RU2495375C1 - Method for remote inspection of power grid facilities - Google Patents
Method for remote inspection of power grid facilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495375C1 RU2495375C1 RU2012120498/28A RU2012120498A RU2495375C1 RU 2495375 C1 RU2495375 C1 RU 2495375C1 RU 2012120498/28 A RU2012120498/28 A RU 2012120498/28A RU 2012120498 A RU2012120498 A RU 2012120498A RU 2495375 C1 RU2495375 C1 RU 2495375C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- aircraft
- coordinates
- points
- angles
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title claims description 10
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001931 thermography Methods 0.000 claims description 32
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000000528 statistical test Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области применения технологий спутниковой радионавигации для решения задач дистанционной диагностики и определения координат мест локальных повреждений объектов электрических сетей на основе съемки местности при помощи тепловизионных приемников. Изобретение может быть использовано при диагностических работах на электрических сетях без вывода их из эксплуатации.The present invention relates to the field of application of satellite radio navigation technologies for solving problems of remote diagnostics and determining the coordinates of places of local damage to objects of electric networks based on terrain photography using thermal imaging receivers. The invention can be used in diagnostic work on electrical networks without decommissioning.
Известен способ [1], по которому определяют координаты и пространственную ориентацию надводной подвижной станции, выполняют зондирование дна акватории акустическими сигналами и определяют координаты подводных объектов по их изображениям.The known method [1], which determines the coordinates and spatial orientation of the surface mobile station, perform sounding of the bottom of the water area with acoustic signals and determine the coordinates of underwater objects from their images.
Недостатком способа является отсутствие возможности диагностики мест локальных перегревов объектов электрических сетей, кроме того, данный способ предусматривает идентификацию и определение координат одного объекта, в то время как для решения задач автоматизированной диагностики требуется получение изображений объекта диагностики с возможностью определения координат любых точек, для чего на изображении должны быть как минимум три точки с известными координатами.The disadvantage of this method is the inability to diagnose places of local overheating of electrical network objects, in addition, this method provides for the identification and determination of the coordinates of one object, while solving problems of automated diagnostics requires obtaining images of a diagnostic object with the ability to determine the coordinates of any points, for which The image must have at least three points with known coordinates.
Известен способ [2], основанный на аэротермографической съемке проводов воздушных линий (ВЛ) электропередач с борта вертолета и включающий съемку ВЛ с помощью тепловизора, измерение координат вертолета, выявление мест локальных перегревов ВЛ и фиксирование соответствующих координат вертолета в протоколе диагностического полета.The known method [2], based on aerothermographic survey of overhead power lines (VL) of power transmission from a helicopter and including VL survey using a thermal imager, measuring the coordinates of a helicopter, identifying locations of local overheating of VL and fixing the corresponding helicopter coordinates in the diagnostic flight protocol.
Недостатками данного способа являются: низкая оперативность и большая трудоемкость, обусловленные необходимостью участия нескольких специалистов одновременно в не автоматизированном процессе диагностики; низкая точность определения координат мест выявленных аварийных и предаварийных состояний энергетических объектов. Кроме того, данный способ не позволяет формировать и вести единую базу данных, отражающую эволюцию диагностируемого оборудования в разрезе повторных диагностик с точностью, позволяющей идентифицировать каждый объект ВЛ в отдельности.The disadvantages of this method are: low efficiency and high complexity, due to the need for the participation of several specialists simultaneously in a non-automated diagnostic process; low accuracy of determining the coordinates of the locations of the identified emergency and pre-emergency states of energy facilities. In addition, this method does not allow you to create and maintain a single database that reflects the evolution of the diagnosed equipment in the context of repeated diagnostics with an accuracy that allows you to identify each object of the overhead line separately.
Известен способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства [3], взятый в качестве прототипа, по которому с летательного аппарата (ЛА) выполняют съемку линии электропередачи с помощью тепловизора, сопряженного с приемником сигналов спутниковых радионавигационных систем и системой измерения ориентации ЛА, результаты съемки, представленные в виде серии тепловизионных изображений передают, сохраняют и подвергают обработке в программно-аппаратном комплексе.A known method of remote inspection of electric networks using a thermal imaging device [3], taken as a prototype, according to which a power line is taken from an aircraft (LA) using a thermal imager coupled to a signal receiver of satellite radio navigation systems and an aircraft orientation measuring system, the results shooting, presented in the form of a series of thermal images, is transmitted, stored and processed in a hardware-software complex.
Недостатком известного способа является невозможность его использования в реальном времени. Известный способ включает в себя вычислительно емкие процедуры, осуществляемые в постобработке: геометрическое трансформирование и корреляционно-экстремальный анализ тепловизионных изображений, поиск точек с известными с геодезической точностью координатами на тепловизионных изображениях.The disadvantage of this method is the impossibility of its use in real time. The known method includes computationally intensive procedures carried out in post-processing: geometric transformation and correlation-extreme analysis of thermal imaging images, searching for points with coordinates known with geodetic accuracy on thermal imaging images.
В основу изобретения положена задача определения в реальном времени координат тепловизионных изображений диагностируемых объектов электрических сетей в дистанционном режиме, без использования операций: геометрического трансформирования и корреляционно-экстремального анализа тепловизионных изображений, поиска точек с известными с геодезической точностью координатами на тепловизионных изображениях.The basis of the invention is the task of determining in real time the coordinates of thermal images of diagnosed objects of electrical networks in a remote mode, without the use of operations: geometric transformation and correlation-extreme analysis of thermal images, search for points with known geodetic precision coordinates on thermal images.
Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного обследования объектов электрических сетей, по которому с летательного аппарата выполняют съемку электрических сетей с помощью тепловизора, сопряженного с приемником сигналов спутниковых радионавигационных систем и с системой измерения ориентации летательного аппарата, результаты съемки, представленные в виде серии тепловизионных изображений, передают в программно-аппаратный комплекс, согласно изобретению, одновременно с получением тепловизионного изображения выполняют измерение высоты полета летательного аппарата высотомером, рассчитывают точные координаты летательного аппарата в дифференциальном режиме спутниковой радионавигационной системы, рассчитывают направляющие косинусы векторов от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в связанной с летательным аппаратом системе координат на основе значений углов обзора камеры тепловизора, определяют направляющие косинусы этих векторов в топоцентрической системе координат на основе измеренных углов пространственной ориентации летательного аппарата и матрицы поворота, выраженной через углы Эйлера, рассчитывают расстояния от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора на основе информации о высоте расположения диагностируемого объекта над землей, высоте летательного аппарата, измеренной высотомером, и ранее найденных значений направляющих косинусов в связанной с летательным аппаратом системе координат, определяют топоцентрические координаты точек центра и углов тепловизионного изображения на основе рассчитанных направляющих косинусов векторов от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора в топоцентрической системе координат и расстояний от точек тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора и определяют географические координаты центра и углов тепловизионного изображения в соответствии с выражениями:The problem is solved in that in the method of remote inspection of electric network objects, by which the electrical network is taken from the aircraft using a thermal imager coupled with a signal receiver of satellite radio navigation systems and with an aircraft orientation measuring system, the survey results are presented as a series of thermal images are transferred to a software and hardware complex, according to the invention, simultaneously with obtaining a thermal image they measure the flight altitude of the aircraft with an altimeter, calculate the exact coordinates of the aircraft in the differential mode of the satellite radio navigation system, calculate the directional cosines of the vectors from the center points and angles of the thermal imaging image to the center of the camera lens of the thermal imager in the coordinate system associated with the aircraft based on the viewing angles of the thermal imager camera , determine the directional cosines of these vectors in a topocentric coordinate system based on the measured angles the spatial orientation of the aircraft and the rotation matrix, expressed through Euler angles, calculate the distance from the points of the thermal imaging image to the center of the camera lens of the thermal imager based on information about the height of the diagnosed object above the ground, the height of the aircraft, measured by the altimeter, and the previously found values of the directing cosines in the associated with the aircraft coordinate system, determine the topocentric coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image on of the newly calculated guide cosines of vectors from the points of the thermal imaging image to the center of the thermal imager camera lens in a topocentric coordinate system and the distances from the points of the thermal imaging image to the center of the thermal imaging camera lens and determine the geographical coordinates of the center and angles of the thermal imaging image in accordance with the expressions:
Bj, Lj, Hj - широта, долгота и высота j-й точки тепловизионного изображения;B j , L j , H j - latitude, longitude and height of the j-th point of the thermal image;
lat, lon, h - широта, долгота, высота летательного аппарата;lat, lon, h - latitude, longitude, altitude of the aircraft;
Rlat и Rlon - радиусы кривизны меридионального и нормального сечений эллипсоида Земли;Rlat and Rlon are the radii of curvature of the meridional and normal sections of the Earth's ellipsoid;
Заявляемый способ дистанционного обследования объектов электрических сетей поясняется прилагаемыми чертежами, в которых наThe inventive method of remote inspection of electrical networks is illustrated by the attached drawings, in which
фиг.1 изображена структурная схема возможного устройства дистанционного обследования объектов электрических сетей для реализации предложенного способа; на фиг.2 изображена связанная с летательным аппаратом система координат; наfigure 1 shows a structural diagram of a possible device for remote inspection of electrical networks to implement the proposed method; figure 2 shows the coordinate system associated with the aircraft; on
фиг.3 изображена блок-схема алгоритма работы вычислительного блока, реализующего алгоритм дистанционного обследования объектов электрических сетей в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.4 приведена зависимость погрешностей определения координат точки тепловизионного изображения от углов азимута и крена ЛА, полученная в результате статистического моделирования предлагаемого способа.figure 3 shows a block diagram of the algorithm of the computing unit that implements the algorithm for remote inspection of electric networks in accordance with the proposed method; figure 4 shows the dependence of the errors in determining the coordinates of the point of the thermal imaging image from the angles of azimuth and roll of the aircraft, obtained as a result of statistical modeling of the proposed method.
Устройство дистанционного обследования объектов электрических сетей содержит n навигационных спутников 11, …, 1n, контрольно-корректирующую станцию 2 и диагностическую станцию 3. Контрольно-корректирующая станция 2 включает в себя последовательно соединенные первую приемную антенну 41 спутниковых сигналов, первый приемник 51 спутниковых сигналов, вычислитель поправок 6, модулятор 7, передатчик 8 корректирующей информации и передающую антенну 9 корректирующей информации, а также вычислитель 10 эталонных значений радионавигационных параметров, выходом соединенный со вторым входом вычислителя поправок 6. Диагностическая станция 3 содержит последовательно соединенные приемную антенну 11 корректирующей информации, приемник 12 корректирующей информации и демодулятор 13, подключенный к соответствующему входу вычислительного блока 14. Диагностическая станция 3 также включает последовательно соединенные вторую антенну 42 спутниковых сигналов и второй приемник 52 спутниковых сигналов, последовательно соединенные третью антенну 43 спутниковых сигналов и третий приемник 53 спутниковых сигналов, последовательно соединенные четвертую антенну 44 спутниковых сигналов и четвертый приемник 54 спутниковых сигналов. При этом выход каждого из указанных приемников спутниковых сигналов 52, 53 и 54 подключен к соответствующему входу вычислительного блока 14, своим выходом соединенного с одним из входов формирователя 15 синхронизирующих сигналов, второй вход которого подключен ко второму выходу второго приемника 52 спутниковых сигналов, а выход соединен с входом тепловизора 16, выход которого соединен с соответствующим входом вычислительного блока 14. К вычислительному блоку 14 также подключены блок высотомера 17 и блок управления и индикации 18.The device for remote inspection of electric network facilities contains n navigation satellites 1 1 , ..., 1 n , control and correction station 2 and diagnostic station 3. Control and correction station 2 includes a series-connected first receiving antenna 4 1 satellite signals, the first receiver 5 1 satellite signals, corrections calculator 6, modulator 7, correction information transmitter 8 and correction information transmitting antenna 9, and also calculator 10 reference values of radio navigation pairs ters, output coupled to the second input of the calculator amendments 6. Diagnostic station 3 comprises series-connected receiving antenna 11 correction information, correction information receiver 12 and a demodulator 13 connected to the corresponding input calculation unit 14. The diagnostic station 3 also includes a series connected second antenna April 2 satellite signals and the second receiver of satellite signals May 2, series-connected third antenna April 3 satellite signals and the third satellite receiver May 3 postglacial signals serially connected fourth antenna 4 April satellite signals and fourth receiver 4 May satellite signals. At the same time, the output of each of these receivers of satellite signals 5 2 , 5 3 and 5 4 is connected to the corresponding input of the computing unit 14, with its output connected to one of the inputs of the driver 15 of synchronizing signals, the second input of which is connected to the second output of the second receiver 5 2 satellite signals and the output is connected to the input of the thermal imager 16, the output of which is connected to the corresponding input of the computing unit 14. To the computing unit 14 is also connected to the altimeter unit 17 and the control and display unit 18.
Предлагаемый способ дистанционного обследования объектов электрических сетей можно осуществить следующим образом.The proposed method for remote inspection of electrical networks can be implemented as follows.
Наземная контрольно-корректирующая станция 2 первой приемной антенной 41 спутниковых сигналов принимает сигналы навигационных спутников 11, …, 1n и определяет радионавигационные параметры
С выхода вычислителя поправок 6 сигналы, в которых содержится информация о номере спутника, времени приема навигационного сигнала, поправках к радионавигационным параметрам до каждого спутника ΔR1-ΔRn, поступают на модулятор 7. С выхода модулятора 7 сигналы поступают в передатчик 8 корректирующей информации, где преобразуются, усиливаются и излучаются в пространство передающей антенной 9 корректирующей информации.From the output of the corrections calculator 6, the signals containing information about the satellite number, time of reception of the navigation signal, corrections to the radio navigation parameters to each satellite ΔR 1 -ΔR n , are fed to the modulator 7. From the output of the modulator 7, the signals are transmitted to the transmitter 8 of the correction information, where they are converted, amplified and radiated into space by the transmitting antenna 9 corrective information.
Диагностическая станция 3, находящаяся на борту ЛА, приемной антенной 11 корректирующей информации принимает сигналы контрольно-корректирующей станции 2. Эти сигналы поступают на вход приемника 12 корректирующей информации, в котором происходит усиление, преобразование и выделение сигналов контрольно-корректирующей станции 2. С выхода приемника 12 корректирующей информации эти сигналы поступают на вход демодулятора 13, выделяющего из сигналов информацию о номере спутника, времени приема сигнала и поправках радионавигационных параметров ΔR1-ΔRn, сформированных вычислителем поправок 6 контрольно-корректирующей станции 2. С выхода демодулятора 13 эта информация поступает в вычислительный блок 14.Diagnostic station 3, located on board the aircraft, the receiving antenna 11 corrective information receives the signals of the control and correction station 2. These signals are fed to the input of the receiver 12 corrective information, which amplifies, converts and extracts the signals of the control and correction station 2. From the output of the receiver 12 of the correcting information, these signals are input to the demodulator 13, which extracts from the signals information about the satellite number, signal reception time, and corrections of the radio navigation parameters R 1 -ΔR n, the generated correction calculator 6 corrective control station 2. The output of the demodulator 13, this information is supplied to the computing unit 14.
Одновременно сигналы навигационных спутников 11, …, 1n принимаются второй 42, третьей 43 и четвертой 44 приемными антеннами спутниковых сигналов. Второй 52, третий 53 и четвертый 54 приемники спутниковых сигналов производят определение радионавигационных параметров
В результате этой коррекции получают точные значения радионавигационных параметров
Приемные антенны 42, 43 и 44 спутниковых сигналов располагаются на диагностическом ЛА, что позволяет определить угол kr поворота вокруг оси OXb - крен, угол места um поворота вокруг оси OYb - дифферент, угол азимута az поворота вокруг оси OZb - дирекционный угол по разностям радионавигационных параметров
После вычислений точных координат и углов пространственной ориентации ЛА с вычислительного блока 14 выдается управляющий сигнал на формирователь синхронизирующих сигналов 15.After calculating the exact coordinates and angles of spatial orientation of the aircraft from the computing unit 14, a control signal is issued to the driver of the synchronizing signals 15.
Со второго выхода второго приемника 52 спутниковых сигналов на вход формирователя 15 синхронизирующих сигналов поступает опорная частота, например 10 МГц, как предложено в [5], из которой формируются необходимые сигналы с частотами, обеспечивающими синхронизацию работы блока тепловизора 16 с вычислительным блоком 14. Блок тепловизора 16, выход которого связан с соответствующим входом вычислительного блока 14, используется для диагностики объектов электрических сетей.From the second output of the second receiver 5 2 satellite signals, the reference frequency, for example 10 MHz, is supplied to the input of the synchronization signal generator 15, as proposed in [5], from which the necessary signals are generated with frequencies that synchronize the operation of the imager 16 with the computing unit 14. Block a thermal imager 16, the output of which is connected to the corresponding input of the computing unit 14, is used to diagnose objects of electrical networks.
С выхода блока высотомера 17 информация о текущей высоте полета ЛА над землей dh поступает на вход вычислительного блока 14. Затем, исходя из полученных координат приемной антенны 42 спутниковых сигналов, углов азимута, места и крена ЛА, высоты полета ЛА над землей dh с использованием заданных углов обзора камеры тепловизора ax и ay, осуществляется вычисление координат точек центра и углов тепловизионного изображения.From the output of the altimeter block 17, information about the current flight altitude dh of the aircraft above the ground dh is fed to the input of computing unit 14. Then, based on the received coordinates of the receiving antenna 4 2 satellite signals, azimuth angles, location and roll of the aircraft, aircraft altitude dh above the ground using the specified viewing angles of the thermal imager ax and ay, the coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image are calculated.
Для выполнения указанных вычислений может быть использована связанная с ЛА прямоугольная система координат (СК), приведенная на фиг.2. Начало данной СК соответствует центру объектива камеры тепловизора, а ее оси образуют правую систему координат (ось OXb направлена по продольной оси ЛА вперед, ось OYb направлена вправо, ось OZb направлена вертикально вниз).To perform these calculations can be used associated with the aircraft rectangular coordinate system (SC), shown in figure 2. The beginning of this SC corresponds to the center of the camera lens of the thermal imager, and its axes form the right coordinate system (the axis OX b is directed along the longitudinal axis of the aircraft forward, the axis OY b is directed to the right, the axis OZ b is directed vertically downward).
Исходя из этого, центр объектива камеры тепловизора находится в точке O (фиг.2) с координатами (0, 0, 0). Кроме того, в дальнейших расчетах полагается, что поле зрения камеры тепловизора представляет собой прямоугольник, стороны которого параллельны осям OXb и OYb системы координат, связанной с ЛА, а камера тепловизора сориентирована так, что ее оптическая ось совпадает с направлением оси OZb данной СК. В этом случае центр поля зрения камеры тепловизора будет иметь координаты (0, 0, h). Величины приращений координат dx и dy, показанные на фиг.2, принимают следующие значения:Based on this, the center of the camera lens of the thermal imager is at point O (figure 2) with coordinates (0, 0, 0). In addition, in further calculations it is assumed that the field of view of the camera of the thermal imager is a rectangle, the sides of which are parallel to the axes OX b and OY b of the coordinate system associated with the aircraft, and the camera of the thermal imager is oriented so that its optical axis coincides with the direction of the axis OZ b of this SK. In this case, the center of the field of view of the camera of the thermal imager will have coordinates (0, 0, h). The magnitude of the increments of the coordinates dx and dy, shown in figure 2, take the following values:
ax, ay - углы обзора камеры тепловизора в направлении продольной и поперечной осей его объектива, соответственно, в связанной с ЛА системе координат;ax, ay — viewing angles of the camera of the thermal imager in the direction of the longitudinal and transverse axes of its lens, respectively, in the coordinate system associated with the aircraft;
h - высота полета ЛА.h is the flight altitude of the aircraft.
Тогда для пяти векторов от центра объектива камеры тепловизора до точек, принадлежащих центру, левому нижнему, левому верхнему, правому верхнему и правому нижнему углам тепловизионного изображения, соответственно, могут быть найдены значения направляющих косинусов ks0, …, ks4 в СК, связанной с ЛА:Then, for five vectors from the center of the camera lens to the points belonging to the center, lower left, upper left, upper right, and lower right corners of the thermal image, respectively, the values of the direction cosines ks 0 , ..., ks 4 in the SK associated with LA:
dx и dy - приращения (2) координат точек центра и углов тепловизионного изображения в СК, связанной с ЛА.dx and dy are increments (2) of the coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image in the SC associated with the aircraft.
Для дальнейших вычислений может быть использована топоцентрическая СК, представляющая собой трехмерную прямоугольную СК с центром, находящимся в точке расположения центра объектива камеры тепловизора. Оси данной СК направлены следующим образом: ось OXn направлена на Север, ось OYn - на Восток, ось OZn - вниз, к центру масс Земли.For further calculations, a topocentric SC, which is a three-dimensional rectangular SC with a center located at the point where the center of the camera lens of the thermal imager can be located, can be used. The axes of this SC are directed as follows: the axis OX n is directed to the North, the axis OY n is directed to the East, the axis OZ n is directed down to the center of mass of the Earth.
Переход от направляющих косинусов точек центра и углов тепловизионного изображения ks0, …, ks4 (3) в СК, связанной с ЛА, и углов азимута az, места um и крена kr ЛА к направляющим косинусам kn0, …, kn4 в топоцентрической СК осуществим в соответствии с выражениями [4]:The transition from the directional cosines of the center points and the angles of the thermal imaging image ks 0 , ..., ks 4 (3) in the SC associated with the aircraft, and the azimuth angles az, the position um and the roll kr of the aircraft to the directional cosines kn 0 , ..., kn 4 in the topocentric SK is feasible in accordance with the expressions [4]:
С - матрица поворота [4], выраженная через углы Эйлера:C is the rotation matrix [4] expressed in terms of Euler angles:
При выполнении дальнейших расчетов, в целях упрощения, поверхность Земли, находящаяся в поле зрения камеры тепловизора полагается плоской.When performing further calculations, in order to simplify, the Earth’s surface, which is in the field of view of the thermal imager’s camera, is assumed to be flat.
Исходя из этого, расстояния r0, …, r4 от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора как частное высоты dh и z - составляющей каждого из направляющих косинусов определяются как:Based on this, the distances r 0 , ..., r 4 from the center points and the angles of the thermal imaging image to the center of the camera lens of the thermal imager as a quotient of the heights dh and z - component of each of the directing cosines are defined as:
Тогда координаты точек тепловизионного изображения xn0, …, xn4 в плоскости пересечения с Землей в топоцентрической СК представляют собой произведение расстояний r0, …, r4 на соответствующие значения направляющих косинусов:Then the coordinates of the points of the thermal image xn 0 , ..., xn 4 in the plane of intersection with the Earth in a topocentric SC represent the product of the distances r 0 , ..., r 4 by the corresponding values of the direction cosines:
Пересчет полученных топоцентрических координат (7) точек тепловизионного изображения в географические координаты осуществляется на основе соотношений [4]:Recalculation of the obtained topocentric coordinates (7) of the points of the thermal image in the geographical coordinates is carried out on the basis of the relations [4]:
lat, lon, h - широта, долгота, высота ЛА;lat, lon, h - latitude, longitude, aircraft height;
Rlat и Rlon - радиусы кривизны меридионального и нормального сечений эллипсоида Земли.Rlat and Rlon are the radii of curvature of the meridional and normal sections of the Earth's ellipsoid.
Значения Rlat и Rlon определяются как [4]:The values of Rlat and Rlon are defined as [4]:
R0 - экваториальный радиус Земли;R0 is the equatorial radius of the Earth;
e2=2s-s2 - квадрат эксцентриситета эллипсоида Земли;e 2 = 2s-s 2 is the square of the eccentricity of the Earth's ellipsoid;
s - геометрическое сжатие эллипсоида Земли.s is the geometric compression of the Earth's ellipsoid.
Значения координат точек центра и углов тепловизионного изображения, вычисленные в соответствии с (8), а также само тепловизионное изображение, введенное из блока тепловизора 16 поступают в блок управления и индикации 18 для последующего отображения.The values of the coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image, calculated in accordance with (8), as well as the thermal imaging image itself, introduced from the thermal imaging unit 16, enter the control and display unit 18 for subsequent display.
Вычислительный блок 14 выполняет циклическую обработку вводимой информации в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг.3.Computing unit 14 performs cyclic processing of input information in accordance with the flowchart of FIG. 3.
Вычислительный блок 14 можно реализовать на основе современных быстродействующих микропроцессоров семейства Intel по типовой структуре, описанной, например на стр.48 в [6].Computing unit 14 can be implemented on the basis of modern high-speed microprocessors of the Intel family according to the standard structure described, for example, on page 48 in [6].
Техническим результатом заявляемого способа является получение электронных тепловизионных изображений объектов электрических сетей, имеющих координатную привязку. Получение координатно привязанных тепловизионных изображений осуществляется в реальном времени в процессе облета объектов электрических сетей летательными аппаратами. Определение координат мест повреждений осуществляется на основе координат точек тепловизионных изображений с повышенной температурой.The technical result of the proposed method is to obtain electronic thermal imaging images of objects of electrical networks having a coordinate reference. Obtaining coordinate-attached thermal imaging images is carried out in real time during the flight of objects of electric networks by aircraft. The determination of the coordinates of the places of damage is carried out on the basis of the coordinates of the points of thermal images with elevated temperature.
Рассмотрим конкретный пример.Consider a specific example.
Пусть камера тепловизора находится в точке с координатами lat=56°0' Северной широты и lon=92°0' Восточной долготы на высоте h=400 м над заданным эллипсоидом, например, WGS-84. Параметры угловой ориентации ЛА: угол азимута az=-150°; угол места um=-10°; угол крена kr=-15°. Углы обзора камеры тепловизора: ax=29°; ay=22°. Высота ЛА над землей, определяемая при помощи высотомера, составляет dh=100 м.Let the thermal imager camera be at the point with coordinates lat = 56 ° 0 'North latitude and lon = 92 ° 0' East longitude at a height h = 400 m above a given ellipsoid, for example, WGS-84. The parameters of the angular orientation of the aircraft: azimuth angle az = -150 °; elevation angle um = -10 °; roll angle kr = -15 °. Viewing angles of the thermal imager camera: ax = 29 °; ay = 22 °. The height of the aircraft above the ground, determined using an altimeter, is dh = 100 m.
В результате моделирования получены:The simulation resulted in:
1. Значения направляющих косинусов (3) векторов от центра объектива камеры тепловизора до точек центра и углов тепловизионного изображения в связанной с ЛА системе координат, приведенные в таблице 1.1. The values of the directional cosines (3) of the vectors from the center of the camera lens of the thermal imager to the center points and angles of the thermal imaging image in the coordinate system associated with the aircraft are shown in Table 1.
2. Значения направляющих косинусов (4) векторов в топоцентрической СК, приведенные в таблице 2.2. The values of the directing cosines (4) of the vectors in the topocentric SC given in table 2.
3. Значения расстояний (6) от точек центра и углов тепловизионного изображения до центра объектива камеры тепловизора, приведенные в таблице 3.3. The values of the distances (6) from the center points and the angles of the thermal imaging image to the center of the camera lens of the thermal imager are shown in table 3.
4. Значения топоцентрических координат (7) точек центра и углов тепловизионного изображения, приведенные в таблице 4.4. The values of the topocentric coordinates (7) of the center points and the angles of the thermal image shown in table 4.
5. Значения географических координат точек центра и углов тепловизионного изображения (8), приведенные в таблице 5.5. The values of the geographical coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image (8) are given in table 5.
Приведенные результаты расчетов подтверждают возможность определения координат точек центра и углов тепловизионного изображения на основании измеренных значений координат, угловой ориентации и высоты полета ЛА над Землей.The above calculation results confirm the possibility of determining the coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image based on the measured coordinate values, angular orientation and flight altitude of the aircraft above the Earth.
Для оценки погрешностей определения координат точек центра и углов тепловизионного изображения был использован метод статистического моделирования по результатам обработки 200 независимых испытаний для каждой точки.To estimate the errors in determining the coordinates of the center points and the angles of the thermal imaging image, we used the statistical modeling method based on the processing of 200 independent tests for each point.
Кроме того, путем статистического моделирования произведен расчет зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) погрешности определения координат точки правого нижнего угла тепловизионного изображения σr от угла азимута ЛА, для следующих значений угла крена ЛА kr=0°, 30°, в соответствии с выражением:In addition, by statistical modeling, the dependence of the standard deviation (RMS) of the error in determining the coordinates of the point of the lower right corner of the thermal imaging image σr on the azimuth angle of the aircraft was calculated for the following values of the roll angle kr = 0 °, 30 °, in accordance with the expression:
σX, σY, σZ - СКО определения прямоугольных топоцентрических координат точки правого нижнего угла тепловизионного изображения.σ X , σ Y , σ Z - standard deviation for determining the rectangular topocentric coordinates of the point of the lower right corner of the thermal image.
Расчет произведен для следующих исходных данных:The calculation is made for the following source data:
- σdh=10 м - СКО погрешности определения высоты ЛА над землей при помощи высотомера;- σ dh = 10 m - standard deviation of the error in determining the height of the aircraft above the ground using an altimeter;
- σlat=0,032", σlon=0,058" - СКО погрешности определения географических координат ЛА при помощи приемника спутниковых сигналов (указанные значения σlat и σlon соответствуют СКО погрешности σ=1 м определения координат ЛА в горизонтальной плоскости);- σ lat = 0,032 ", σ lon = 0,058" - the standard deviation of the error in determining the geographical coordinates of the aircraft using a satellite signal receiver (the specified values of lat and σ lon correspond to the standard deviation of the error σ = 1 m of determining the coordinates of the aircraft in the horizontal plane);
- σh=10 м - СКО погрешности определения высоты ЛА при помощи приемника спутниковых сигналов;- σ h = 10 m - standard deviation of the error in determining the altitude of the aircraft using a satellite signal receiver;
- σaz=10', σum=20', σkr=20' - среднеквадратические погрешности определения азимута, угла места и крена ЛА;- σ az = 10 ', σ um = 20', σ kr = 20 '- mean square errors in determining the azimuth, elevation and roll of the aircraft;
- z=200 - число статистических испытаний в каждом заданном значении азимута ЛА.- z = 200 - the number of statistical tests in each given value of the azimuth of the aircraft.
Зависимости СКО погрешности определения координат точки правого нижнего угла тепловизионного изображения σr (10) от азимута ЛА в диапазоне 0°-360° для двух значений крена ЛА 0° и 30° приведены на фиг.4. Полученные результаты показывают, что погрешность определения координат данной точки тепловизионного изображения не превышают 15 м.The dependences of the standard deviation of the error in determining the coordinates of the point of the lower right corner of the thermal imaging image σ r (10) from the azimuth of the aircraft in the
Аналогичные результаты получены для остальных точек тепловизионного изображения.Similar results were obtained for the remaining points of the thermal imaging image.
Полученная погрешность определения координат мест локальных повреждений объектов электрических сетей является достаточной для локализации повреждений и осуществления качественной диагностики.The resulting error in determining the coordinates of places of local damage to electrical network facilities is sufficient to localize the damage and carry out high-quality diagnostics.
Таким образом, предлагаемый способ дистанционного обследования объектов электрических сетей, в отличие от известного способа, обеспечивает определение в реальном времени координат тепловизионных изображений диагностируемых объектов электрических сетей в дистанционном режиме.Thus, the proposed method for remote examination of objects of electric networks, in contrast to the known method, provides for the determination in real time of the coordinates of thermal images of diagnosed objects of electric networks in a remote mode.
ЛитератураLiterature
1. Пат. 2381518 Российская Федерация. Устройство для определения координат подводных объектов / Валиханов М.М., Алешечкин A.M., Кокорин В.И. // Опубл. 2010, Бюл. №4.1. Pat. 2381518 Russian Federation. Device for determining the coordinates of underwater objects / Valikhanov M.M., Aleshechkin A.M., Kokorin V.I. // Publ. 2010, Bull. Number 4.
2. РД 153-34.0-20.363-99. Методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ., 2000.2. RD 153-34.0-20.363-99. Methods of infrared diagnostics of electrical equipment and VL., 2000.
3. Пат.2258204 Российская Федерация. Способ дистанционного обследования объектов энергетических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства / Кузнецов А.Е., Калюжный В.И., Ковалев А.О., Ефремов И.Ф., Гектин Ю.М. // Опубл. 10.08.2005, Бюл. №22.3. Pat. 2258204 Russian Federation. A method for remote inspection of energy networks using a thermal video device / Kuznetsov A.E., Kalyuzhny V.I., Kovalev A.O., Efremov I.F., Gektin Yu.M. // Publ. 08/10/2005, Bull. Number 22.
4. Groves, P. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems [Текст] / P.D.Groves. - Boston, London.: Artech House, 2008. - 507 c.4. Groves, P. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems [Text] / P.D. Groves. - Boston, London .: Artech House, 2008 .-- 507 c.
5. Шебшаевич B.C. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич; Под ред. B.C.Шебшаевича. - М.: Радио и связь. 1993.5. Shebshaevich B.C. Network satellite radio navigation systems / B.C. Shebshaevich, P.P. Dmitriev, N.V. Ivantsevich; Ed. B.C. Shebshaevich. - M .: Radio and communication. 1993.
6. Микропроцессоры Intel: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Архитектура, программирование и интерфейсы. Шестое издание: Пер. с англ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005, 1328 с: ил.6. Intel microprocessors: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Architecture, programming and interfaces. Sixth Edition: Per. from English - SPb .: BHV-Petersburg, 2005, 1328 s: ill.
7. Правила устройства электроустановок ПУЭ, 7-е изд. Глава 2.5.7. Rules for the installation of electrical installations PUE, 7th ed. Chapter 2.5.
Claims (1)
где Bj, Lj, Hj - широта, долгота и высота j-й точки тепловизионного изображения;
lat, lon, h - широта, долгота, высота летательного аппарата;
Rlat и Rlon - радиусы кривизны меридионального и нормального сечений эллипсоида Земли;
where B j , L j , H j - latitude, longitude and height of the j-th point of the thermal image;
lat, lon, h - latitude, longitude, altitude of the aircraft;
Rlat and Rlon are the radii of curvature of the meridional and normal sections of the Earth's ellipsoid;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120498/28A RU2495375C1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Method for remote inspection of power grid facilities |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120498/28A RU2495375C1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Method for remote inspection of power grid facilities |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2495375C1 true RU2495375C1 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49303079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012120498/28A RU2495375C1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Method for remote inspection of power grid facilities |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495375C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114564031A (en) * | 2022-01-25 | 2022-05-31 | 西安因诺航空科技有限公司 | Path planning method for realizing fan inspection shooting based on rotor unmanned aerial vehicle |
CN116929308A (en) * | 2023-09-18 | 2023-10-24 | 众芯汉创(江苏)科技有限公司 | Unmanned aerial vehicle around-flight photographing method and system based on arbitrary point position information of tower |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2171499C1 (en) * | 2000-12-14 | 2001-07-27 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Method for building images |
RU2188391C1 (en) * | 2001-04-11 | 2002-08-27 | Открытое акционерное общество "Уральский завод гражданской авиации" | Method of making digital topographic photomaps by means of flying vehicle |
EP1241441A2 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | EMT Ingenieurbüro für Elektro-Mechanische Technologien Dipl.-Ing. Hartmut Euer | Method and apparatus for the recording of aerial images for aerial reconnaissance |
RU2258204C1 (en) * | 2004-02-16 | 2005-08-10 | ЗАО "Центр перспективных наукоемких технологий" | Method of remote inspection of electric circuits by means of thermal-videocamera |
RU2387080C1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" | System of video monitoring and communication |
-
2012
- 2012-05-17 RU RU2012120498/28A patent/RU2495375C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2171499C1 (en) * | 2000-12-14 | 2001-07-27 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Method for building images |
EP1241441A2 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | EMT Ingenieurbüro für Elektro-Mechanische Technologien Dipl.-Ing. Hartmut Euer | Method and apparatus for the recording of aerial images for aerial reconnaissance |
RU2188391C1 (en) * | 2001-04-11 | 2002-08-27 | Открытое акционерное общество "Уральский завод гражданской авиации" | Method of making digital topographic photomaps by means of flying vehicle |
RU2258204C1 (en) * | 2004-02-16 | 2005-08-10 | ЗАО "Центр перспективных наукоемких технологий" | Method of remote inspection of electric circuits by means of thermal-videocamera |
RU2387080C1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" | System of video monitoring and communication |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114564031A (en) * | 2022-01-25 | 2022-05-31 | 西安因诺航空科技有限公司 | Path planning method for realizing fan inspection shooting based on rotor unmanned aerial vehicle |
CN116929308A (en) * | 2023-09-18 | 2023-10-24 | 众芯汉创(江苏)科技有限公司 | Unmanned aerial vehicle around-flight photographing method and system based on arbitrary point position information of tower |
CN116929308B (en) * | 2023-09-18 | 2023-11-28 | 众芯汉创(江苏)科技有限公司 | Unmanned aerial vehicle around-flight photographing method and system based on arbitrary point position information of tower |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110873570B (en) | Method and apparatus for sourcing, generating and updating a map representing a location | |
US20160178754A1 (en) | Portable gnss survey system | |
US10520605B2 (en) | Satellite signal reception characteristic estimation apparatus, method thereof, and program thereof | |
CN106646562A (en) | High-precision three-dimensional real scene indoor and outdoor integrated positioning method and device | |
CN104931022A (en) | Satellite image three-dimensional area network adjustment method based on satellite-borne laser height measurement data | |
CN106990424A (en) | A kind of double antenna GPS surveys attitude positioning method | |
Suzuki et al. | Precise UAV position and attitude estimation by multiple GNSS receivers for 3D mapping | |
TWI528045B (en) | Positioning modules, positioning devices and methods for satellite positioning thereof | |
Xue et al. | Dynamic positioning configuration and its first-order optimization | |
RU2495375C1 (en) | Method for remote inspection of power grid facilities | |
JP6169962B2 (en) | Positioning terminal, mobile phone search system, mobile phone search method, program, and server | |
US10184799B2 (en) | Systems and methods for targeting objects of interest in denied GPS environments | |
RU2610150C1 (en) | Method of determining ground radio-frequency source coordinates when performing on-board radio-direction finding | |
KR100469801B1 (en) | System and Method for Real Time Surveying Ground Control Points of Aerial Photograph | |
CN109085626A (en) | A kind of localization method and device | |
RU2713193C1 (en) | Method for inter-position identification of measurement results and determination of coordinates of aerial targets in a multi-position radar system | |
CN115200573B (en) | Space target measuring equipment positioning method, system and storage medium | |
JP6440777B2 (en) | Positioning terminal, mobile phone search system, mobile phone search method, program, and server | |
Zhang et al. | 3D digital track map-based GNSS NLOS signal analytical identification method | |
RU2583450C1 (en) | Method of locating ground source of radio-frequency of satellite communication system | |
JP6448427B2 (en) | Facility name superimposing device | |
RU2578671C1 (en) | Method of determining angular orientation in global radio navigation systems | |
US11105930B1 (en) | Self contained satellite-navigation-based method and micro system for real-time relative-position determination | |
Abbas et al. | Three-dimensional data quality assessment: Unmanned aerial vehicle photogrammetry and mobile laser scanner | |
Cerreta et al. | Accuracy Assessment of the eBee Using RTK and PPK Corrections Methods as a Function of Distance to a GNSS Base Station |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170518 |