CC BY
106
10. Выработка рекомендации по составлению технического задания на проект реконструкции Воронежского «Водоканала».
Список использованной литературы
1. Епифанов В.Д., Епифанов А.В., Евсеев Е.П., Бабкин В.Ф., Гусев А.Л., Шалимов Ю.Н., Шитов В.В. Микробиология сточных вод // Альтернативная энергетика и экология. № 18 (158), 2014 г. - С. 70-76
ОПТИМИЗАЦИЯ ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА БПЛА НАД ЛЕСНЫМ МАССИВОМ ПРИ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ РАЗВЕДКЕ ПОЖАРА ИЛИ
ПОИСКЕ ЛЮДЕЙ
Н.С. Шимон, начальник отдела, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
А.В. Королев,
Главное управление МЧС России по Тамбовской области, г. Тамбов
В последние годы беспилотные летательные аппараты (БПЛА) находят все более широкое применение при профилактике и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Одно из наиболее современных и эффективных технических решений, которое предоставляют фирмы-производители БПЛА, - оснащение летательного аппарата тепловизором. Тепловизионное сканирование местности с высоты полета БПЛА позволяет определять зону активного горения при разведке пожаров, что особенно актуально, когда прямая оптическая видимость затруднена сильным задымлением или кронами деревьев в лесных массивах [1]. По этим же причинам тепловизионное сканирование может быть эффективно при поиске пропавших людей в лесных массивах [2].
Одной из проблем организации сплошного сканирования с воздуха (как оптического, так и тепловизионного) является выбор рациональной траектории движения БПЛА в зависимости от конфигурации исследуемого объекта, в частности, лесного массива. Цель данной работы заключается в разработке математических основ построения оптимальной траектории полета БПЛА над лесным массивом произвольной конфигурации. Предварительные оценки показывают, что использование алгоритмов оптимального управления БПЛА позволяет уменьшить время сканирования на 20 ... 30 % по сравнению с «ручным» выбором траектории оператором, а также обеспечить сплошной характер сканирования, в то время как при «ручном» управлении возможен пропуск 5 ... 15 % целевой площади сканирования.
Среди различных типов БПЛА (самолеты, мультикоптеры, вертолеты, автожиры и др.) для сплошного сканирования местности целесообразно использовать БПЛА самолетного типа, обладающие наибольшей скоростью полета (порядка 10.. .100 м/с) и наибольшей длительностью полета (до нескольких
часов). Однако использование БПЛА самолетного типа накладывает ограничения на характер его движения: полет должен производиться с приблизительно постоянной горизонтальной скоростью, а повороты и развороты самолета должны производиться по траекториям большого радиуса. Поэтому при сплошном сканировании местности целесообразно основное время полета двигаться по прямолинейным траекториям, а развороты использовать для перехода между параллельными прямолинейными траекториями движения.
Системы управления современными моделями БПЛА позволяют в режиме реального времени определять координаты самолета по ГЛОНАСС или GPS, и управлять самолетом по радиоканалу в автоматизированном режиме с ноутбука оператора. Поэтому разработанный математический аппарат целесообразно в дальнейшем реализовать в виде компьютерной программы, устанавливаемой на ноутбук оператора и непосредственно управляющей траекторией БПЛА.
а 6
Рис. 1. Лесной массив у населенного пункта Князево Воронежской области: а - спутниковая карта сервиса «Яндекс-Карты», б - представление лесного массива в виде многоугольника как
объекта сплошного тепловизионного сканирования
При постановке задачи на сплошное сканирование оператор по спутниковой (рис. 1, а) или физической карте местности ограничивает область лесного массива (рис. 1, б). Целевая область сканирования представляет собой плоский многоугольник произвольной формы, в общем случае включающий участки существенной вогнутости.
С математической точки зрения траектория полета БПЛА представляет собой последовательность участков Т^ в виде отрезков и дуг окружности, ограниченных точками стыковки Ai и Ai+1 (рис. 2). Задача построения оптимальной траектории заключается в поиске такой комбинации линейных и дуговых участков, которая имела бы наименьшую длину (в приближении о постоянной скорости полета по участкам обоих типов), и при которой полоса сканирования полностью покрывала бы исследуемый многоугольник-лесной массив [3]. Аналитически задачу оптимизации можно записать следующим образом:
Ь^,Т2,...ГМу )=£Ц(Т) ^ шт; Т2,..-ТМу )= 5м
^ Т.
Б
-'М '
где Ь - суммарная длина траектории полета; Ыу - количество элементарных участков траектории; Ы(Т1) - длина элементарного участка траектории; БПМ -площадь покрытия многоугольника полосой сканирования (определяется специально численным методом с предварительной привязкой целевого многоугольника к квадратной сетке); 8М - площадь целевого многоугольника.
Поиск оптимальной комбинации Т1, Т2, ...Т¥У участков траектории производится обратным методом Монте-Карло (случайный выбор количества и параметров участков траектории Т) с использованием алгоритма покоординатного спуска для уточнения параметров участков траектории Т [4]. При количестве начальных вариантов траектории порядка 100, и покоординатном спуске из каждого начального варианта траектории на протяжении 50 шагов с варьированием координат хЛи уЛг точек Л1 на расстояние 1 м машинное время построения оптимальной траектории составляет порядка 30 секунд.
Рис. 2. Траектория полета БПЛА как совокупность элементарных участков траектории
Т = Л1А1+1
<
Таким образом, изложенные математические основы построения оптимальной траектории полета БПЛА позволяют минимизировать время тепловизионного сканирования лесного массива с целью поиска участков активного горения, либо людей, и обеспечить сплошной характер сканирования.
Список использованной литературы
1. Ключка Ю.П. Анализ применения тепловизоров при тушении пожаров [Текст] / Ю.П. Ключка, Х.Ш. Гасанов, Н.В. Крынская // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр., 2014. - Вып. 36. - С. 109-116.
2. Никитин С.К. Тепловизоры, как средство профилактики пожаров [Текст] / С. К. Никитин // Алгоритм безопасности, 2013. - № 5. - С. 60-61.
3. Советов Б.Я. Моделирование систем [Текст]: Учеб. пособие / Б.Я.
Советов, С.А. Яковлев - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.
4. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации: Учеб. пособие для вузов [Текст] / Ю.И. Дегтярев. - М.: Сов. радио, 1980. - 272 с.
ОПТИЧЕСКОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ ДЫМА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КООРДИНАТ ЛЕСНОГО ПОЖАРА С БПЛА
Н.С. Шимон, начальник отдела, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж,
А.О. Яшкин, Л.А. Яшкина,
Главное управление МЧС по Брянской области, г. Брянск
Одной из сфер применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является авиамониторинг лесов и разведка лесных пожаров [1, 2]. Однако разведка обычно ведется визуальным методом: изображение передается на пульт управления или ноутбук оператора БПЛА, и оператор визуально оценивает наличие пожара, его местоположение, характер и интенсивность пожара.
Одной из проблем является точное определение координат лесного пожара, чтобы сопоставить координаты пожара с картой лесных дорог и выбрать кратчайший маршрут движения сил и средств для ликвидации пожара [3, 4]. В лесной местности наблюдатель, находящийся на земной поверхности, практически не имеет возможности точно определить направление на пожар, из-за крон деревьев и перепадов высот рельефа местности (могут составлять десятки метров). В то же время БПЛА или другие авиационные средства позволяют подняться на 100 ... 1000 м и с высоты сделать фотографии местности (рис. 1, а). При таком определении координат зоны активного горения нет препятствий в виде крон деревьев или перепадов высот рельефа местности, а дальность видимости пожара достигает 10 ... 100 км.
