматизированного комплекса находится на этапе летных испытаний.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Kamenetsky F. M., Stettler E. H., Trigubovich G. M. Transient Geo-Electromagnetics / Англ. - Ludwig-Maximilian-University of Munich. Dept. of the Earth and Environmental Sciences. Section Geophysics. - Munich, 2010. - 296 p., 2010. - 296 c.
2. Тригубович Г. М. Инновационные поисково-оценочные технологии электроразведки становлением поля воздушного и наземного базирования // Разведка и охрана недр. -2007. - № 8. - С. 80-87.
3. Complex Technology of Navigation and Geodetic Support of Airborne Electromagnetic Surveys / G. M. Trigubovich, S. O. Shevchuk, N. S. Kosarev, and V. N. Nikitin // Gyroscopy and Navigation, 2017, Vol. 8, No. 3, pp. 226-234. - Англ.
4. Навигационно-геодезическое обеспечение аэрогеофизических исследований / Г. М. Тригубович, С. О. Шевчук, А. А. Белая [и др.] // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. - 2013. - № 2. - C.61-69.
5. Особенности построения высокоточной аэрогеофизической системы серии «им-пульс-аэро» / С. В. Барсуков, А. А. Белая, Ю. Ю. Дмитриев, А. С. Сверкунов, Е. Н. Махнач, Г. М. Тригубович // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Новые направлении и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 1. - С. 224-229.
6. Шевчук С. О. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017614500 / Российская Федерация / Программа для навигационного обеспечения аэрогеофизических работ RouteNav [Текст] / С. О. Шевчук, С. В. Барсуков; заявитель и правообладатель Закрытое акционерное общество «Аэрогеофизическая разведка» (RU); дата поступления 09 янв. 2017 г.; дата регистрации 18 апр. 2017 г.
7. Навигационное сопровождение аэрогеофизических исследований с использованием программы RouteNav / С. О. Шевчук, С. В. Барсуков // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 2. - С. 130 - 137.
8. Шевчук, С. О. Программа для навигационного обеспечения аэрогеофизических работ RouteNav // Вестник СГУГиТ. - 2017. - № 4 (22). - С. 113-125.
9. Инструкция по топографо-геодезическому и навигационному обеспечению геологоразведочных работ. - Новосибирск : СНИИГГиМС, 1997. - 106 с.
10. GPS-технология геодезического обеспечения геологоразведочных работ : метод. рекомендации / А. Г. Прихода, А. П. Лапко, Г. И. Мальцев, И. А. Бунцев / Науч. ред. А. Г. Прихода. - Новосибирск : СНИИГГиМС, 2008. - 274 с.
11. Глаголев В. А. Спутниковое навигационно-геодезическое обеспечение геофизических измерений в движении. - СПб. : ВИРГ-Рудгеофизика, 2003. - 104 с.
12. CCNS-5 / IGI - Integrated Geospatial Innovations [Electronic Resource] Режим доступа : http://www.igi-systems.com/ccns-5.html - Англ.
13. Жодзишский П. Ю., Пухов В. А. Повышение эффективности выполнения аэрогеофизических исследований // Геопрофи. - 2010. - № 2. - С. 23-25.
14. Технологии / ООО «Геолого-геофизическая компания» [Электронный ресурс] Режим доступа : http://www.geogk.ru/rus/technologies.shtml.
© Г. М. Тригубович, С. О. Шевчук, А. С. Сверкунов, С. В. Барсуков, Н. С. Косарев, 2018
