Пристрій визначення положення промірної вертикалі з судна

Пристрій визначення положення промірної вертикалі з судна при реалізації оберненої геодезичної засічки, який містить цифрову камеру, що встановлена на поворотній платформі з гіростабілізатором, електронні блоки обробки, запису та зберігання інформації, блок керування, берегові орієнтирні знаки, який відрізняється тим, що берегові орієнтирні знаки виконані у вигляді контрастних V-подібних фі гур з гострим кутом при вершині, що нанесені на щитах, закріплених на березі, при цьому кутове положення берегових орієнтирів обчислюють по координатах V-подібних зобра 3 34681 Цей пристрій є найбільш близьким аналогом по технічній сутності до запропонованого пристрою та обраний за прототип. Недоліком даного пристрою є недостатня точність вимірювання кутови х інтервалів цифровою камерою, при застосуванні існуючих берегових орієнтирних знаків, яка обмежена розміром пікселя ПЗЗ матриці камери та фокусною відстанню її об’єктива. (ПЗЗ - прилади із зарядовим зв’язком). Завданням корисної моделі є створення пристрою, що забезпечує визначення положення візирної осі цифрової камери при наведенні на візирні цілі з підвищеною точністю, що перевищує можливості пікселя. Поставлена задача вирішується за рахунок створення пристрою визначення положення промірної вертикалі з судна при реалізації оберненої геодезичної засічки, який містить цифрову камеру, що встановлена на поворотній платформі з гіростабілізатором, електронні блоки обробки, запису та зберігання інформації, блок управління, берегові орієнтирні знаки, який відрізняється тим, що берегові орієнтирні знаки виконані у вигляді контрастних V-образних фігур з гострим кутом при вершині, що нанесені на щитах закріплених на березі, при цьому кутове положення берегових орієнтирів обчислюють по координатам Vобразних зображень візирних цілей на мішені фотоприймача цифрової камери за формулою: 1 t +h A= å (aiP + aiЗ - 1) , де 2h t і - номер пікселя в рядку; aiP - номер пікселя перед лінією переднього фронту фігури; aiЗ - номер пікселя перед лінією заднього фронту фігури; h - висота зображення в пікселях; t - номер рядка початку відліку пікселей; при цьому вводять поправку за нахил фігури від площини, утвореною напрямом стовпців мішені фотоприймача і лінії візування на ціль, яка визначається по асиметрії зміни відліків для переднього і заднього фронтів за напрямом стовпців мішені фотоприймача. Технічним результатом є підвищення точності візування цифровою камерою, що допомагає підвищити загальну точність кутови х вимірювань. На Фіг.1 зображена схема запропонованого пристрою: 1. цифрова камера; 4 2. гіростабілізуюча платформа з механізмом обертання камери; 3. блок обробки інформації; 4. блок запису та зберігання інформації; 5. блок управління; 6. ехолот. Усі вищезазначені пристрої і блоки встановлені на борту судна. В роботі пристрою може бути застосована навігаційна система судна (на схемі не показана). На Фіг.2 схематично показано розміщення зображення V-образної візирної цілі на вимірювальній мішені, наприклад, на ПЗЗ-матриці, що є проекцією фігури візирної цілі берегового орієнтирного знаку. Домовимося рахування пікселів виконувати зліва направо (i=l,...k,...n) та зверху вниз (j=l,...t,...m), при цьому: k, t - координати вершини V-образної фігури; h - висота фігури; b - основа (базис) фігури; 1 k - b, t + h - координати точок лівого кінця ба2 зиса; 1 k + b, t + h - координати точок правого кінця 2 базиса; 1 Лінія, що сполучає точки (k,t) і ( k - b, t + h ), є 2 1 переднім фронтом (ПФ) фігури а ( k + b, t + h ) 2 заднім фронтом (ЗФ). Лінія фронту - це контрастна лінія переходу межі фігури (наприклад, на чорному фоні світлий колір фігури). Розпізнавання фігури можна проводити по куту між лініями ПФ і ЗФ, а також по відношенню розмірів h і b. Крім того, поряд з фігурою можна розмістити код візирної мети. Нахил лінії ПФ (ЗФ) буде рівний a b a æ b ö tg = + - ПФ tg = ç (1) ÷ - ЗФ 2 2h 2 è 2h ø Розглянемо варіант чутливості матриці, при якому пікселі ініціюють електричний сигнал у разі засвічування не менше 0,5 площі пікселя. Необb хідно врахува ти відношення = 0,3 і округлення 2h номера пікселя за заданої умови. Якщо вертикальна лінія К на Фіг.2 ділить фігуру навпіл, то: Таблиця 1 № Pj t 0 1b 2 p 4h 3b 2 p 4h Dп Відлік Рі відносно К t+1 t+2 1b 2 p 2h Для h=10 b=6 відносно Округлюючи значення К відносно К 0 0 -0,15p2 0 -0,45p2 -1 5 34681 6 Продовження таблиці 1 5b 2 p 4h 7b 2 p 4h 9b 2 p 4h 11 b 2 p 4 h 13 b 2 p 4 h t+3 t+4 t+5 t+6 t+7 t+l ( 2l - 1) b 2 p 4 h t+h (2h - 1) b 2 p 4 h Dn - приріст сигналу від рядка до наступного рядка. Вправо від лінії К будуть ті ж значення, але із знаком (+). При цьому середнє значення по кожному рядку буде рівним 0, тобто знаходиться на лінії К. Очевидно, що при n=100 втрата одного імпульсу (сигналу від одного пікселя) дає похибку p sp = = ± 0,05 p 20 Розглянемо зміщення зображення візирної цілі на величину Dх: -0,75p2 -1 -1,05p2 -1 -1,35p2 -2 -1,65p2 -2 -1,95p2 -2 t+8®-2,25p2 t+9®-2,55p2 t+10® -2,83p2 -3 -3 - всі значення сигналів по рядкам на лінії ПФ зміняться на величину -Dхр2 (нехтуючи похибкою ( 2l - 1) b 2 другого і вищого порядку), тобто на p 4 h 2 - всі значення ЗФ збільшуються на Dхр , тобто ( 2l - 1) b 2 на + p 4 h Тоді отримаємо: Таблиця 2 при Dх=0,1р NN рядків t t+1 t+2 t+3 t+4 t+5 t+6 t+7 t+8 t+9 t+10 Зміна сигналів на ПФ лінії +0,1р2 -0,05р2 -0,35р2 -0,65р2 -0,95р2 -1,25р2 -1,55р2 -1,85р2 -2,15р2 -2,45р2 -2,75р2 0 0 0 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 -3 при Dх=0,2р Сер. Зміна сигналів на Ср. знач. Зміна сигналів на Зміна сигналів на знач. (ПФ+ЗФ)/ ЗФ лінії ПФ лінії ЗФ лінії (ПФ+ЗФ)/ 2 2 +0,1р2 0 0 +0,2р2 0 +0,2р2 0 0 +0,25р2 0 0 +0,05р2 0 +0,35р2 0 0 +0,55р2 1 +0,5 -0,25р2 0 +0,65р2 1 +0,5 +0,85р2 1 0 -0,55р2 -1 +0,95р2 1 0 2 2 +1,15р 1 0 -0,85р -1 +1,25р2 1 0 +1,45р2 1 0 -1,15р2 -1 +1,55р2 2 +0,5 +1,75р2 2 0 -1,45р2 -1 +1,85р2 2 +0,5 2 2 +2,05р 2 0 -1,75р -2 +2,15р2 2 0 +2,35р2 2 0 -2,05р2 -2 +2,45р2 2 0 +2,65р2 3 +0,5 -2,35р2 -2 +2,75р2 3 +0,5 +2,95р2 3 0 -2,65р2 -3 +3,05р2 3 0 Ср. +0,1 Ср. +0,2 Таким чином, можна реально одержати високу чутливість матриці (не гірше ±0,05р) і точність візування, як мінімум, на порядок вище за точність, відповідну єдиному пікселю для випадку традиційного візування. При дослідженні впливу нахилу зображення візирної цілі відносно осі координат матриці мішені, звернемо увагу, що при паралельності бісект риси зображення візирної цілі і осі однієї з координат матриці (наприклад осі X) відліки по мішені симетричні, а при нахилі зображення має місце асиметрія, величина якої залежить від кута нахилу 2h 2 (буде мати місце зміна величини D = ± p ). Цю 4h залежність використовують для обчислення по 7 34681 правки за нахил зображення і вводять її в результат віз ування. Робота запропонованого пристрою на промірній вертикалі виконується наступним чином: під час руху судна у промірному створі з блоку управління подається команда в блок 2 на механізм обертання камери 1, ехолот 6 та цифрову камеру 1. Одночасно проводиться вимірювання глибини водного об’єкту та електронне сканування берегових орієнтирів. Момент виміру визначається по інформації від навігаційної системи судна, яка потрапляє в блок 3. В пам’яті блоку 3 закладена програма проміру, що передається в блок 5. Отримана інформація подається в блок 3, звідки вона за командою блоку управління 5 передається для наступного запису в блок 4 (гіроплатформа підтримується в робочому стані з моменту ви ходу на перший промірний створ і до кінця вимірювань з останньої промірної вертикалі). В блоці 4 інформація накопичується і використовується для комп’ютерної обробки даних проміру. Наступна обробка включає накопичення в пам’яті комп’ютера даних про всі промірні вертикалі, визначення координат орієнтирів на зображеннях в системі координат кожного знімка, введення поправок за калібрування цифрової камери, зрощення окремих кадрів для даної промірної вертикалі за зображеннями орієнтирів та розрахунку планових координат промірної вертикалі за методиками, наведеними в [1] на ст. 118-120, або в [6] на ст. 78 та в [7] на ст. 272-273. При візуванні цифровою камерою 1 на візирну ціль в площині зображень камери на мішені фотоприймача отримають спроектоване зображення Vобразної візирної цілі та її код. Дані вимірювань (відліки по рядках матриці в точках перетинання рядками ліній переднього і заднього фронтів зображення фігури візирної цілі) потрапляють в блок 3. В блоці 3 виконується обробка інформації, що отримується в процесі вимірювань і обчислюються координати промірних вертикалей. Отриманий результат передають в блок 6 для запису і зберігання інформації. Слід відмітити, що в блоці 3 виконується додавання відліків по передньому і задньому фронтам зображення візирної цілі, і знаходження середнього по кожному рядку. Після цього виконується додавання середніх відліків по рядках і розподіл отриманої суми на кількість рядків, по яким були отримані відліки ліній переднього і заднього фронтів зображення візирної цілі. При цьому обчислюють координату вершини фігури зображення цілі за формулою: 1 t +h A= å (aiP + aiЗ - 1) , де 2h t і - номер пікселя в рядку; 8 aiP - номер пікселя перед лінією переднього фронту фігури; aiЗ - номер пікселя перед лінією заднього фронту фігури; h - висота зображення в пікселях; t - номер рядка початку відліку пікселей; та вводять поправку за нахил фігури від площини, утвореною напрямом стовпців мішені фотоприймача і лінії візування на ціль, яка визначається по асиметрії зміни відліків для переднього і заднього фронтів за напрямом стовпців мішені фотоприймача. По обчислених кутах для кожної пари берегових орієнтирних знаків методом оберненої геодезичної засічки обчислюють координати промірних вертикалей. Таким чином, запропонований пристрій визначення положення промірної вертикалі з судна з використанням візування цифровою камерою на V-образні візирні цілі берегових орієнтирних знаків, дозволяє суттєво підвищити точність візування, за рахунок використання масиву відліків по пікселям і обчислення часток піксельних інтервалів та забезпечує значне підвищення продуктивності робіт та точності визначення координат порівняно з відомими способами. Література 1. Ворковастов К.С, Агеев М.Ф., Маркшейдерские экваториальные работы. –М.: Недра, 1986. 2. Сердюков В.М. Фотограмметрия в промышленном и гражданском строительстве. - М.: Недра, 1977г., 245с. 3. Неумывакин Ю.К. Смирнов А.И. Практикум по геодезии Учебн. пособие для вузов. – М.: Недра 1985г. - 200с. 4. Мозжухин С.В. Гидрографические работы в инженерних изысканиях. - М.: Недра 1971г. - 96с. 5. Суховірський Б.І., Боровий В.О., Качуренко Ю.А. Створення кадастрових карт з використанням технологій GPS та дистанційного зондування. - 36 Інженерна геодезія. - Вип. 46. - 2002р. с.36-49. 6. Сидоренко Ю. Цифровое фото для высших разрешений ГИС - обозрение (осень - зима 1996г.), С.16-17. 7. Никитин М.Ю., Никитин А.В., и др. Оценка динамики береговых зон при аэрофотосъемке цифровыми камерами. Геодезия и картография М.: ЦНИИГАИК, 2001г., №10 с.29-33. 8. Глобальна система визначення місцеположення (GPS). Теорія і практика. Б. ГофманнВелленгоф, Г. Ліхтенггер, Д. Коллінз; пер. з англ. третього вид. під ред. Я.С. Яцківа - Київ: Наук, думка. 1995. - 380с. 9. Боровий В.О., Бурачек В.Г. та ін. Деклараційний патент на винахід №70810 від 15.10.2004р. «Спосіб визначення положення промірної вертикалі з судна». 9 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 34681 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601