Оптико-электронные приборы для экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф

• Автор: Широбоков, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Глава 1 Исследование принципов построения и разработка многоспектрального тепловизора.
1.1. Методы и аппаратура для дистанционного зондирования.
1.1.1. Методы дистанционного зондирования.
1.1.2. Аппаратура для дистанционного зондирования.
1.2. Выбор основных спектральных диапазонов для многоспектрального тепловизора.
1.2.1. Спектральные коэффициенты отражения природных образований
1.2.2. Основные спектральные диапазоны для многоспектрального тепловизора
1.3. Необходимость одновременной регистрации информации в многоспектральном тепловизоре
1.4. Разработка оптической сканирующей системы базовой модели тепловизора
1.5. Разработка многоспектрального тепловизора "Терма-2"
1.5.1. Проведение энергетических расчетов и выбор основных оптических характеристик тепловизора "Терма-2"
1.5.2. Технические характеристики тепловизора "Терма-2"
Выводы по первой главе
Глава
Применение многоспектрального тепловизора "Терма-2" для контроля нефтепродуктопроводов с воздушных носителей с целью предотвращения экологических катастроф.
2.1. Дистанционный тепловизионный контроль магистральных трубопроводов на предмет подземных утечек нефтепродуктов.
2.2. Дистанционный тепловизионный контроль магистральных трубопроводов на предмет несанкционированных врезок.
2.3. Подготовка тепловизора "Терма-2" к натурным испытаниям
2.3.1. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором "Терма-2".
2.3.2. Измерение температурных контрастов в зоне залегания магистральных трубопроводов.
2.4. Оценка потенциальных возможностей тепловизора "Терма-2" применительно к поставленной задаче диагностики магистральных трубопроводов.
2.5. Натурные испытания тепловизора "Терма-2"с целью диагностики магистральных трубопроводов.
2.5.1. Размещение тепловизора "Терма-2" на воздушных носителях.
2.5.2. Полигонные испытания тепловизора "Терма-2".
2.5.3. Натурные исследования с тепловизором "Терма-2".
2.6. Основные технические характеристики специализированного тепловизора для выявления несанкционированных врезок
в магистральные трубопроводы с борта воздушного носителя. Выводы по второй главе Глава
Инфракрасное сканирующее устройство для эффективного тушения лесных пожаров с воздушных носителей - танкеров.
Научно-технический прогресс и быстрый рост производственных мощностей во всем мире привели к резкому увеличению антропогенной нагрузки на природную среду. В основе развития экологического кризиса лежит тот факт, что экономическое развитие общества пришло в явное противоречие с ограниченными ресурсами, воспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Все виды природопользования - промышленное, сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное и другие сопровождаются не только получением желаемых результатов, но и нежелательными различными экологическими и социальными последствиями. В результате наблюдается истощение ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря различных видов растений и животных, техногенное нарушение биохимических круговоротов веществ, загрязнение всех составляющих природной среды, упрощение и деградация экосистем. [45]
Поэтому среди задач экологического мониторинга и рационального использования ресурсов Земли вопросы, связанные с контролем за состоянием природной среды и вопросы, связанные с ее охраной от возможных экологических катастроф, имеют первостепенное значение.
При этом представляется целесообразным определение основных источников экологических катастроф, которые могут быть предотвращены с помощью приборов, работающих в ИК - диапазоне спектра, причем наиболее оперативно и эффективно. [47] Действительно, с точки зрения расстановки приоритетов, контроль с воздушных носителей за заболеваниями лесов (поражение вредителями - насекомыми) не может быть сопоставим с выявлением несанкционированных врезок в нефтепроводы, [53,48] которые могут приводить к экологическим катастрофам регионального масштаба. С другой стороны, использование того же тепловизора для контроля экологии лесов для обнаружения сквозь дым очагов возгорания в лесу и применение ИК систем для точного попадания пожаротушащей жидкости из самолетов (вертолетов) - танкеров на зарождающийся очаг лесного пожара является одной из самых актуальных задач предотвращения экологических катастроф такого же регионального масштаба. [52]
Поэтому, безусловно, те ИК - приборы, о которых пойдет речь ниже, предназначены для решения, в первую очередь, оперативных задач, что не исключает возможность их использования в народном хозяйстве для других целей. [51]
Автор диссертации отдает себе отчет, что в рамках данной работы невозможно охватить все оптико-электронные приборы, предназначенные для решения указанных выше задач. Поэтому в работе будет рассмотрено несколько направлений, которыми автор занимался в течение последних 10 лет, а именно: разработкой многоспектрального самолетного тепловизора для экологического мониторинга и созданием новых технологий экологического мониторинга с использованием этого тепловизора, а также разработкой инфракрасной аппаратуры для эффективного тушения лесных пожаров с воздушных носителей-танкеров и разработкой методики применения таких приборов.
Широкие возможности для экологического контроля окружающей среды открывают тепловизионные системы наблюдения, базирующиеся на воздушных носителях как на самолетах, так и на вертолетах. Общеизвестно, что тепловизионные методы наблюдения обладают высокой точностью и чувствительностью, имеют широкий динамический диапазон, работают в реальном времени и
2.3. Подготовка тепловизора "Терма-2" к натурным испытаниям.
Подготовка самолетного сканирующего тепловизора "Терма-2" к диагностике магистральных трубопроводов с воздушных носителей заключалась в доработке компьютерной программы "Terma-View" и проведении наземных измерений температур почвы в местах предполагаемой работы.
2.3.1. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором "Терма-2".
Большим скачком в записи тепловизионных изображений являлся переход от традиционной записи на фотопленку в блоке фоторегистрации к записи на жесткий носитель информации, что позволяет не только записывать информацию, но и визуализировать ее в реальном масштабе времени, а также обрабатывать.
Задачей совместной обработки изображений, получаемых в различных спектральных диапазонах, является повышение контраста исследуемых объектов с целью их выявления и более надежного дешифрирования. С этой целью было разработано, а позднее доработано программное обеспечение "Terma-View", содержащее две основные программы:
- программа мониторинга и записи изображений во время полета (rw_show.exe);
- программа просмотра и обработки изображений на персональном компьютере (TermaView.exe).
Программа rw_show.exe
Назначение
Программа rw_show.exe предназначена для вывода изображения, поступающего от тепловизора, а также навигационной информации, принимаемой от GPS, на экран, и одновременной записи всех данных на диск (винчестер).
Программа rw_show.exe выполняется процессором микроЭВМ РС-104, входящей в состав блока цифровой обработки аналоговых сигналов (БЦО) на борту летательного аппарата. Первичная обработка сигналов в БЦО реализована на процессоре TMS. Далее видеоинформация записывается в буферное двухпортовое ОЗУ, из которого она считывается и подвергается дальнейшей обработке программой rw_show.exe. На экран, подключенный к видеокарте РС-104, информация выводится построчно в режиме реального времени, поэтому в результате оператор наблюдает бегущую картинку.
Кроме того, программа принимает сигналы от спутниковой навигационной системы, и, в частности, метки текущего времени, а также записывает эту информацию на винчестер. На борту устанавливаются два или три БЦО в зависимости от количества приемников оптического блока для каждого спектрального диапазона. Эти БЦО, каждый со своим винчестером, образуют параллельно работающие независимые каналы.
Реализация
Программа написана на языке С+ и откомпилирована в среде Watcom С/С+10.0а, на платформе DOS/4GW. Для обеспечения записи требуемого объема информации на винчестер в реальном времени в программе