ФУНКЦИИ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

The 2-nd International Specialized Symposium
“Space & Global Security of Humanity (SGS 2010)”
Program and means of the space
monitoring for detection and forecasting
of extreme situations
Программные и технические средства
аэрокосмического мониторинга для
обнаружения и прогнозирования
чрезвычайных ситуаций
Nikolay I. Murashko, Aliaksandr N. Kruchkou, Eduard V. Kozlov
United Institute of Informatics Problems of National Academy of Sciences of Belarus
[email protected]
+375(17)-284 21 77
ЦЕЛЬ ПРОЕКТА
Целью проекта является разработка аппаратных и программных
средств:
1) авиационной спектрозональной съемки местности высокого
разрешения в видимом и инфракрасном диапазонах;
2) тематической обработки цифровых авиационных и космических
снимков местности в интересах мониторинга источников
чрезвычайных ситуаций;
3) приема с борта летательного аппарата оперативных данных
дистанционного наблюдения и информации телеметрии,
отображение ее в заданном виде, в том числе на цифровых
картах местности и на космических снимках;
4) оперативного планирование полетов и съемок объектов
дистанционного наблюдения.
2
ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
1. Мониторинг источников потенциальных ситуаций по
данным авиационного и космического наблюдения
- обнаружение чрезвычайных ситуаций природного характера и
контроль за их развитием;
- обнаружение чрезвычайных ситуаций техногенного характера и
контроль за их развитием;
- обнаружение нештатных ситуаций на объектах техногенного и
природного характера, которые могут быть причиной
возникновения чрезвычайных ситуаций.
2. Авиационная спектрозональная съемка высокого разрешения в
в видимом и инфракрасном диапазонах в интересах геодезии и
картографии, землепользования и т.д.
3. Авиационная спектрозональная съемка высокого разрешения в
видимом и инфракрасном диапазонах в интересах лесного
хозяйства (Министерство лесного хозяйства)
3
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА
Достоинства космического мониторинга в видимом диапазоне:
- возможность получения панхроматических и многоканальных снимков с пространственным
разрешением 1 м и 4 м соответственно:
Охват местности на снимке – до 20 х 20 км.
Недостатки космического мониторинга в видимом диапазоне:
- ограниченное количество безоблачных дней (до 60) в году.
- спутник может находится над заданной территорией один раз в четверо суток;
- спектральные каналы не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
. Достоинства авиационного мониторинга :
- оперативность;
- высокое пространственное разрешение снимка, необходимое для решения специальных задач
мониторинга (до 15 см);
- возможность одновременного наблюдения за местностью в видимом и инфракрасном
диапазонах;
- возможность смены фильтров в многоканальной съемочной аппаратуре в зависимости от
решаемой задачи;
Недостатки авиационного мониторинга, являются, существующего в Республике Беларусь:
:- узкая полоса наблюдения (в среднем 250 м с высоты 500 м (система АСК-ЧС);
- для проведения плановой съемки необходимо иметь на борту воздушного судна
гиростабилизированную платформу.
- отсутствие возможности оперативной передачи обзорных снимков с борта самолета на наземный
пункт управления, т.е. снимки поступают в пункт управления после посадки самолета.
Совместное использование данных дистанционного зондирования Земли, полученных от
космических и авиационных средств наблюдения, позволит оперативно обнаруживать чрезвычайные
ситуации природного и техногенного характера и принимать оптимальные решения по их ликвидации с
минимальными затратами, осуществлять мониторинг местности в интересах предприятий и организаций
Госкомимущества, Минлесхоза, нефтехимической отрасли и других потребителей Республики Беларусь.
4
СОСТАВ СИСТЕМЫ «МОНИТОРИНГ - АК»
1. Авиационная спектрозональная система АВИС
2. Программно-технический комплекс обработки данных
дистанционного наблюдения
3. Бортовой комплекс обработки и передачи оперативных данных
дистанционного наблюдения и информации телеметрии
4. Программно-информационный комплекс планирования
полетов и съемок объектов наблюдения
5
Основные технические характеристики а
авиационной спектрозональной системы
АВИС
1) съемка местности в диапазоне высот – 500 – 3000 м.
Цифровые снимки местности должны удовлетворять следующим тебованиям:
- пространственное разрешение в видимом диапазоне (0,35–0,9 мкм) –
от 5 см с высоты полета 500 м до 30 см с высоты полета 3000 м;
- число элементов в полосе панхроматической плановой съемки – не менее
18000;
- размеры спектрозонального изображения – не менее 6500 х 4500 пикселей;
- количество спектрозональных каналов в видимом диапазоне – не менее 12;
- спектрозональный снимок включает три канала;
- размеры ИК изображения (8–13 мкм) – не менее 640 х 480 пикселей.
2) точное определение положения летательного аппарата в пространстве и
координатная привязка при выполнении авиационных съемок.
3) точное определение высоты летательного аппарата над поверхностью
земли во время съемок.
4) обеспечения корректной экспозиции каждой камеры модуля
спектрозонального наблюдения при полетах над любым типом местности
с учетом пропускания различных светофильтров.
6
Состав АВИС
• Система АВИС включает блок оптических датчиков (БОД) и рабочую
станцию (РС).
•
•
•
•
•
•
В состав БОД «АВИС» будут входить следующие модули:
1) модуль спектрозонального видеонаблюдения (МСВ) для получения
изображений раздельно в трех каналах с 12 сменными светофильтрами с
возможностью обработки данных и получения синтезированных
изображений на базе трех цифровых монохроматических матриц (типа Dalsa
FTF 5066M с контроллером 33 М активных пикселей 4992Р × 6668V);
2) спектрорадиометр на область 0,35–0,9 мкм для управления модулем
спектрозонального видеонаблюдения и получения спектров высокого
разрешения (Спектрорадиометр обеспечит корректную экспозицию каждой
камеры МСВ при полетах над любым типом местности с учетом
пропускания различных светофильтров.);
3) инфракрасная камера, предназначенная для регистрации тепловых полей
в ИК области спектра 8÷13 мкм (типа тепловизора NEC TS9260
640 х 480 пикселей);
4) обзорная телевизионная камера и монитор пилота для визуального
позиционирования летно-съемочных работ существенно облегчит «заход»
на съемку и контроль полета в определенном коридоре движения;
5) лазерный высотомер для точного определения высоты носителя над
поверхностью во время съемок и записи этих данных в блок служебной
информации РС;
6) GPS приемник геодезического класса с инерциальным комплексом типа
SPAN-CPT для точного определения положения носителя в пространстве и
координатной привязки при выполнении авиационных съемок;
7
Конфигурации БОД «АВИС»:
1-я конфигурация – «спектрозональная съемка».
Составляющие цифровые камеры устанавливаются в
положение, при котором их центры проекций располагаются на
одной оси вдоль вектора продольного перемещения. Камеры
срабатывают так, чтобы центры спектрозональных снимков
камер совпадали.
В зависимости от установленных объективов пространственное
разрешение с высоты 1000 м:
5 см при полосе 700 м;
15 см при полосе .1800 м
8
Конфигурация БОД «Стереосъемка»
Камеры устанавливаются вдоль вектора продольного
перемещения носителя под определенными углами (25°– 30°).
Данная конфигурация использования АВИС обеспечивает
получение стереоскопического изображения высокого качества.
9
ПАНХРОМАТИЧЕСКАЯ
КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА
Три камеры устанавливаются в плановое положение поперек вектора
скорости носителя и производят съемку одновременно (одномоментно),
тем самым обеспечивается трехкратное увеличение
производительности (ширины полосы съемки) при выполнении
маршрутной съемки.Число пикселей поперек направления полета с
учетом 10%-ного перекрытия кадров составляет не менее
18000 в панхроматическом диапазоне.
10
СХЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АВИС
Спектрорадиометр с помощью специального программного обеспечения рабочей станции
проанализировав спектр снимаемого объекта, автоматически устанавливает экспозицию
каждой камеры МСВ с учетом различной спектральной ширины светофильтров, яркости
подстилающих поверхностей и кривой спектральной чувствительности фотоприемных матриц.
Спектрорадиометр с матричным приемником может использоваться для расчета и получения
гиперспектрального изображения на основе методики интерполяции изображений и спектров.
11
СОСТАВ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Компьютер персональный
- Тактовая частота процессора – не ниже 2 Ггц
- операционная система Windows XP
- объем жесткого диска - не менее 60 Гбайт
- объем оперативной памяти - не менее1 Гбайт
- объем видеопамяти – не менее 256 Мбайт
- монитор - цветной, диагональ не менее 17”
Интернет
ЛВС
Принтер
лазерный
цветной
Общее программное обеспечение
Специальное программное обеспечение
Цифровые карты местности на район наблюдения
Цифровые снимки местности на район наблюдения
Методики обнаружения чрезвычайных ситуаций
12
ФУНКЦИИ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЗЗ
1) обнаружение чрезвычайных ситуаций природного характера и
контроль за их развитием:
- последствия ураганов для лесного и сельского хозяйств,
объектов электроэнергетики, дорожной сети и населенных
пунктов;
- паводки и наводнения;
- пожары в лесу и на торфяниках
- последствия засухи, ливней и заморозков для сельского
хозяйства и экологической обстановки.
13
ФУНКЦИИ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЗЗ
2) обнаружение чрезвычайных ситуаций техногенного характера и
контроль за их развитием:
• утечка нефтепродуктов из магистральных трубопроводов,
железнодорожного транспорта, объектов
нефтеперерабатывающих предприятий;
• аварии на дамбах и плотинах;
• аварии на железных и автомобильных магистралях;
• другие чрезвычайные ситуации, которые могут быть
идентифицированы в видимом и ИК диапазонах (уточняются на
стадии эскизного проекта).
14
ФУНКЦИИ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЗЗ
3) обнаружение нештатных ситуаций на объектах техногенного и
природного характера, которые могут быть причиной
возникновения чрезвычайных ситуаций:
• полосы отчуждения и объекты магистральных нефте – и
газопроводов;
• объекты нефтехимической отрасли;
• объекты дорожной сети (мосты, дамбы и т.д.);
• объекты железнодорожного транспорта;
• другие нештатные ситуации, которые могут идентифицированы в
видимом и ИК диапазонах (уточняются на стадии эскизного
проекта).
15
Состав комплекса передачи и отображения обзорного
изображения и информации телеметрии
Телевизионная камера
Передатчик 2-х канальный
2,4 Ггц/800 Мгц с видеоусил.
GPS приемник
Высотомер
Дисплей
АВИС
Антенна
телеметрии
AG-5
ЦКМ,
фотопланы
Компьютер возимый
Модуль
видеозахвата
Антенна
видео
АН-5
Приемопередатчик
наземный
Антенна
приемная
видео
Антенна
приемная
телеметрии
16
ОСНОВНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Министерство по чрезвычайным ситуациям для решения задач:
– оперативная подготовка принятия решений по ликвидации чрезвычайных ситуаций
природного и техногенного характера;
- оперативного построения картосхем тепловых полей лесных и торфяных пожаров в
условиях сильной задымленности;
– определения масштабов утечек из нефте- и продуктопроводов, оценки их
последствий;
– построения картосхем затопленных территорий и повреждений от ураганов;
– построения профилей тепловых полей продуктопроводов, тепловых трасс жилых
районов и промышленных объектов;
– оценки повреждений, нанесенных сельскохозяйственным культурам природным
факторами (заморозки, засуха, подтопление, эпифитотии).
•
•
Государственный комитет по имуществу РБ для решения задач:
– картография;
– создание ГИС;
– изготовление ортофотоизображений.
•
Министерство лесного хозяйства для решения задач:
– таксация лесов;
– создание ГИС «лесные ресурсы»;
– диагностика патологии лесов;
– определения породного состава лесов.
17
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
НИИ прикладных физических
проблем им. А.Н. Севченко
Белорусского государственного
университета
Курчатова 7, г. Минск, Республика
Беларусь, 220108
КООРДИНАТЫ ДЛЯ СВЯЗИ:
Телефон: + 375 17 278 04 09
Факс:
+ 375 17 278 57 26
E-mail:
[email protected]
Объединенный институт проблем
информатики НАН Беларуси
Сурганова,6 г. Минск
Республика Беларусь, 220012
КООРДИНАТЫ ДЛЯ СВЯЗИ
Телефон +375 17 284 21 77
Факс
+375 17 284 21 75
E-mail: [email protected]
18