CC BY
40
Поступательная скорость V, м/с
Поуравнению(8) —■— а = 25° * а = 30° X а = 35° Поуравнению(2) —а = 25°—а = 30°-^-- а = 35°
Рис. 3. Зависимость продольного расстояния между дисками и лапами от поступательной скорости агрегата
При этом фактическое значение в данном исследовании было
0,45 м, а фактическое критическое расстояние 1ш1п, при котором происходит забивание дисков и образование почвенного вала, при скорости V = 1,4 м/с равно 40 см.
П.Н. Бурченко установил [6], что рост скорости культиватора от 1,66 до 3,33 м/с приводил к увеличению длины почвенного вала от 0,6 до 1,0 м, т. е. промежуток скорости 1,67 м/с соответствует росту длины почвенного вала на 0,4 м.
В связи с этим на графике, построенном по значениям, рассчитанным по уравнению (8), видно, что в промежуток скорости 1,4 м/с (увеличение скорости от 0,5___1,9 м/с)
сопровождается рост расстояния 1шЬ на 0,33 м (соответственно от 0,2768 до 0,6035 м), что также подтверждает точность предложенного уравнения.
Итак, по предложенному авторами уравнению (8) можно определять один из важных технологических параметров комбинированных почвообрабатывающих машин и орудий — критическое расстояние между дисками и рыхлительными лапами.
Полученное уравнение позволяет на научной основе осуществить расстановку одно- или многорядного дискового орудия на раме культиваторных или чизельных орудий, что обеспечивает устойчивость их работы, без сгруживания и забивания почвой, образования почвенного вала.
Список литературы
1. Сакун, В.А. Техника для основной обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур по ин-
тенсивным, индустриальным, энергосберегающим и почвозащитным технологиям / В.А. Сакун — М.: МГАУ, 1986. — 45 с.
2. Лобачевский, Я.П. Современные почвообрабатывающие технологии / Я.П. Лобачевский — М.: МГАУ, 1999. — 40 с.
3. Юнусов, Г.С. Технологические схемы комбинированных агрегатов для подготовки почвы под посев зерновых культур / Г.С. Юнусов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2006. — № 2. — С. 35-36.
4. Гуков, Л.С. Механико-технологическое обоснование энергосберегающих средств механизации обработки почвы в условиях Украины: автореф. дисс. _ д-ра техн. наук / Л.С. Гуков. — Глеваха, 1998.
5. Полищук, Ю.В. Обоснование минимального расстояния между плоскорежущими лапами и дисками орудия с комбинированными рабочими органами / Ю.В. Полищук // Материалы ХЬП науч.-техн. конф. — Челябинск: ЧГАУ, 2003. — С. 329-335.
6. Бурченко, П.Н. Механико-технологические основы почвообрабатывающих машин нового поколения: монография / П.Н. Бурченко. — М.: ВИМ, 2002. — 212 с.
УДК 631.171 + [621.37 / 39:631.145]
А.М. Башилов, доктор техн. наук, профессор
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
И.А. Соколов, инженер Государственное научное учреждение
«Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства»
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВИДЕОЦИФРОВОЙ СЪЕМКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФИТОСАНИТАРНОГО СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ В ПОСАДКАХ
В идеале многоуровневая система мониторинга ни. Различные уровни мониторинга должны быть
и диагностики состояния полей может включать взаимосвязаны и сопряжены компьютерной геоин-
в себя наземный, авиационный и космический уров- формационной системой [1].
------------------------------------ ВестникФГ0УВП0МГАУ№4'2008 ---------------------------- 39
Современные технологии получения фотоснимков с помощью авиакосмического мониторинга оборудованы системами стабилизации фотосъе-мочной аппаратуры, цифровыми фотограмметрическими камерами, средствами контроля элементов внутреннего и внешнего ориентирования, определителями высоты фотосъемки [2]. Использование дорогостоящего комплекса сложной аппаратуры позволяет получать фотоснимки с высоким качеством масштабирования и геометрического позиционирования. Однако в реальной практике кроме указанной информации требуется более детальное описание фитосанитарного состояния конкретного поля, особенно в период интенсивного развития и распространения очагов заражения листовой поверхности растений [3].
Основная же проблема, возникающая при использовании наземных средств (неметрических профессиональных, полупрофессиональных и любительских цифровых фотокамер) для фотографирования растений в посадках, — отсутствие систем стабилизации и контроля элементов внутреннего и внешнего ориентирования [4]. Эти ограничения обусловлены высокой стоимостью вспомогательного оборудования и неудобством его применения при ручной съемке и в случае использования наземной техники или беспилотных летательных аппаратов.
Неметрические цифровые камеры не разрабатывались производителями для решения задач фотоинспекции полей и имеют, в этой связи, ряд недостатков: геометрические искажения, вызванные недостатками оптической системы (значительная дисторсия объектива), неровность поверхности светочувствительной матрицы, не идеальная установка матрицы по отношению к главной оптической оси и др. Однако благодаря массовому производству, данная техника широко представлена на рынке и стоит относительно недорого, имеет малый вес, проста в управлении. Кроме того, применение ее перспективно, поскольку всегда можно выполнить калибровку камеры и «исправить» цифровое изображение программными средствами без существенной потери качества. Для определения элементов ориентирования фотоснимков, полученных с помощью ручной съемки, наземных мобильных средств, беспилотных летательных аппаратов, используют классические фотограмметрические и камеральные методы обработки снимков на основе компьютерных геоинформационных систем.
Рассмотрим технологию получения и обработки фотоснимков, позволяющую оценить качество материалов фотосъемки, построить схему маршрутов съемки и определить параметры внешнего ориентирования непосредственно по исходным фотоснимкам. Предлагаемая технология позволяет мак-
симально автоматизировать процессы фотосъемки и обработки фотоснимков, что позволяет сократить время выполнения как полевых (съемка), так и камеральных работ (всесторонняя научная обработка материалов, собранных в процессе полевой инспекции, топографических, почвенных и других специальных исследований территории сельскохозяйственных угодий), необходимых для создания фотоотчетов инспектора, проектов (планшетов) полевых работ.
Камеральные работы начинают до полевой фотоинспекции и завершают после нее. До выхода на полевую фотоинспекцию изучают схематический чертеж одного или нескольких полей, на которых указаны контуры полей, подъездные дороги, лесозащитные полосы.
После инспекции на схематический чертеж переносят внутреннее текущее состояние каждого поля, наносят фитосанитарные зоны и их площади, распределяя зоны по степени вредоносности и указывая намечаемые мероприятия. Данные инспекции полей выдают заказчику в виде фитосанитарной ведомости.
Все технологические процессы создания фотоотчетов по материалам фотосъемки можно разделить на следующие группы (рис. 1):
• проведение маршрутных съемок и получение исходных фотоснимков;
• анализ полученного фотоматериала и оценка качества выполненных работ. В последнем случае учитывают качество фотоснимков и качество покрытия фотоснимками инспектируемого поля;
7
Геоинформационная обработка результатов инспекции
Рис. 1. Технология обработки фотоснимков
• построение схемы процесса фотосъемки и определение параметров внешнего ориентирования по данным, полученным в результате пространственно-временного ориентирования маршрутов съемки и взаимного ориентирования фотоснимков.
Фотоцифровые изображения, полученные посредством ручной съемки, наземных мобильных средств и малых летательных аппаратов, как правило, различаются непрямолинейностью маршрута съемки, нестабильностью высоты съемки, наклонами и вибрациями фотоаппарата, неметрическими свойствами фотокамер. Поэтому первоочередной задачей является определение и формализация критериев отбраковки фотоснимков, не соответствующих по качеству технологии обработки фотоснимков и построения фотопланов инспекции.
Рассмотрим три типа критериев оценки качества фотоснимков (рис. 2).
1. Наличие искажений, связанных с плохим визуальным восприятием изображения:
• нарушение баланса белого цветного изображения;
• нарушение контраста изображения (недостаточная или избыточная освещенность, неравномерность освещенности по кадру);
• нарушение четкости изображения (смазан-ность, дефокусировка).
2. Наличие искажений, связанных с превышением допустимых пределов внешнего ориентирования фотоснимков:
• превышение допустимых отклонений главной оптической оси фотоснимков от среднего значения по маршруту;
• превышение допустимой разницы масштабов смежных фотоснимков.
3. Наличие условий, не удовлетворяющих требованиям технологии по степени перекрытия смежных аэрофотоснимков.
После определения коэффициентов качества искажений каждого типа для всех имеющихся в проекте аэрофотоснимков на основе многокритериальной зависимости проводят необходимую и достаточную выборку аэрофотоснимков, обеспечивающих покрытие интересующей территории.
При неудовлетворительном результате параметры, определяющие степень влияния искажений каждого типа, корректируются оператором в зависимости от типа выполняемых работ и требований точности конечного продукта. Создание схемы покрытия фотоснимками заданной тер-
ритории сельскохозяйственного угодья для оценки качества выполненных фотосъемочных работ назовем предварительным электронным монтажом.
Разработанная методика электронного предварительного монтажа, кроме оценки качества выполненных работ, позволяет определить с некоторой априорной точностью недостающие элементы внешнего ориентирования каждого фотоснимка. В методике реализована следующая технологическая последовательность:
• задание начальных значений элементов внешнего и внутреннего ориентирования отдельных фотоснимков;
• улучшение качества фотоснимков и определение относительного внешнего и внутреннего ориентирования;
• уравнивание фотоснимков в единую систему и определение абсолютных значений элементов внешнего и внутреннего ориентирования. После определения элементов внешнего ориентирования формируются файлы данных для передачи информации во внешнюю фотограмметрическую систему для дальнейшей камеральной обработки фотоснимков и создания картографических материалов.
В зависимости от точности получаемого картографического материала определяется высота и способ проведения фотосъемки ручной, с наземного мобильного средства и беспилотного летательного аппарата. В свою очередь, в зависимости от высоты инспектируемой позиции изменяется количество фотоснимков, необходимых для покрытия единицы площади земной поверхности и, как следствие, продолжительность инспекции. Остальные временные оценки зависят только от количества полученных фотоснимков.
Предлагаемую технологическую схему построения фотоплана инспекции кратко можно охарактеризовать так: получение цифровых фотоснимков посредством ручного, мобильного или воздушного способа съемки (оценка качества фотоснимков и качества выполненных работ) и построение пространственно-временной модели процесса съемки
Критерии отбраковки фотоснимков
Рис. 2. Критерии оценки качества изображений аэрофотоснимков
■ ВестникФГ0УВП0МГАУ№4'2008 ---------------------------------- 41
(построение фотоплана в цифровой фотограмметрической системе).
Основная идея разработанной технологии заключается в минимизации стоимости комплекса фотосъемки при сохранении высоких требований к точностным характеристикам конечной продукции (фотоплан), полученным за счет фотограмметрической обработки материалов фотосъемки.
Возможные варианты использования современных технических средств фотосъемки (кроме подводных) приведенны на рис. 3, 4.
В общем случае технологический процесс видеонаблюдения растений (их биометрических признаков) можно представить случайным, в виде последовательной реализации вероятных событий — информационно-аналитических процедур регистрации:
Р = Р Р б Р б Р Р Р ,
упр нал обз обн рас реш исп ’
где Рупр — вероятность реализации управления растениями по результату регистрации биометрического признака; Рнал — вероятность наличия биометрического признака в пространстве агроценоза; Робз — вероятность обзора пространства агроценоза системой видеонаблюдения; Робн — вероятность обнаружения местоположения биометрического признака системой видеонаблюдения; Ррас — вероятность распознавания состояния растений по параметрам биометрического признака системой компьютерного зрения; Рреш — вероятность принятия правильного диагностического решения о состоянии растений; Рисп — вероятность исполнения управляющего действия по изменению параметров биометрического признака.
Для реализации технологического процесса фотоинспекции (видеонаблюдения биометрических параметров растений) в зависимости от объема и уровня сложности практических задач ниже предложны различные варианты инженерно-технического решения: мобильные, подвижные и стационарные средства обеспечения видеонаблюдения растений в посадках.
Рис. 3. Технические средства фотосъемки и видеонаблюдения территориально распределенных объектов
Основные характеристики беспилотного дистанционного пилотируемого летательного
аппарата (ДПЛА)
Дальность действия..............................10 м
Стартовая масса.................................3 кг
Максимальная масса целевой нагрузки.............0,3 кг
Штатная целевая нагрузка..............две ТВ-камеры
или один цифровой фотоаппарат
Продолжительность полета, не менее..............1 ч
Воздушная скорость..........................90 км/ч
Максимальная высота полета над уровнем моря . . . 5000 м
Основные характеристики системы телескопического видеонаблюдения мгновенного развертывания
Тип — мобильная, быстро развертываемая, на базе телескопических мачт.
Время подготовки к работе — менее 1 мин.
Полная высота подъема — 6.. .19 м.
Средство видеонаблюдения — одна или две купольные камеры с круговым обзором.
Крепление видеокамер — на телескопической мачте (возможно на специальных автомобилях).
Передача сигнала в центр управления — по кабелю или по радиочастотному каналу.
Скоростные купольные камеры позволяют вести обзор с точностью до 0,1° при скорости вращения и наклона до 250 °/с.
Скоростные купольные камеры: оснащены вариофо-кальным объективом 4,1 мм < f < 73,8 мм; 1,4 < F < 3, с 25-кратным оптическим увеличением и 10-кратным цифровым увеличением; обеспечивают качество изображения с разрешением более 470 ТВЛ; обзор 360° без ограничения; наклон 180° с автоматическим переворотом изображения; имеют интеллектуальный контроль скорости движения в режиме увеличения; имеют возможность запрограммировать до 100 позиций.
Всю территорию инспектируемой области можно перекрыть вышками с установленными на них телекамерами, с помощью которых будет проводиться круглосуточное видеонаблюдение за состоянием
Рис. 4. Способы фотосъемки и видеонаблюдения агрообъектов в зоне нахождения, рассредоточения или перемещения
полей. Там же, где вышек нет или их нецелесообразно устанавливать, предполагается использовать мобильные наблюдательные системы — телескопическую вышку, монтируемую на шасси грузовика ЗИЛ-130, что позволяет быстро перебрасывать такие системы в инспектируемые зоны.
Основные характеристики операторского крана
Тип крана.................................секционный
Максимальный подъем.............................12 м
Отрицательный угол...............................8 м
Дискретность.....................................1 м
Максимальный нагрузка (вес камеры).............25 кг
Длина:
максимальная................................12 м
минимальная..................................3 м
операционная................................24 м
общая.................................... 14,7 м
Площадь основания............................0,96 м2
Общий вес.................................... 880 кг
Габаритные размеры при транспортировке .... 3x2x2 м
Основные характеристики мобильной инспекционной тележки
Габаритные размеры.....................0,2х1,3х0,8 м
Колея рельс....................................62 см
Колеса................................литые ободья
с пневмошинами
Катки............................для рельсового хода
Кресла.............................................2
Минимальное расстояние
от земли до центра камеры.................... 0,25 м
Максимальный вес камеры........................80 км
Площадь основания............................2,25 м2
Квадратная бестеневая палатка сконструирована специально для высококачественной макросъемки. Ее изготовляют из особого тканевого материала увеличенной рассеивающей способности, обработанного специальной аппретирующей пропиткой. Благодаря плавному изгибу фонового полотна, на снимке не будет видна граница между горизонтальной и вертикальной плоскостями лайт-ку-ба, а изображение объекта будет без бликов и теней. Таким образом, в закрытом пространстве лайт-куба будет находиться только снимаемый объект и часть объектива, направленная на снимаемый объект. Размеры лайт-куба в рабочем виде: 50х50, 60х60, 70х70, 80х80 см.
Комплекс предназначен для высотного видеонаблюдения с использованием малообъемного привязного аэростата. Эта технология на порядок дешевле патрулирования при помощи вертолетов. Управление поворотом видеокамеры и увеличением осуществляется с помощью пульта управления на земле. Система мобильна, помещается в автомобиль типа «ГАЗель», легка в управлении и может быть развернута или свернута в течение 20.. .30 мин тремя-четырьмя операторами. Эксплуатация системы возможна в дневных и ночных условиях. Каме----------------------------------------- Вестник ФГОУ
рой управляет один оператор. Радиус инспектируемой зоны 3 км.
Одна из важнейших задач, которые необходимо решить при высотном наблюдении, — стабилизация и управление положением видеокамеры в пространстве. Для этого видеокамеру располагают на компактной гиростабилизированной платформе, что позволяет компенсировать естественные колебания аэростата под воздействием воздушных потоков.
Управление и видеонаблюдение производят от наземной контрольной станции. Изображение с камеры выводится на переносной монитор. С помощью управляющего пульта оператор может вращать стабилизированную камеру высотного наблюдения вокруг трех осей, менять степень увеличения, контролировать режим работы камеры и другие параметры системы.
Малообъемный привязной аэростат оборудован высокоскоростной купольной камерой «день/ночь», оснащенной 35-кратным трансфокатором, встроенным микрофоном и высокоточным поворотным устройством, которое позволяет изменять скорость панорамной съемки и наклона камеры в пределах от 0,05 до 450 °/с. Сжатое в форматы MPEG-4/ M-JPEG видео и синхронное аудио купольная камера передает по сети с разрешением до 704х576 пикселей и со скоростью до 25 к/с.
Для комплекса разработано программное обеспечение, управляющее камерой и позволяющее фиксировать выбранный объект при перемещении аэростата с камерой под действием ветра.
Выводы
Видеоцифровой мониториг растений в посадках — самое современное средство для инспекции фитосанитарного состояния, наблюдения динамики урожая, обеспечения безопасности полей.
При использовании видеоцифрового мониторинга растений в посадках важно обеспечить необходимое качество фотосъемки, четкость изображений и автоматическую регистрацию биометрических параметров растений.
В настоящее время существуют достаточно разнообразные стационарные, подвижные и мобильные технические средства организации видеонаблюдения с заданными технико-технологическими параметрами контроля и управления растениями в посадках.
Масштаб и качество видеонаблюдения определяются согласованностью взаимодействия технических средств наведения, обзора, обнаружения и распознавания биометрических параметров растений в посадках, что обеспечивает более эффективную реализации мониторинга за счет перехода от случайного к более детерминированному принципу организации.
Список литературы
1. Башилов, А.М. Электронно-оптическое зрение в аграрном производстве / А.М. Башилов. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005. — 312 с.
2. Нейштадт, И.А. Методы обработки данных спутниковых наблюдений для мониторинга пахотных земель: автореф. дисс. ... канд. техн. наук / И.А. Нейштадт. — М., 2007.
3. Башилов, А.М. Системы технического зрения для точного земледелия / А.М. Башилов, А.А. Ерков // Автоматизация и информатизация электрифицированного сельскохозяйственного производства. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. — С. 128-139.
4. Форсайт Д.А. Компьютерное зрение. Современный подход / Д.А. Форсайт; пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. — 928 с.
УДК 331.45.001.85
Р.Х Юсупов, доктор техн. наук, профессор
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
Ю.Г. Горшков, доктор техн. наук, профессор А.В. Зайнишев, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный агроинженерный университет»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВТОРНЫХ ИНСТРУКТАЖЕЙ РАБОТНИКОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
Для предупреждения несчастных случаев на производстве и снижения производственно-обусловленной заболеваемости работников агропромышленного комплекса (АПК) необходимо минимизировать воздействие на людей факторов производственной среды, оснастить рабочие места современными средствами коллективной и индивидуальной защиты, а самих работников обучить безопасным приемам труда. На сегодняшний день обучение является самой доступной (с точки зрения материальных затрат) и одновременно действенной формой предупреждения несчастных случаев. Обучать следует как рядовых работников всех профессий, так и руководителей (главных специалистов). Доля погибших работников АПК со стажем работы до 10 лет составляет 58,1 % [1], что, по мнению авторов, связано с недостаточной эффективностью обучения по охране труда или его отсутствием.
Проведенный анализ существующей системы обучения работников АПК показал, что применительно к работникам, деятельность которых характеризуется наличием широкого спектра опасных и вредных производственных факторов, вопрос периодичности проведения повторных инструктажей носит административный характер (привязка к кварталам). Последний не учитывает индивидуальные качества инструктируемых
и влияние производственной среды. Такой подход не может обеспечить надлежащего уровня безопасности труда.
Необходимо отметить, что влияние степени обученности работников на состояние условий и охраны труда в настоящее время исследовано недостаточно. Поэтому дальнейшее изучение данной проблемы, с разработкой комплекса научно обоснованных рекомендаций по совершенствованию системы обучения позволит улучшить условия и охрану труда работников АПК. Кроме того, индивидуальный подход к определению периодичности повторных инструктажей, несомненно, повысит уровень знаний работников.
Для решения указанных вопросов необходимо обосновать периодичность повторных инструктажей в зависимости от основных факторов, указанных на рис. 1.
К одному из направлений решения данной проблемы можно отнести моделирование системы Ч-М-С (человек-машина-среда) на основе новых
Рис. 1. Факторы, влияющие на периодичность повторных инструктажей
