CC BY
29
types of the microcontrollers differing in ar- devices, type of the casing and t. However as-chitecture of the processor module, the size and signment, application and an essence of their type of the built-in memory, a set of peripheral functioning it is almost identical.
LITERATURE
1. Mikushin A. V // Interestingly about microcontrollers// - SPb.: BHV-St. Petersburg, silt. -Bibliogr. 2006. pages 424.
2. Belov A. V. // Constructioning of devices on microcontrollers // - SPb.: Science and technology, 2005
3. Ernie Casper // Programming in Assembler language for mikrokonTroller// - M.: Hot liniya-Telecom, 2007.
4. Zhumankulov D., Moldamurat Kh., Moldamurat A M., Kobelekov K., Mukhametuly E., // Modern microcontrollers and their applications in radio engineering devices // V Republican student scientific and practical conference on mathematics, mechanics and computer science. Section Information and communication technologies, pages. 197-199.
5. Serikbayeva Zh., Moldamurat Kh // Osebenonosti technologies for the development of computer games // ENU named after Gumilev, Proceedings IV International Scientific and Practical Conference 2014 pages.271-272.
6. Сулейменова А.Х., Ырыскелди Н.Г., Ибилдаев Б.К., Ергалиев Д.С., Мерили Н.А. Программное обеспечение для предварительного расчета системы энергоснабжения космического аппарата дистанционного зондирования Земли (KAZSAT-3). Надежность и качество. Труды международного симпозиума. г.Пенза, РФ - 23 -31 мая 2016 г., №2, С. 235-237.
7. Жолдиева Ш.Б., Тулегулов А.Д., Ергалиев Д.С. Анализ надежности работы системы терморегулирования космического аппарата. Надежность и качество. Труды международного симпозиума. г.Пенза, РФ -23 -31 мая 2016 г., №2, С. 233-234.
УДК 629.396.61
Керимбай Н.Н., Ергалиев Д.С. , Базарбек А.Б., Омархан А.Ш., Керимбай Г.Н.
Евразийский национальний университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМЫ GEONETCAST ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЗЕМЛИ
Рассмотрена глобальная сеть спутниковых систем GEONETCast, позволяющая распространению данных об окружающей среде в мировом масштабе. Проведен анализ применения полученных информации к важнейшим областям как сельское хозяйство, энергетика, прогноз погоды и т.д. Так же описано программные компоненты системы GEONETCast, в частности, средство разработки MSG Visualizer, c помощью которого приведены наблюдаемые быстротекущие погодные явлений атмосферы и гидросферы Земли в восточной полушарии и на территории Казахастана
Ключевые слова:
Дистанционное зондирование Земли, система GEONETCast, геостационарный метеоспутник Meteosat-10
Вводная часть и новизна
Космическая деятельность играет важную роль в процессе глобализации и информатизации мирового сообщества, решении многих социально-экономических проблем и научно-исследовательских задач, а также в обеспечении национальной безопасности. Дистанционное зондирование Земли из космоса (ДЗЗ) предоставляет уникальную возможность получать ценную информацию о земных объектах и явлениях в глобальном масштабе с высоким пространственным и временным разрешением [1].
Космическая съемка поверхности Земли определяет физические, химические, биологические, геометрические параметры объектов наблюдения в различных средах Земли. Для мониторинга окружающей среды на базе космических средств наиболее продуктивно используется информационная спутниковая система, которой присущи целостность, целенаправленность, динамизм, преемственность, совместимость, автономность. Структурно эта сложная спутниковая система мониторинга включает орбитальный и наземный сегменты: первый осуществляет функцию наблюдения, второй, наряду с наблюдением, функции оценки и прогноза. Весьма существенны регулярность проведения съемок и оперативное предоставление данных пользователям. Это обеспечивает орбитальная группировка системы, которая формируется из нескольких КА, долгосрочно функционирующих на солнечно-синхронных орбитах. Информационные и эксплуатационные характеристики космических аппаратов определяются многоспектральной съемкой разрешением порядка 100 м и выше с полосой обзора 800-2000 км [2]. Проект реализуется совместно с ведущим европейским университетом - Берлинский технический университет.
Цель данной статьи - изучение космической системы дистанционного зондирования Земли, предназначенный для получения оперативной мониторинговой информации на территории Республики Казахстан.
Для обеспечения доступа к материалам ДЗЗ, а также стимулирования их использования на территории Казахстанаразвернута наземная сеть станций
приема и обработки данных с КА ,,Meteosat-10,, на базе кафедры «Космическая техника и технологии» Евразийского национального университета имени Л.Н.Гумилева (ЕНУ). В наземном целевом комплексе для приема, обработки и распространения данных ДЗЗ конечным потребителям используется система GEONETCast.
GEONETCast представляет собой глобальную сеть спутниковых систем распространения данных об окружающей среде в мировом масштабе сообщества пользователей. Это система является важным этапом в системе наблюдения Земли Глобальной системы (ГЕОСС), координируется межправительственной группы по наблюдению за Землей (ГЕО). Его основная цель состоит в укреплении международного сотрудничества в области глобального наблюдения Земли.
Он предназначен поставить широкий спектр существенных экологических данных на кончиках пальцев пользователей по всему миру. Этот пользователь управляемый, удобный и недорогой сервис распространения информации призвана обеспечить глобальную информацию в качестве основы для принятия обоснованных решений в ряде важнейших областей, в том числе:
- Сельское хозяйство: Поддержка устойчивого развития сельского хозяйства и борьба с опустыниванием;
- Биоразнообразие: Понимание, мониторинг и сохранение биоразнообразия;
- Климат: Понимание, оценка, прогнозирование, смягчение и адаптация к изменчивости и изменению климата;
- Экосистемы: Совершенствование системы управления и защиты наземных, прибрежных и морских экосистем;
- Энергетика: Совершенствование управления топливно-энергетических ресурсов;
- Катастрофы: Снижение потери жизни и имущества от природных и техногенных катастроф;
- Здоровье: Понимание экологических факторов, влияющие на здоровье человека и благополучия;
- Вода: Улучшение управления водными ресурсами благодаря лучшему пониманию водного цикла;
- Погода: Улучшение информации о погоде, прогнозирование и предупреждение.
Доступ и совместное использование жизненно важных данных принесут социальные выгоды за счет улучшения здоровья человека и благосостояния, управления окружающей средой, и экономический рост.
Данные о методике исследования
Основные поставщики GEONETCast спутниковых данных:
- EUMETSAT (Европейская организация спутниковой метеорологии) - Meteosat (метрологический спутник) и MetOp (метеорологический спутник Европейского космического агентства) спутниковые данные;
- NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) - GOES (Геостационарный эксплуатационный спутник наблюдения за
окружающей средой) и POES (Полярные Эксплуатационные Экологические Спутники) спутниковых данных и продукции NOAA-NESDIS (атмосферных и морских);
EUMETSAT эксплуатирует три EUMETCast вещания: EUMETCast Европа в Ku-диапазоне через EUTELSAT 10A; EUMETCast Африка в C-диапазоне через EUTELSAT 5 West A и EUMETCast Северной и Южной Америке в C-диапазоне с помощью SES-6(рис.1).
Обмен данными об окружающей среде и доставки данных с помощью EUMETCast Европа охватывает всю Европу, Ближний Восток, Центральную Азию и в том числе территорию Казахстана (рис. 2). EUMETCast Европа работает с использованием стандарта второго поколения спутникового вещания (DVB-S2). В следующей таблице приведены параметры транспон-дера.
Рисунок 1 - Обзор системы EUMETCAST Параметры целевого транспондера Ku-диапазона на EUTELSAT 10A
Таблица 1
Транспондер C4
Диапазон приема 10,7 - 12,75 ГГц (Ки-диапазон)
Частота нисходящей линии связи (downlink) 11263 МГц
Скорость передачи символов (symbolrate) 33000 kS/s
Поляризация Горизонтальная
Спад (roll-off) 5%
MODCOD 1 (Базовоеобслужи-вание) 8PSK3/5 МРЕТранспортный поток^) ^1 = 1 Максимальная скорость передачи данных 55 Мбит / с (на уровне TS) Максимальная скорость передачи данных 1Р 50 Мбит / с
MODCOD 2 (Высокий уровень обслуживания) 16APSK2/3 МРЕ Транспортный поток^) ^1 = 1 Максимальная скорость передачи данных 85 Мбит / с (на уровне TS) Максимальная скорость передачи данных 1Р77 Мбит / с
Чтобы работать с системойGEONETCast должны выполняться следующие требования для приема станции:
Аппаратные компоненты:
- ПК, жесткий диск, монитор;
- DVB-S2 приемник (т.е. AyeckaSRl orTBS 5925);
- Кабель / разъемы;
- Спутниковая антенна для сервиса на высоком уровне громкости:
Алматы: 2.4м, Астана: 1,2 м, Баку: 1.8м, Тель-Авив: 1.8м
- Универсальный V/H LNB (HD Прием) в Ku-диа-пазоне (10,7 до 12,75 ГГц), коэффициент шума ниже 0.6 Дб.
Программные компоненты:
- EUMETCast ключевой блок (ЭКУ);
- EUMETCast клиентского программного обеспечения;
- EONETCast набор инструментов addonfor ILWIS Open, включая другие (бесплатно) программное обеспечение процедуры:
- GEONETCast файловый менеджер;
- Импорт подпрограммы;
- Другие в доме разработанные программные процедуры, Java-апплеты, пакетные файлы;
- ILWIS Open.
Экспериментальная часть
Как говорилось в начале, на базе нашей кафедры есть лаборатория по приему и обработке спутниковых снимков, где применяется GEONETCast. Были выполнены все вышеуказанные требования. Уровень сигнала Ku wide band со спутника Eutelsat 10A в Астане составляет 46 дБ и необходимо приемная антенна диаметром не менее 100 см. В связи сэтим на крыше здания Евразийского университета была установлена пароболлическая антенна, размер которой составила 120 см. На рисунке 3 показан принцип работы антенны с учетом препятствии, то
есть, как должна настраиваться антенна, чтоб различные препятствии не мешали прием-передачи сигналов.
Рисунок 2 - Охват спутника EUTELSAT 10A
5т 4т Зт 2т 1т
Рисунок 3 - Прием-передача сигналов с учетом препятствии
Рисунок 4 - Метеосат-10
После монтажа антенны, было установлена программные компоненты системы GEONETCast. В частности, GEONETCastимеет много терминалов: Data management, ILWIS, MSG Visualizer и д.р. Каждый из них выполняет важную функцию системы, в данной статье мы предпочли рассмотреть средство разработки MSG (Meteosat Second Generation) Visualizer.
MSG является совместной программы ЕКА(Евро-пейского космического агентства) и ЕВМЕТСАТ.ЕКА отвечает за разработку спутников, выполняющих требования пользователей и системы, определяемые
ЕВМЕТСАТ и закупки периодических спутников от его имени. После отделения спутника от ракеты-носителя, ЕКА также выполняет операции по запуску и меры необходимые для размещения космических аппаратов на геостационарной орбите, перед тем как передать ее ЕВМЕТСАТ для ввода в эксплуатацию [3].ЕВМЕТСАТ разрабатывает все наземные системы, необходимые для доставки продуктов и услуг для пользователей, реагировать на их меняющиеся потребности, выхлопатывает пусковых услуг и осуществляет свою деятельность полную систему в интересах пользователей.Данные
из ЕВМЕТСАТ принимается посредством телевизионного вещания спутника Eutelsat 10A при 10° Е.Услуга называется ЕВМЕТКаст, и обеспечивается сервером TELLICAST. ЕВМЕТКаст услуги, предоставляемые ЕВМЕТСАТ включают в себя данные из Meteosat-10 (рис. 4).
MSGимеет несколько серии европейских геостационарных метеоспутников, в нашем случае используется Метеосат-10 (запущен с Гвианского космического центра в Куру в 2012 году), который является основнымоперационным геостационарным спутником, расположенный под углом 0 градусов. На борту космического аппарата находится камера инфракрасного и видимого диапазона SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager).
Спектральные полосы инс
Этот прибор обеспечивает пространственное разрешение 1 километр в видимом свете и 3 километра в инфракрасном. Каждые 15 минут он сканирует всю поверхность Земли, наблюдая за изменениями облачности. С его помощью метеорологи рассчитывают значительно улучшить сверхкраткосрочные прогнозы на территории Европы и Азии, в частности, более успешно прогнозировать ураганы и туман.
Поток данных GEONETCast предоставляет необработанные данные изображения инструмента SEVIRI. Он фиксирует полусферу (от -7 9 до +7 9 долготы, от -81 до +81 широты) каждые 15 минут в 6 спектральных диапазонах. Подробная информация о спектральных диапазонах приведена в таблице 2.
умента MSG SEVIRI Таблица 2
Номер канала Спектральные диапазоны ( jam ) Характеристикиспектраль-ных диапазонов ( jam ) Основное наблюдение
^cen ^min ^max
1 VIS0.6 0.635 0.56 0.71 Поверхность, облака, поля ветра
2 VIS0.8 0.81 0.74 0.88 Поверхность, облака, поля ветра
3 NIR1.6 1.64 1.50 1.78 Поверхность, фаза облаков
4 WV6 .2 6.25 5.35 7.15 Пары воды, облака высокого уровня, атмосферная нестабильность
5 IR10.8 10.80 9.80 11.80 Поверхность, облака, поля ветра, атмосферная неустойчивость
6 HRV Широкополосный (около 0.4 - 1.1 jm ) Поверхность, облака
Программный инструмент MSG визуализатор был разработан в Берлинском техническом университете, который является партнером нашей кафедры по развитию специальности космической техники и технологии [4]. С помощью данного инструмента мы наблюдаем быстротекущих погодных явлений атмосферы и гидросферы Земли, типа гроз, ливней,
ухудшения видимости или тумана в основном восточной полушарии и на территории Казахастана (рис.5). Мы используем данные изображения MSG SEVIRI из потока GEONETCast, чтобы продемонстрировать успешную работу терминала, разнообразие доступных данных, представленных различными спектральными диапазонами, и высокую частоту приема данных.
Рисунок 5 - Запуск визуализатора MSG в Казахстане с расширенным представлением
Работая с данным программном продуктом, мы выявили следующие функции MSG Visualizer:
- Анимация по времени данных изображения выбранных спектральных диапазонов (включая визуальный RGB композит) в левой части дисплея;
- Расширенное представление и временная анимация сконфигурированной географической области, которая использует канал MSG (с высоким разрешением) MSG на правой части дисплея;
- Автоматическое обновление кадров анимации с полученными данными текущего изображения;
- Маркировка видовых экранов с отметками времени, показанный спектральный канал и другииин-формации.
Выводы и рекомендации
По результатам исследования можно прийти к выводу, что данная система GEONETCastпомогает обеспечивать многоспектральную съемку облачного слоя, земной поверхности и света, испускаемого атмосферой, с улучшенным радиометрическим, спектральным, пространственным и временным разрешениями, получить метеорологические и геофизические данные для обеспечения метеорологических, климатологических исследований и контроля за изменениями окружающей среды.
Так же, в программном средстве MSGVisualizer планируется улучшить до двенадцати спектральных каналов по сравнению с используемыми сейчас шестью, которые в будущем обеспечат более точные данные по всей атмосфере Земли, что позволит значительно улучшить числовые модели прогнозов
погоды.В данный момент наша наземная станция обеспечивает прием метеорологических и геофизических данных изображений, но в будущем мы предусматриваем предварительную обработку и распространения информациипотребителям, как Каз-гидромет. Аналогичный спрос существует и в отношении авиации, туризма, транспорта, рыболовства, добыча сырья, МЧС и др. Самое главное прогноз и оповещения о штормах и погодных катаклизмах позволяют спасти человеческие жизни.
В добавок что системуGEONETCast можно использовать в изучении специальных дисциплин специ-
альности «Космическая техника и технологии», такие как: «Автоматизированные системы сбора и первичной обработки результатов ДЗЗ», «Оптические системы дистанционного зондирования», «Космические системы ДЗЗ и космическая связь» и др. Применение этой системы на практических занятиях и лабораторных работах позволяют улучшить качество проведения занятий, что в свою очередь повышает заинтересованность обучающихся в освоении новых знаний. Кроме того, это позволяет обучающимся получить практические навыки по сбору, обработке и применению космических снимков в своей профессиональной деятельности в будущем.
1. Чернявский
2004. -№5. - 3 с.
2. Чернов А.А
собие . М: Радио i
3. Источник: 1
4. Источник: h
Космические
ЛИТЕРАТУРА
средства при мониторинге Земли//Журнал «Земля и Вселенная». -
УДК 624.21:699.8
Ашуров А.Е., Ермеков Ф.К., Ергалиев Д.С.
Центр ГИС технологий Казахского агротехнического университет им. С.Сейфуллина, Астана, Казахстан
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОТОЧНОЙ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПРОСТРАНСТВЕННО-ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
Представлены результаты применения технологии высокоточной спутниковой технологии для мониторинга деформации и смещений для пространственно-протяженных объектов. В качестве объекта исследования рассмотрен автомобильный мост в г. Астане. С этой целью на мост установлен специальный измерительный комплекс. Данный комплекс состоит из двух приемников ГНСС, работающих в режиме дифференциального GPS, а также 4 тензодатчиков и 4 инклинометров. Данная структура отражает на практике сложившуюся схему управления действующих систем мониторинга мостов.В результате экспериментов детально отработана технология мониторинга деформации и смещений, которую можно применить для других объектов данного класса
Ключевые слова:
мониторинг моста, высокоточная спутниковая навигация, пространственно-протяженные объекты, ГНСС приемник, тензодатчики, инклинометры
Введение
В связи с развитием транспортной техники развивается и транспортная инфраструктура, в числе которых особое внимание требуют мостовые сооружения. Имеются множество случаев разрушений мостов различного назначения связанных с разрушением, не правильной эксплуатацией или строительством [1].
На фоне этих чрезвычайных ситуации мониторинг пространственного положения, упругих и неупругих деформаций, а также относительных смещений элементов мостовых сооружений играет важную роль [2].
Для мониторинга деформации и смещений моста с применением системы высокоточной спутниковой навигации на базе АО «Национальная Компания «Казахстан Гарыш Сапары» выполнены исследования в рамках пилотного проекта. Объектом исследований выбран автомобильный мост на шоссе Алаш в г. Астана через железнодорожные линии.
Целью исследований является разработка измерительного комплекса объекта позволяющего:
в режиме реального времени получать информацию об изменении измеряемых параметров положения объекта;
обеспечивать синхронное измерение ветровых и температурных показателей, что позволит собрать необходимый статистический объем данных для выявления корреляции реакций конструкции на внешние воздействия;
обеспечивать подтверждение и проверку точности измерений при помощи наземных средств измерений;
обеспечивать передачу полученных данных в Информационно Вычислительный Комплекс и последующей передаче обработанных и сырых данных потребителю через Интернет.
В ходе исследований выработана структура и состав системы мониторинга. Данная структура отражает на практике сложившуюся схему управления действующих систем мониторинга мостов. В результате экспериментов детально отработана технология мониторинга деформации и смещений, которую
можно применить для других объектов данного класса.
Структура и состав системы мониторинга
Система наблюдения за каждым отдельным объектом представляет индивидуальную разработку в полной мере, учитывающей инженерные, физические, геологические и функциональные особенности наблюдаемой территории, конструкции или сооружения. В общем случае, можно говорить только о концепции построения подобных систем, сформировавшейся в результате обобщения опыта реализации и эксплуатации систем мониторинга большого числа известных инженерных объектов [3,4].
Однако при этом, даже в узкой категории объектов наблюдения - мосты, конкретные структура и состав системы мониторинга могут сильно отличатся в зависимости от конструкционных и геологических характеристик, таких как рельеф и свойства грунта [5]. Эти характеристики влияют на распределение напряжений и деформаций, характерных для данного типа моста и ответственны за реакции конструкции на температурные, аэростатические и аэродинамические нагрузки. Следовательно, особенности настоящего проекта целиком вытекают из специфики конкретного сооружения -мост на шоссе Алаш в г. Астана.
По результатам исследований определена концептуальная схема системы мониторинга (рис-1).
Пространственно-протяженный объект оснащается измерительными системами, которые комплектуются в соответствие с конкретными задачами мониторинга. Как правило, измерительные системы состоят из высокоточных наземных средств измерений. Данные считываемые с измерительных устройств, через сетевые концентраторы объединяются в информационный поток, который направляется в Центр управления системой мониторинга.
Применительно к конкретному объекту - мосту на шоссе Алаш в г. Астане, концептуальная схема конкретизирована за счет определения перечня необходимых функций, вытекающих из характеристик наблюдаемого объекта. Для обеспечения возможности дальнейшего развития и усовершенствования СМ, целесообразно ввести в измерительную часть
