CC BY
7УДК 556.5; 528.4
Мамонтова Л.С. Крячок С.Д.
Безплотна автоматизована система пром'ру глибин р'чок
Чершпвський державний шститут економки i управлЫня, м. ЧернИв e-mail:liudmila.mamontova@yandex.ua
Анотаця. В статт/ розглянуто безплотну автоматизовану систему пром/'ру глибин р1чок, що заснована на комб1нуванн1 диференцйного методу GPS-визначення координат пром/'рного судна з методом ехолотування / методом радокерування судном. За координатами пром/'рного судна та даними ехолотування на центральна станцп формуеться цифрова карта рельефу дна пром1рноГ длянки водойми, а також контролюеться положення пром/'рного судна на галсах. Запропонована система дозволяе п/'двищити р/'вень автоматизацп пром1рних роб1т.
Ключов1 слова: автоматизована система, координати, npoMip глибин, цифрова карта рельефу.
Вступ
Для дослщження динамки флювiального рельефу дна i для ряду практичних завдань необхщно знати будову pi4K0B0r0 русла, контролювати i враховувати змшу його параметрiв. Проте рельеф дна континентальних водоймищ рщко вщображаеться на топографiчних картах; дуже мало свiжоï шформаци' про глибини рiчок i нав^ь досить великих водоймищ. Вщсутнють зображення рельефу дна пояснюеться трудомюткютю проведення промiрiв [1,2,3].
Ультразвуковi способи промiрiв дна вимагають проведення безпосереднiх вимiрювань з поверхнi водних об'ектiв. Вартють промiрiв глибин залишаеться достатньо високою, тому зйомки дна проводяться ттьки в мiру науково!' або практично!' необхщностк
Останнi досягнення технiки i перш за все застосування методiв супутникового позицюнування в системах GPS i ГЛОНАСС рiзко пiдвищила точнють i оперативнiсть польових вимiрювань i дозволяють вiднести це завдання до розряду тих, що виршуються [4].
Застосовуються рiзнi методи вимiрювання глибин ехолотами [5] з використанням GPS, поеднуючи прилади в комплекс з комп'ютером i приладом формування цифрового рельефу дна.
В якост прикладу можна навести промiрний гiдрографiчний комплекс Simrad на базi багатопроменевого ехолота ЕМ-3000, що е сучасною системою для картографування з високою роздтьною здатнютю рельефу дна на глибинах вщ 0,5 до 200 метрiв. Процес знiмання, запису i синхрошзацп мiсцезнаходження та глибин автоматизованi повнютю. Спецiалiзованi Г1С Irap i GeoSea, встановлен на робочiй станцiï Sun Blade-1500, на основi iнтерполяцiï даних ехолотування дозволяють пщготувати цифрову модель рельефу дна, з яко!' можливе створення контурних карт i планше^в рельефу дна у масштабi вщ 1:500 до 1:50 000, трьохмiрне зображення рельефу дна, побудова проф^в дна вздовж промiрних галсiв i т.п [2,3].
Матерiали i методи
Умови GPS вимiрювань на малих водоймах ускладнюються такими факторами, як поривчастий вп~ер змiнного напрямку, наявнють берегових схилiв, лiсових насаджень поблизу водойми i т. п. Пщвищення точност GPS визначення координат судна е актуальною i достатньо складною задачею. Тому для пщвищення точносп GPS визначення координат промiрноï вертикалi в [6] запропонований один з варiантiв GPS визначення координат рухомого об'екта пщ час мобтьно!' гiдрографiчноï зйомки.
Даний спосiб заснований на одночасному визначенн координат групою антен GPS-приймачiв з !'х розосередженням, який в^зняеться тим, що з антен GPS-приймачiв формують горизонтальну шкалу-лшшку з визначеними iнтервалами. Пiд час маневрування судна поздовжню вiсь шкали-лшшки повертають навколо вертикально!' осi та утримують лiнiю, що з'еднуе центри антен, пщ кутом = 45° до меридiану. Координати об'екта визначають як середне значення по осях координат X та Y iз значень координат по кожному GPS-приймачу лшшки. На рис. 1 наведена схема приладово!' реалiзацiï запропонованого способу [6].
Запропонований споаб реалiзуеться наступним чином. Пщ час руху об'екта в блоц керування 4 за шформа^ею вiд датчика азимута напрямку оа рухомого об'екта розраховуеться необхщний кут повороту антенно!' лiнiйки 2 для пщтримки орiентацiï лiнiйки пщ кутом 45° вiдносно осей координат в планк
За командою блока керування 4 спрацьовуе мехаызм повороту лшшки 3 та утримання лшшки в режимi задано!' орiентацiï.
Антенами, що розмщен на лiнiйцi з штервалами мiж сусiднiми антенами свщомо меншими величини роздтьно!' здатностi GPS на мюцевосп, приймаються радiосигнали вщ сузiр'я супутникiв GPS i вщ
диференцГальноТ станци 5. В результатi - GPS-приймальний блок 1 виробляе електричн сигнали з кодовими значеннями координат для кожноТ антени лiнiйки. Ц сигнали надходять в блок обробки шформаци 6, в якому виконуються розрахунки уточнених координат об'екту на мюцевосп.
Рис. 1. Схема приладноТ реал1зац1Т запропонованого способу: 1-GPS - приймальний блок; 2-поворотна л1н1йка з блоком антен (антенна лУйка); 3-механ1зм повороту л1н1йки; 4-блок керування ор1ентацп л1н1йки з датчиком азимута; 5-диференц1альна GPS - станц1я; 6-блок обробки 1нформац1Т; 7-блок запису Ыформацп.
Наявнiсть лiнiйки з антенами дае можливють роздiлити зону роздтьноТ здатност GPS на кiлька пiдзон
по осях X та Y i збтьшити точнiсть визначення координат в ^(n -1) разiв, де: n - число антен, (n -1) -
число iнтервалiв мiж антенами. Координати X та Y в кожнш точцi маршруту проходження рухомого об'екта приймаються як середы мiж значеннями координат всiх n антен в цих точках [6]. Це дозволяе автоматизувати процес промiрiв i обробки даних безпосередньо на промiрному суднi.
В [7] запропоновано методику виконання промiрних робiт, що заснована на комбшуваны диференцiйного методу GPS- визначення координат з методом ехолотування i методом радюкерування. Промiрним судном (ПС) керують дистанцiйно з центрально!' станци по радiоканалу. Для кожного ПС галси промiру задаються у виглядi ланцюга координат заданих промiрних точок. Курс промiрного судна розраховуеться i уточнюеться за показниками бортового приймача GPS. На центральну станцш по радюканалу повiдомляються поточн координати ПС i значення вимiряних глибин водойми. За цими даними на центральна станци формуеться план з рельефом дна водойми, а також контролюеться положення ПС на галсах. Запропонована методика може бути реалiзована системою безптотного автоматизованого промГру, схема якого наведена на рис.2 [7,8].
Система автоматизованого промГру працюе наступним чином. На центральна станци (ЦС) в блок 2 вводяться дани електронну карту промГру з програмою промГру з блоку 4, дан вГдмГтки рГвня води з водомГрних постГв з блоку 5, метеоданГ (вГтер, температура, вологГсть) з блоку 6, координати ЦС з блоку 3. На промГрному суды (ПС) в блок 12 попередньо вводять завдання для даного ПС - координати точок промГрних галав, орГентирнГ курси.
В процесГ роботи в блок 12 надходять данк з блоку 13 - поточнГ координати ПС, з блоку 14 - курс ПС, значення обертГв двигуна ПС, значення крену i диференту ПС; з блоку 15 - значення вимГряних глибин, з блоку 10 через блок 7 i блок 2 - дан про напрямок i силу вгтру, температуру повпря i води, рГвень води, поправки в координати промГрних точок при перепрограмуваннГ галсГв та ш. ПГсля того, як промГрне судно вийшло на початкову позицш по командГ блока 1 через блоки 7 i 10 вмикаються всГ блоки системи II промГрного судна. Блоком 12 приймаеться поточна шформацГя вГд блокГв 14, 15 i 13. Блок 13 дистанцшно отримуе ГнформацГю вГд сузГр'я супутниш i диференцшноТ станцГТ GPS III. В результат обробки отриманоТ шформаци в блоцГ 12 визначаеться шлях ПС i прогнозуеться курс ПС, який через блок 11 передаеться в блок 17 для виконання. Дан про мюцезнаходження судна i вимГрянГ глибини Гз блока 12 через блоки 10 i 7 передаються в блок 2. Дан про команди блока 11, переданих в блок 12 i 17, i Тх виконання повщомляюся в блок 1.
За описаною схемою ва дан про мГсцезнаходження безпГлотних промГрних суден i вимГрянГ глибини в координованих точках передаються в блок 2, в якому виконуеться завершальна обробка даних ( прирГвнюються координати i глибини, оцшку точностГ i т. п.) та результати передаються в блок 8, який формуе цифрову карту рельефу дна промГрноТ дтянки водойми на основГ геодезичноТ опорноТ мереж1, ГнформацГя про яку вводиться з блоку 4 за вимогою блока 2. Отримана цифрова карта (план) з блоку 8 надходить в блок 9 для запису i зберГгання.
Результати
Таким чином, запропонована система дозволяе шдвищити piBeHb автоматизацп промiрних робгг, скоротити витрати пального, матерiалiв i за рахунок цього отримати суттевий технiко-економiчний ефект [8].
Рис. 2. Схема безптотноТ автоматизованоТ системи пром1ру:
I- Блоки системи автоматизованого пром1ру (САП) на центральн1й станцп (ЦС):
1 - блок керування ЦС;
2 - блок обробки ¡нформацп;
3 - приймач GPS;
4 - програмний блок;
5 - датчики водомфних поств;
6 - датчики зовншшх метеоумови (в^ер, температура, волопсть i т.д.);
7 - прийомо-передавач радюзв'язку;
8 - формувач цифровой' карти;
9 - блок запису i збер^ання ¡нформацп;
II- Блоки системи безптотного промну (СБП) на промфному судн¡ (ПС):
10 - прийомо-передавач радюзв'язку;
11 - блок керування ПС;
12 - блок обробки ¡нформацп;
13 - приймач GPS;
14 - нав^ацшний блок;
15 - ехолот;
16 - блок запису i збер^ання ¡нформацп.
III- Диференцшна станцт GPS.
Лтература
1. Чалов Р.С. Русловые исследования / Р. С. Чалов - М. : Изд-во МГУ, 1995. - 106 с.
2. Фирсов Ю. Г. Цифровые модели рельефа дна в электронной гидрографии. / Ю. Г. Фирсов. // Геодезия и картография . - 2008. - № 4. - С. 45 - 53.
3. Фирсов Ю. Г. Современная гидрография и морские электронные карты. / Ю. Г. Фирсов. // Геодезия и картография . - 2006. - № 11. - С. 25 - 32 .
4. Гофманн - Велленгоф Б. Глобальна система визначення мюцеположення (GPS). Теорт ¡ практика. / Б. Гофманн - Велленгоф, Г. Л^енггер, Д. Коллшз; пер. з англ. третього видання пщ ред. Я.С. Яцюва - Кив: Наук. думка, 1995. - 231 с.
5. Руководство по топографичемкой съемке шельфа и внутренних водоемов. - ГКИНП-11-157-88. - М., ЦНИГАиК, 1989. -515 с.
6. Пат. 82794 УкраТна, МПК (2006) G01B 7/004. Споаб GPS - визначення координат рухомого об'екта /
B. О. Боровий, В. Г. Бурачек, Л. С. Мамонтова, О. В. Надточш; заявник та патентовласник Чернпвський державний Ыститут економки i управлшня. - № a 2007 02081; заявл.27.02.2007; опубл.12.05.2008. Бюл.№9.
7. Пат. 82811 Украша, МПК (2006) G01S 15/00. Система безптотного промiру / В. Г. Бурачек, Л. С. Мамонтова,
C. I. Слабак; заявник та патентовласник Чершпвський державний шститут економки i управлшня. - № a 2007 08032; заявл.16.07.2007; опубл.12.05.2008. Бюл.№9.
8. Пат. 82812 Украша, МПК (2006) G01S15/00. Споаб виконання промiрних робп" / В. Г. Бурачек, Л. С. Мамонтова, С. I. Слабак; заявник та патентовласник ЧернИвський державний шститут економки i управлшня. - № а2007 08035; заявл.16.07.2007; опубл.12.05.2008. Бюл.№9.
Аннотация.. Л. С. Мамонтова, С. Д. Крячок Беспилотная автоматизированная система промера глубин рек. В статье рассматривается беспилотная автоматизированная система промера глубин рек, которая основана на комбинировании дифференциального метода GPS-определения координат промерного судна с методом эхолотирования и методом радиоуправления судном. По координатам промерного судна и данным эхолотирования на центральной станции формируется цифровая карта рельефа дна промерного участка водоема и контролируется местонахождение промерного судна на галсах. Предложенная система позволяет повысить уровень автоматизации промерных работ. Ключевые слова: автоматизированная система, координаты, промер глубин, цифровая карта рельефа дна.
Abstract. L. Mamontova, S. Kryachok The no-fly automated system of small rivers' depth s measurement. The
no-fly automated system of small rivers' depth's measurement which is based on a combination of a differential method GPS-definition of the pro-measured vessel's coordinates both the method of depth's measurement with sonic depth finder and the method of the vessel's management was examined in this article. On the central station the digital card with a relief for a pro-measured zone of the reservoir is formed and the position of a pro- measured vessel on the tacks is controlled thanks to the coordinates of a pro- measured vessel and depth's measurements with sonic depth finder. The offered system allows to raise the level of depth's pro-measured works. Keywords: automated system;coordinates;depth's measurements ;digital card;bottom's relief.
Поступила в редакцию 07.02.2014 г.
