Н. А. Назарбаева народу Казахстана
The global aerospace system of remote sensing
жүктеу/скачать 35,33 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Ключевые слова
- Chari Logone
- Where does the water of the lake Chad flow Summary.
- Утепбергенов И.Т., Мусабеков Н.Р.
- РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ПРИБОРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ»
The global aerospace system of remote sensing Summary. The report provides the necessary and sufficient conditions for the creation of the Global aerospace system of remote sensing system (GASS RSS). Video-thermovision images of the earth surface, formed by the optical-electronic equipment of GASS are processed by modern technology algorithms - Mukhamedyarov video-thermovision generalization method (MVTGM). Comparing formed by MVTGM synthesized video-thermovision images of objects on the earth surface with the initial images of these objects in the visible and infrared radiation spectrum we can obtain on the same "analytical level," the relative position of something, which is above (below) the Earth's surface and under water at different depths, or to determine technical state of the object (for example, engineering construction) at different times of day and year in statics and dynamics.
disciplines (geology, geophysics, mechanics, and others.) take qualitatively new information about physical state of the object. The MVTGM technology was tested during work aimed at solving problems of ecology, geo-technical problems of urban management, pipeline systems, seaports infrastructure. Using MVTGM technology in GASS RSS it is possible to track and predict all the natural disasters and geotechnical catastrophes of our home – Earth planet.
УДК 621.384.326 Мухамедяров Р.Д., Бычков К.И. Институт аэрокосмического приборостроения, г. Казань, Россия КУДА УХОДИТ ВОДА ОЗЕРА ЧАД? Аннотация. Использование технологии МВТГМ позволило обнаружить подземное водохранилище являющееся предпольем озера Чад. А также показать, что годовые стоки питающих его подземных Палео-рек играют ключевую роль для накопления вод в озере Чад.
555 К настоящему времени оптико-электронная регистрация и преобразование невидимых тепловых изображений в видимые изображения (тепловидение) доведены до высочайшей степени совершенства. Но для наблюдения объектов внутри непрозрачной геологической среды необходимы специальные подходы, которые реализованы в принципиально новом методе теплового сканирования Земли – методе видеотепловизионной генерализации. Метод видеотепловизионной генерализации Мухамедярова (МВТГМ) основан на прикладных следствиях двух лемм-гипотез, выдвинутых и активно используемых автором с 80-ых годов прошлого столетия - тепловое излучение помнит о своем происхождении; - глубинная структура Земли полупрозрачна в оптическом диапазоне длин волн. Метод позволяет вести поиск аномалий температурного поля Земли с глубиной, то есть определять области аномалий масс-энергетического обмена в различных геолого-геофизических слоях Земли [1-3]. При помощи метода МВТГМ решена одна из главных экологических проблем современной Африки - пересыхание озера Чад.
Пресноводное озеро Сахары - озеро Чад, расположилось на границе четырех государств: Нигера, Чада, Камеруна и Нигерии. Озеро расположено далеко от морского побережья Африки, в одном из самых засушливых мест на земле. Но благодаря своему существованию дает жизнь множеству животных, растений и большому количеству людей живущих по его берегам. Озеро смягчает климат на большой площади, давая возможность местным народам заниматься рыболовством, скотоводством и поддерживать свое существование. Однако ситуацию, которая сложилась с озером Чад, можно назвать экологической катастрофой. За последние десятилетия уровень воды и площадь озера уменьшились в разы, а численность населения проживающего вокруг него утроилась, уровень лова рыбы вырос так же многократно, что уже почти привело к ее полному исчезновению в озере. Катастрофа на озере Чад это не только экологическая, но и гуманитарная катастрофа, учитывая, сколько людей живут в его непосредственной близости и пользуются его благами (рис.1).
Рис. 1. Процессы высыхания озера Чад с 1963 по 2007 года.
Исходя из важности озера и тех проблем, которые стоят перед людьми и экосистемой региона, постоянно на международном уровне проходят встречи, обсуждения конкретных планов по спасению озера. Так, есть предложение перенаправить в озеро потоки воды из других африканских рек. В частности, предлагают использовать часть воды из бассейна реки Конго в провинции Киву, и перенаправить ее через канал длинной в 2400 км. Проект называется "Трансаква" и если он будет реализован, то это станет крупнейшим проектом по перебросу рек в Африке. По мнению сторонников этого проекта, его реализация сможет обеспечить едой от 50 до 100 миллионов людей в регионе озера. Помимо этого осуществление переброски вод через канал позволит так же улучшить транспортную сеть в центре Африканского континента, где транспортная сеть довольно слабо развита. Кроме того на канале планируется сооружение гидростанций, что так же позволит вырабатывать около 35 млрд кВтч / год. Другой проект, который в настоящее время является предметом технико-экономического обоснования, основан на идее питать из реки Убанги на границе Демократической Республики Конго и Центрально Африканской республики реку Шари, главный приток озера Чад. Этот проект потребует рытья канала длиной около 1300 км. Тем не менее, некоторые эксперты пытаются предостеречь от таких решений, которые могут поставить под вопрос очень тонкий баланс гидрологической системы, которая естественно питает озеро на протяжении тысячелетий. Эти исследователи приводят данные, которые доказывают, что уровень озера сильно варьируется в разные исторические эпохи. Так в XV веке даже констатировали
556 исчезновение озера на 20 лет. А в начале XX уровень его был сопоставим с современным. Федеральное Министерство водных ресурсов Нигерии дает следующую оценку поступающих вод в озеро Чад (оценка 2012 года) питающих рек: - Chari Logone - 40,4 кубических километра; - El Beid - 6,6 кубических километра; - Komadugu – Yobe - 0,5 кубического километра; - Yedseram – 0,1 кубического километра.
На научно-техническом совете Министерства водных ресурсов Нигерии, проходившем в 20-ых числах апреля 2012 года статс-секретарем и заместителем министра г-ном Умаром Фархи Хаиджи, Институту аэрокосмического приборостроения (г. Казань) была поставлена задача: найти, куда уходит вода озера Чад и представить конкретные инженерные решения по обеспечению водой северо-восточных штатов Нигерии.
Рис.2 Снимки озера Чад с КА LandSat - 7
ИАКП на основе технологии МВТГМ была проведена научно-исследовательская работа на основе космических съемок и априорных данных, полученных из этого Министерства. Результаты наших исследований были доложены на заседании того же научно-технического совета Министерства водных ресурсов Нигерии в октябре 2012 года. В данном докладе приведены очень фрагментарно результаты наших исследований по проблематике озера Чад и снабжения водой северо-восточных штатов Нигерии, примыкающих к этому озеру. Первый результат касается района расположения реки Комадугу-Йобе, являющейся пограничной рекой между государствами Нигер и Нигерия (рис. 3), которая на поверхности (по технологии МВТГМ являющейся первым слоем) показывает свою маловодность и по данным Министерства имеет годовой сток не более 0,5 куб. км. Однако наши исследования по технологии МВТГМ показали, что эта река имеет русло подземной Палео-реки. начинающейся со штата Кано и доходящей до озера Чад. Объем
557 воды в этой Палео-реке превышает на порядок официальные данные Министерства. Это же характеризует распределение населения в бассейне реки Комадугу-Йобе (рис.3): на стороне государства Нигер (в северной его части) превышающее распределение плотности населения чем в штате Борно государства Нигерия (южная часть) более чем в сорок раз. Население, проживающее в районе северной части реки в пустыне Сахара, пользуются подземными водами Палео-реки Комадугу-Йобе.
Рис.3. Распределение населения в бассейне реки Комадугу-Йобе
На топографических картах Нигерии река Эль-Бейд берет начало в горной местности на севере плоскогорья Адамава, на топографических картах Генерального штаба СССР, выпущенных в шестидесятые годы XX века река Эль-Бейд берет начало в болотистой местности заповедника Wasa Nation Park расположенного в северной части государства Камерун и по длине в два раза короче, чем на картах Нигерии (рис.4).
558
Рис 4. Река Эль-Бейд на топографических картах Нигерии Наши исследования по технологии МВТГМ по алгоритму блоково-разломной структуры показали, что река Эль-Бейд с годовым стоком в 6,6 кубических км берет свое начало в обнаруженном нами гигантском подземном водохранилище, минимальная оценка которого составляет более 40 кубических километров подземных вод, находящиеся на стыке границ между государствами Камерун и Чад и являющемся предпольем озера Чад (рис.5 и рис.6) подпитываемого двумя реками Шари и Лагоне.
Рис.5 Технология МВТГМ по алгоритму блоково-разломной структуры
Начало реки Эль-
559 Наши исследования по технологии МВТГМ впервые показали, что это подземное водохранилище в своей южной части имеет подземный сток в реку Бенуа в виде разломной зоны, что значительно уменьшает сток реки Эль-Бейда в бассейн озера Чад. (рис. 6 и рис.7) Так же наши исследования показали, что река Yedseram текущая в штате Борно имеет годовой подземный сток на порядок больше, чем заявленных Министерством водных ресурсов Нигерии.
Рис.6. Обнаруженное подземное водохранилища.
В сравнении с распространенной сейсморазведкой 2D/3D в геологоразведке технология МВТГМ дает выигрыш во времени от 3 до 10 раз, дешевле от 4 до 20 раз и позволяет обрабатывать огромные площади, что показали наши исследования по проблеме озера Чад. Необходимо по аналогии решить проблему Аральского моря, территориально находящегося в государствах Казахстан и Узбекистан в центральной Азии.
Рис.7 Наложение обработанного изображения на спутниковый снимок в видимом диапазоне с указанием международных границ
560 Желтым цветом обозначены границы государства Камерун Красным - обнаруженное подземное водохранилище Синим контуром обозначена связь обнаруженного водохранилища с бассейном реки Бенуе.
ЛИТЕРАТУРА 1. Мухамедяров Р.Д., Сатпаев А.Г., Абилхасимов К., Дабаев А.И. Космическая геологоразведка: быстрее, точнее, дешевле. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 110- летию известного геолога, лауреата Ленинской премии Г.Ц. Медоева «Проблемы и перспективы развития геологической науки и образования в Казахстане». Алматы, Республика Казахстан, 13-14 октября 2011 г., с. 344-352. 2. Мухамедяров Р.Д. Геотехногенная обстановка г. Казани, представленная в эвклидовом пространстве 4D. Труды 20-ой Международной научно-технической конференции «Современные телевидение и радиоэлектроника», Москва, ФГУП «МКБ Электрон», 20-21 марта 2012 г., с. 346-354. 3. Дабаев А.И., Мухамедяров Р.Д., Сатпаев А.Г. Метод видеотепловизионной генерализации для выявления подземных вод. Международная научно-теоретическая конференция «100 лет со дня рождения выдающегося ученого-гидрогеолога Казахстана, академика Академии наук Казахской ССР, Героя Социалистического Труда У.Ф. Ахмедсафина». Алматы, Республика Казахстан, 14-15 сентября 2012 г.
Muhamedyarov. R.D., Bychkov K.I. Where does the water of the lake Chad flow? Summary. Using the MVTGM technology allowed to find an underground reservoir of water that is adjacent to Lake Chad. And also to show that the annual runoff of Paleo underground rivers feeding it play a key role for the accumulation of water in the Lake Chad. Till today, the opto-electronic registration and conversion of invisible thermal image into a visible image (thermal imaging) have been brought to the highest degree of perfection. But the the observation of objects inside opaque geological environment requires special approaches that are implemented in a radically new method of thermal scan of the Earth - the video-thermovision generalization method . The Mukhamedyarov video-thermovision generalization method (MVTGM) is on the basis of consequences of the application of two lemmas hypotheses nominated and actively used by the author from the 80s of the last century - Thermal radiation remembers its origin; - The deep structure of the Earth is semi-transparent in the optical wavelength range.The method allows you to search anomalies of the temperature field of the Earth with depth, i.e., to determine the area of the anomalies of mass and energy exchange in vrious geological and geophysical layers of the Earth [1-3].
drying up of Lake Chad.
Утепбергенов И.Т., Мусабеков Н.Р. НАО «Алматинский университет энергетики и связи» г. Алматы, Республика Казахстан i.utepbergenov@gmail.com, nazarbek_2008@inbox.ru
Нами разработан лабораторный стенд для дисциплины «Компьютерное управление техническими системами» для студентов специальности «Космическая техника и технологии» на основе виртуального прибора.
перемещение
Сущность инерциальной навигации состоит в определении ускорения объекта и его угловых скоростей с помощью установленных на движущемся объекте приборов и устройств, а по этим данным — местоположения (координат) этого объекта, его курса, скорости, пройденного пути и др., а также в определении параметров, необходимых для стабилизации объекта и автоматического управления его движением. Это осуществляется с помощью [1, 2]: 1. датчиков линейного ускорения (акселерометров);
561 2. гироскопических устройств, воспроизводящих на объекте систему отсчёта (например, с помощью гиростабилизированной платформы) и позволяющих определять углы поворота и наклона объекта, используемые для его стабилизации и управления движением; 3. вычислительных устройств (ЭВМ), которые по ускорениям (путём их интегрирования) находят скорость объекта, его координаты и др. параметры движения. Графический интерфейс лабораторного стенда представляет собой интерфейс виртуального прибора для моделирования и исследования сложных объектов при выполнении лабораторных работ.
Перед обучающимися могут быть поставлены исследовательские задачи различной сложности, требующие для своего решения широкого набора статистических методов. Для имитации экспериментов и снятия характеристик объекта разработан пользовательский интерфейс в инструментальной среде «LabVIEW» [3]. В основном окне этого приложения выбирается тема исследования (нажатием на соответствующую кнопку), дальнейшая работа проходит в режиме диалога с пользователем, в котором моделирующее устройство отражает на определенных формах «реакцию» объекта на действия пользователя. Интерфейс стенда представлен на рисунке 1. Пользователь до проведения экспериментов на стенде (на модели) должен изучить рассматриваемые методы исследования.
Рисунок 1 – Графический интерфейс ВЛР для стенда «Инерциальная навигация». Главное меню Основное меню виртуального стенда состоит из трех лабораторных работ, специально реализованных для исследования систем и решения определенных задач. Тема 1 «Определение угла поворота», в которую входят задачи нахождения положения платформы с датчиками в пространстве, изучения параметров настроек датчиков и численного интегрирования полученных значений сигналов датчиков для определения положения или угла поворота. Тема 2 «Оценка влияния усиления выходных сигналов датчиков», в которой необходимо вращая платформу с датчиками по одной из осей, определить по индикации в программном обеспечении три
562 ближайших друг к другу значения углового положения до усиления и после усиления сигналов датчиков. Занести и сравнить полученные значения в соответствующие таблицы. По результатам сравнения сделать выводы о влиянии усиления выходных сигналов на дискретность измерений и точность показаний датчиков. Тема 3 «Расчет угловых перемещении», где пользователю нужнопроизвести обработку данных в режиме определения угловых перемещений (навигации) по показаниям датчиков угловых скоростей, которые выводятся на экран в числовой и графической форме. Процесс разработки любой сложной программы, в том числе и лабораторного практикума, начинают с уточнения его структуры, то есть определения структурных компонентов и связей между ними. Результат уточнения структуры может быть представлен в виде структурной и/или функциональной схем и описания (спецификаций) компонентов. Структурная схема отражает состав и взаимодействие по управлению частей разрабатываемой программы. Структурные схемы пакетов программ не информативны, поскольку организация программ в пакеты не предусматривает передачи управления между ними. Поэтому структурные схемы разрабатывают для каждой программы пакета, а список программ пакета определяют, Структурными компонентами программного комплекса (ПК) служат программы, библиотеки ресурсов, подсистемы, БД. Структурная схема ПК представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Структурная схема программы
Более полное представление о разрабатываемой программе, с точки зрения взаимодействия его компонентов между собой и с внешней средой, дает функциональная схема, представленная на рисунке 3. В качестве примера рассмотрим процесс выполнения лабораторной работы №2. Вначале на стенде проводятся серии экспериментов по определению угла поворота, по оценке влияния усиления сигналов датчиков, расчету угловых перемещений, анализу динамических характеристик датчика угловой скорости. Результаты эксперимента сведены в таблицу MS Excel для дальнейшего анализа (таблица 1).
Комплекс лабораторных работ для проведения на стенде «Инерциальная навигация»
Л аб ора
торн ая
ра б от а
«Р ас ч ет уг л ов ы х п ере м ещ ен и й »
Л аб ора
торн ая
ра б от а «О п ре д ел ен и е уг л а п ов орот а»
Л аб ора
торн ая
ра б от а «О
ц ен к а ус и л ен и я в л и ян и я си гн ал о в д ат ч и к а»
Лабораторный практикум
Информация о стенде и датчиках
Методические указания
563 Рисунок 3 – Функциональная схема программы
Т а б л и ц а 1 Результаты
Число измерений на графике - 100 t Ch1V (out sensitivity) Ch1V (with sensitivity) Ch2V Ch3V Ch1 Ch2 Ch3 752,32 5,88291
42,52299 0 0 0 0
0 752,33
11,76582 43,9893
0 0 0 0 0 752,34 5,88291 45,45561 0 0
0 0 752,35 11,76582 46,92192 0 0
0 0 752,36 17,64873 48,38823 1,465 1,465
0 0 0 752,37 11,76582 49,85454 0 0 0 0 0 752,38 17,64873 51,32085 1,465
1,465 0 0 0 752,39
23,53164 52,78716 0 0
0 0 752,4 29,41455 51,32085 0 0
0 0 752,41 35,29746 52,78716 0 0
0 0 752,42 29,41455 54,25347 0 0
0 0 752,43 29,41455 55,71978 0 0
0 0 752,44 35,29746 54,25347 1,465 1,465
0 0 0 Ch1V, Ch2V, Ch3V – соответствующие каналы измерения прибора для вычисления угловых скоростей и перемещения К ом п л ек с л аб ора торн
ы х ра б от д л я п ро в ед ен и я н а ст ен д е «И н ерц и ал ь н ая
н ав и га ц и я»
Установка начального положения платформы Настройка параметров датчика Регистрация аналогового выходного сигнала датчиков
Лабораторная работа «Определение угла поворота»
Лабораторная работа «Оценка усиления влияния сигналов датчика»
Лабораторная работа «Расчет угловых перемещений»
Настройка параметров датчика Регистрация аналогового выходного сигнала датчиков до/после усиления и фильтрации Установка начального положения платформы Настройка параметров датчика Регистрация аналогового выходного сигнала датчиков Численное интегрирование Определение положения Определение угловой скорости до/после усиления сигналов Численное интегрирование Определение углового перемещения
564 Далее строятся тренды зависимостей параметров датчиков и модель определения ошибки отработки выходного сигнала датчика, с помощью которых построен переходный процесс. Построенный график зависимостей параметров, представлен на рисунке 4. Из полученного графика, например, можно сделать вывод о том, что разница между значениями угловых скоростей показывает минимально возможное изменение углового положения, которое данная схема может зарегистрировать.
Рисунок 4 – Зависимость параметров датчика угловой скорости
ЛИТЕРАТУРА 1. Бромберг П. В. Теория инерциальных систем навигации // Главная редакция физико-математической литературы: Наука. – Москва, 2001. – 296 с. 2. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация // Машиностроение. – Москва, 2003. – 216 с. 3. Джеффри Тревис. LabVIEW для всех //ДМК Пресс. – Москва, 2005.
Утепбергенов И.Т., Мусабеков Н.Р. жүктеу/скачать 35,33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|