CC BY
25
УДК 629.05
НАВИГАЦИОННОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ АЭРОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ ROUTENAV
Станислав Олегович Шевчук
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, преподаватель кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (903)936-78-53, e-mail: staspp@211.ru
Сергей Владимирович Барсуков
ЗАО «Аэрогеофизическая разведка», 630007, Россия, г. Новосибирск, ул. Октябрьская магистраль 4, офис 1207, инженер-геофизик, тел. (913)717-21-70, e-mail: turmalin@ngs.ru
В статье рассмотрены требования к навигационному комплексу, применяемому при аэрогеофизических работах. Рассмотрена программа RouteNav, разработанная авторами и применяемая при проведении многометодной аэроэлектромагнитной разведке.
Ключевые слова: ГНСС, GPS, навигация, аэрогеофизика, программа, выдерживание маршрутов.
NAVIGATIONAL SUPPORT OF AEROGEOPHYSICAL WORKS USING ROUTENAV SOFTWARE
Stanislav O. Shevchuk
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D, lecturer of the Department of Geodesy and Remote Sensing, tel. (903)936-78-53, e-mail: staspp@211.ru
Sergey V. Barsukov
«Aerogeophysical surveys» company, 630007, Russia, Novosibirsk, 4 Oktyabr'skaya magistral' st., office 1207, Geophysicist, tel. (913)717-21-70, e-mail: turmalin@ngs.ru
In article the navigational complex functional requirements for aerial geophysical works are given. The software RouteNav developed by the authors is considered. The program is used for aerial electro-magnetic complex prospecting works.
Key words: GNSS, GPS, navigation, aero geophysics, software, route maintenance.
Навигационно-геодезическое обеспечение аэрогеофизических исследований (например, комплексная аэроэлектромагнитная разведка с использованием выносных платформ [1-3]) включает в себя комплекс работ, среди которых важное место занимает навигационное сопровождение полета [4-8]. Этот процесс включает в себя решение следующих задач [4,7,8]:
- вывод летательного аппарата (ЛА) на заданную точку местности (начало съемочного маршрута или базу);
- выдерживание линии заданного съемочного маршрута в пределах допустимых боковых уклонений и определение текущих координат и высот съемки;
- определение и согласование с экипажем порядка захода на проектный маршрут и выхода с него на соседний.
Выдерживание линии заданного съемочного маршрута или линии заданного пути (ЛЗП) подразумевает определение навигационных параметров воздушной навигации, приведенных на рисунке 1 [7].
На рисунке 1 приведены следующие обозначения: ХН, ¥Н- положение летательного аппарата (ЛА); Ун - путевая (навигационная) скорость;
- ЛЗП - линия заданного пути; МММ, и МММ,. I - текущий и следующий поворотные пункты маршрута; А - азимут на МММ,. 1; соответствует Кзад - заданный курс полёта;
- ЛБУ - линейное боковое уклонение ЛА от линии заданного пути; ЗЛУ - заданный путевой угол; ФЛУ- фактический путевой угол;
- Ктек- текущий курс полёта; лК- отклонение от заданного курса.
Рис. 1. Основные параметры воздушной навигации
Кроме того, для аэрогеофизических исследований с выносной разведочной платформой необходимо выдерживать высоту полета над земной поверхностью [5,6,9].
Милот при этом выполняет следующие задачи:
- удерживание летательного аппарата на заданной (проектной) линии с учётом влияния направления ветра;
- заход на соседний, особенно близкорасположенный, маршрут;
- поддержание заданной высоты полёта;
- соблюдение постоянства путевой скорости.
Тогда, могут быть сформулированы требуемые функции навигационной системы, позволяющей пилоту решать поставленные задачи:
- отображение на карте-схеме текущего положения летательного аппарата по измерениям навигационного приемника ГНСС, с частотой обновления положения воздушного судна до 10 Гц;
- отображение на карте-схеме текущего, пройденных и не пройденных маршрутов, контура участка работ;
- отображение в виде индикаторов: путевой скорости, высоты над уровнем моря, азимута, показаний высотомеров;
- расчет и отображение расстояния до текущего маршрута (ЛБУ), границ допустимых уклонений от него, направления на него (в процессе захода);
- динамический выбор следующего маршрута, автоматический переход к нему по завершении текущего;
- прохождение маршрутов последовательно, а также с заданным шагом («петлями»), для экономии летного времени на разворотах.
Для решения поставленных задач в 2016 году был разработан и испытан программный комплекс Яо^еКау.
Характеристики программы приведены в таблице 1 [10].
Таблица 1
Основные характеристики программы Яо^еКау
Мротокол связи с ГНСС приемником NMEA-0183
Интерфейс связи с ГНСС приемником COM/USB
Частота опроса данных приемника / обновления 1, 2, 5, 10
экрана навигации в программе, Гц
Мротокол канала измерения высоты Настраиваемый текстовый протокол
Интерфейс канала измерения высоты COM/USB
Моддерживаемые системы координат WGS-84, СК-42, СК-95
Иоддерживаемые проекции Гаусса-Крюгера, UTM
Индикаторы (цифро-текстовые) - скорость; - высота (по измерениям ГНСС или высотомеров); - азимут; - режим (выдерживание маршрутов, полет к участку работ, возвращение на базу); - масштаб; - маршруты (текущ., след.) - авторежим (автоматич. переключение маршрутов); - отдельный индикатор истинной высоты полета
Индикаторы (визуально-графические) - индикатор выдерживания высоты полета (по высотомерам)
Управление программой - клавиатура, мышь; - джойстик (частичное); - сенсор (частичное).
Моддерживаемые ОС Windows XP, 7, 8, 10
Программа выполняет поставленные задачи в соответствии со сложным алгоритмом, который может быть упрощенно представлен в виде укрупненной блок-схемы на рис. 2.
Рис. 2. Укрупненная блок-схема функционирования Программы
На рис. 2: СК - система координат. Под прямоугольными координатами подразумеваются координаты в заданной системе координат и проекции (Мер-катора или Гаусса-Крюгера). Переход между системами координат осуществляется в соответствии с [11].
Входными данными служат измерения приемником ГНСС в формате NMEA 0183 (передаваемые в реальном времени посредством COM/USB-интерфейса или сохраненные в текстовом формате ранее) и файл заданных маршрутов (включая, при наличии, также файл с координатами точек контура участка работ). Также к входным данным можно отнести команды оператора, передаваемые в реальном времени.
Обработка получаемых данных выполняется в двух блоках - первый блок принимает входные данные и приводит их к заданному формату, в то время как аналитический блок выполняет выбор режима, расчет необходимых параметров и вывод на экран карты-схемы и индикаторов.
В качестве выходных данных предоставляется вывод на экран индикаторов (скорости, высоты, азимута, расстояния до текущего маршрута и т.д.) и карты-схемы. На карте-схеме в заданном оператором масштабе отображается с текущее положение, маршруты (текущий, пройденные, не пройденные), пройденная траектория и условная точка базы.
Внешний вид рабочего окна RouteNav приведен на рис. 3.
54 00 50,0160 03 22 44,3602 14 655 976,94 5 990 123,72
»1001 26 м*
H(WGS84). 290,30 м H(GEO): 329.5 м [-33.2 м)
f у Спутники: т- э /
Зона проекции: ( Время GPS: 03:54 Текущий путь: Полный путь: Ж 14 1:41.0 3.2 км 3.2 км
В Скорость: 94км/ч
Jj Выс.(А): 329.5 М
Выс.(Р): 129 М
Выс.(Л): 94 М
S3 Азимут: 318°
Режим: ^ Полет по маршрутам (ориентация по азимуту)
Масштаб: ^ 50 м
Текущий: Ю01 В: 26 М
Следующ.: Ю02 От текущего; 500 м
Рис. 3. Рабочее окно программы RouteNav в режиме выдерживания маршрута
При выдерживании маршрута уклонение (отклонение от маршрута) выводится на рабочий экран программы. При превышении пределов уклонений, программа предлагает пройти текущий маршрут заново.
Для решения задач выдерживания маршрута, захода с маршрута на маршрут, следования к участку работ и на пункт базирования, в программе предусмотрены соответствующие режимы, от которых зависит масштаб и вид пользовательского интерфейса. Переход между режимами может осуществляться автоматически и вручную.
Для удобства пользования программой имеются различные настройки вывода карты-схемы. В зависимости от режима пилотирования, автоматически или вручную изменяется масштаб и ориентация (на север, по направлению полета, вдоль маршрута). Также может быть полностью изменено цветовое оформление условных знаков и линий карты-схемы, язык интерфейса (русский и английский), а датчики могут выводиться в полном и сокращенном вариантах.
В программе так же включает в себя дополнительные функции, например, отображение растровых карт в качестве подложек и показ рекомендуемой траектории захода на следующий маршрут, рис. 4.
стоп
УУшк
97 км/ч
Выс.(А): Вьк.(Р): Выс.(Л):
403.7 м
Азимут:
Режим: о
Полет по маршрутам
(ориентация по азимуту)
Масштаб: ^ 1 КМ
Текущий: 1008
D: 1 КМ
Следуют Ю09 От текущего: 500 м
Авторежим:
Выкл.
Рис. 4. Рабочее окно программы RouteNav с растровой подложкой в режиме захода на следующий маршрут
Полеты записываются в журнал и могут быть воспроизведены в последующем для анализа. В полете программа анализирует СКП выдерживания маршрутов и высот пилотирования и выдает краткий отчет в специальном меню. Границы выдерживания маршрута и диапазон высот при этом задаются в настройках.
После завершения работы программы, по полету может быть выведен подробный отчет с помощью специальной утилиты, рисунок 5. В отчет входят статистические данные по ЛБУ для каждого маршрута и выдерживанию высоты над земной поверхностью (при наличии измерений высотомерами), в том числе в виде графиков и гистограмм распределения.
Кроме данной утилиты, в программный комплекс входят подпрограммы для разбивки участка работ на маршруты и подготовки растровых подложек и несколько дополнительных инструментальных утилит.
Рис. 5. Утилита анализа выдерживания ЛЗП и высот полета
Использование RouteNav подразумевает при аэрогеофизической съемке наличие рабочего экрана (или его дубликата) в кабине пилотов. Рекомендуемая схема комплектации программы представлена на рис. 6.
Рис. 6. Рекомендуемый состав оборудования для использования RouteNav
при аэрогеофизической съемке
Программа RouteNav позволяет эффективно решать задачи навигации при выполнении аэрогеофизических исследований с уклонениями от проектных маршрутов не более 10 м и менее, в зависимости от квалификации пилотов, обеспечивая тем самым высокое качество результатов съемки.
В целом, разработанный программный комплекс является одним из элементов общей технологии навигационно-геодезического обеспечения аэрогеофизических работ, различные аспекты которой рассматривались в более ранних публикациях [5,6,12,13].
Программа RouteNav разработана для ЗАО «Аэрогеофизическая разведка», являющегося её правообладателем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тригубович Г. М. Инновационные поисково-оценочные технологии электроразведки становлением поля воздушного и наземного базирования // Разведка и охрана недр. -2007. - № 8. - С. 80-87.
2. 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.
3. 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.
4. GPS-технология геодезического обеспечения геологоразведочных работ : метод. рекомендации / А. Г. Прихода, А. П. Лапко, Г. И. Мальцев, И. А. Бунцев. - Новосибирск : СНИИГГиМС, 2008. - 274 с.
5. Шевчук С. О. Навигационное и геодезическое обеспечение аэроэлектромагнитных исследований с подвесной вертолётной платформой // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. - 2012. - № 2. - С. 72-75.
6. 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.
7. Глаголев В. А. Спутниковое навигационно-геодезическое обеспечение геофизических измерений в движении. - СПб. : ВИРГ-Рудгеофизика, 2003.- 104 с.
8. Инструкция по топографо-геодезическому и навигационному обеспечению геологоразведочных работ. - Новосибирск : СНИИГГиМС, 1997. - 106 с.
9. Шевчук С. О., Никитин В. Н. Способы определения истинной высоты аэрогеофизической вертолётной электроразведочной платформы // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 74-82.
10. RouteNav [Электронный ресурс] / ЗАО «Аэрогеофизическая разведка» - Режим доступа : http ://aerosurvey s. ru/programmnoe/routenav
11. ГОСТ 32453-2013 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. - М. : Стандартинформ, 2013. - 19 с.
12. Кузин В. И., Шевчук С. О., Никитин В. Н. Фотограмметрический способ и устройство для определения истинной высоты выносной вертолётной платформы аэрогеофизического комплекса «Импульс-Аэро» // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. -№ 4/С. - С. 86-92.
13. Шевчук С. О., Косарев Н. С. Применение метода точного точечного позиционирования (PPP) для геодезического обеспечения аэроэлектроразведочных работ // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 2. - С. 239-244.
© С. О. Шевчук, С. В. Барсуков, 2017
