Онлайн поддержка
Все операторы заняты. Пожалуйста, оставьте свои контакты и ваш вопрос, мы с вами свяжемся!
ВАШЕ ИМЯ
ВАШ EMAIL
СООБЩЕНИЕ
* Пожалуйста, указывайте в сообщении номер вашего заказа (если есть)

Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО

Разработка системы мониторинга аварийных разливов нефтепродуктов, пожаров с применением мультиспектральных систем

марина_прокофьева 1575 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 63 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 30.09.2022
Целью выполнения дипломной работы является исследование и разработка мультиспектрального (МС) комплексирования изображений для обнаружения и мониторинга пожаров на базе беспилотного летательного аппарата, позволяющей осуществлять мониторинг в реальном времени и высокой вероятностью производить обнаружение очагов пожаров. Задачи поставленные в работе: - произвести анализ и классификацию современных оптических и оптико-электронных систем обнаружения лесных пожаров, выполнить критический анализ условий их использования и определение направления исследований; - исследовать принципы и особенности построения МС комплексирования цифровых изображений, провести анализ процессов обработки разноспектральных изображений для выполнения пространственных и яркостных преобразований при их комплексировании; - разработать методики оценки качества комплексированного изображения; - разработать и исследовать компьютерную модель формирования изображения лесного пожара как источника оптического излучения; - провести экспериментальные исследования методов комплексирования разноспектральных изображений на компьютерных и физических моделях; - разработать обобщенные структуры построения МС комплексирования изображений для более эффективного обнаружения лесных пожаров на базе беспилотного летательного аппарата.
Введение

Под пожарами понимается стихийное, неуправляемое распространение огня по лесным площадям. Отличие природных пожаров от других чрезвычайных катастроф природного характера заключается в их регулярности и большой территории распространения. Лесные пожары могут наблюдаться почти в любое время года. Основными причинами их возникновения является деятельность человека, грозовые разряды, самовозгорания торфяной крошки и сельскохозяйственные палы в условиях жаркой погоды или в, так называемый, пожароопасный сезон (период с момента таяния снегового покрова в лесу до появления полного зеленого покрова или наступления устойчивой дождливой осенней погоды). В результате пожаров нарушается жизнедеятельность лесной флоры и фауны, их продуктивность. Ежегодно данное явление наносит экологический и экономический ущерб, а так же уносит человеческие жизни во многих государствах по всему миру. Для России эта тема особенно актуальна в связи с широкой распространенностью лесных угодий и их хозяйственной значимостью [1,2]. Последствия катастрофических лесных пожаров сказываются на протяжении длительного времени и часто приводят к необратимым последствиям. Одним из наиболее суровых пожарных сезонов в России был 1915 г., когда в Сибири полностью погибло около 14 млн. га продуктивных лесов на общей территории 160 млн. га, а общая территория, покрытая дымом, составила 600 млн. га [3,4]. В последние годы на территории России также были отмечены сложные пожарные ситуации, связанные с аномальной жарой и отсутствием осадков. Следствием этого в 2010 году стали лесные и торфяные пожары в средней полосе страны, в Поволжье, на Дальнем Востоке и в других регионах. Среди наиболее пострадавших регионов: – Нижегородская, Московская, Рязанская и Воронежская области; огонь подступил к пригородам многих крупных российских городов. Погибли более 60 человек, уничтожено свыше 1500 домов. Площадь пожаров составила более чем 500 тысяч га. Лесными пожарами были полностью или частично уничтожены сотни населённых пунктов [5,6]. В 2013 году на территориях Приволжского, Уральского и Сибирского федеральных округах было зафиксировано более 10 тысяч очагов лесного пожара [7]. В 2014 году чрезвычайная пожарная ситуация отмечалась в Дальневосточном, Сибирском и Центральном федеральных округах [8]. Специалистами по экологическому мониторингу на основе информации о глобальном изменении климата, связываемые с повышением концентрации в атмосфере парниковых газов, прогнозируется дальнейшее увеличение числа лесных пожаров и охватываемых ими площадей. Все это приводит к необходимости постоянного мониторинга и контроля за состоянием лесного массива, особенно во время повышенной пожароопасности. До недавнего времени такой контроль осуществлялся визуально воздушными и наземными патрулями. Но их эффективность из-за малой площади охвата низка. В связи с этим возрастает роль применения оптико-электронных систем мониторинга, контроля и обнаружения лесных пожаров, которые бы позволили пожарным службам принять своевременные меры по предупреждению катастрофы и взять развитие ситуации под свой контроль. Большинство современных оптико-электронных систем, решающих задачу обнаружения и мониторингу лесных пожаров, построены на базе телевизионных камер, работающих в видимом спектральном диапазоне. Такой подход позволяет осуществлять обнаружение пожаров лишь по вторичным признакам (задымление), что значительно снижает эффективность системы. В последние десятилетия произошел значительный рост производительности вычислительных средств, на базе которых в настоящее время появилась возможность строить решения по реализации оптико-электронных систем обнаружения лесных пожаров, с параллельной обработкой изображений, полученных в нескольких спектральных диапазонах. При этом применение метода комплексирования разноспектральных изображений позволяет значительно упростить процесс восприятия и анализа получаемого изображения и увеличить вероятность обнаружения очагов пожара. Также в последнее время повышенный интерес в решении задач мониторинга получили беспилотные летательные аппараты (БЛА), которые за счет простоты в конструкции и легкости в эксплуатации находят широкое применение в различных областях человеческой деятельности. В частности, применение БЛА при решении задач обнаружения лесных пожаров позволит существенно повысить оперативность нахождения очагов пожаров на ранней стадии возгорания. Указанные обстоятельства определяют актуальность и важность темы работы, посвященной исследованию многоспектральной оптико-электронных систем комплексирования изображений для обнаружения и мониторинга пожаров и розлива нефтепродуктов, особенностей их построения на базе беспилотного летательного аппарата и методов обработки разноспектральных изображений.
Содержание

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7 ВВЕДЕНИЕ 9 1 Анализ и классификация современных оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров 12 1.1 Виды, структура и оптические свойства лесного пожары 12 1.2 Классификация оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров 19 1.3 Оптические и оптико-электронные системы видимого диапазона 21 излучения 21 1.3.1 Визуальный мониторинг 21 1.3.2 Телевизионный мониторинг 22 1.4 Оптико-электронные системы ближнего и дальнего инфракрасного диапазона излучения 24 1.5 Лидарные оптико-электронные системы 27 1.6 Мультиспектральная камера Sequoia 28 1.7 Обзор и классификация носителей средства обнаружения и мониторинга 30 1.7.1 Наземное наблюдение 30 1.7.2 Спутниковое наблюдение 32 1.7.3 Авиационное наблюдение 33 1.8 Выводы по главе 36 2 Теоретические исследования принципов и особенностей построения МОЭС комплексирования изображений 39 2.1 Оптические схемы построения МОЭС комплексирования изображений 39 2.2 Оптические схемы построения МС комплексирования изображений 43 3 Экспериментальное исследование методов пространственного преобразования и преобразования яркости цифровых изображений при реализации комплексирования 48 3.1 Компьютерная модель синтезирования цифровых изображений обобщенной ОЭС 48 3.1 Исследование методов преобразования яркости 50 3.2.1 Методика проведения исследований методов преобразования яркости 50 3.2.2 Сравнительный анализ методов преобразования яркости комплексированного изображения 53 3.3 Особенности проектирования МС комплексирования изображений для обнаружения пожаров и розливов 60 3.3.1 Принцип работы МОЭС в составе программно-аппаратного комплекса обнаружения пожаров 61 3.4 Структурная схема построения МОЭС мониторинга и обнаружения пожаров 65 3.4 Спектральный анализ 68 3.5 Оптический канал видимого спектрального диапазона 75 3.6 Оптический канал инфракрасного спектрального диапазона 78 3.7 Программно-аппаратная реализация модуля обработки и передачи информации 80 3.10 Алгоритм работы систем технического зрения 85 3.10.1 Поиск карты глубины на изображении 85 3.10.2 Сканирующий подход 87 3.10.3 Проецирующий подход 89 3.10.4 Построение частичной карты глубины 90 3.11 Алгоритм работы СТЗ 91 3.12 Практическая реализация 93 3.12.1 Описание архитектуры системы 93 3.12.2 Выбор оборудования для прототипа 96 3.13 Выводы
Список литературы

Отрывок из работы

1 Анализ и классификация современных оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров Целью анализа является рассмотрение и классификация современных оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров по принципу действия, способам построения и особенностям реализации. Результатом анализа должна стать: ? обобщенная классификация оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров; ? критический анализ оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров. Выводы, сформулированные в данной главе, определяют дальнейшие цели и задачи работы. 1.1 Виды, структура и оптические свойства лесного пожары Согласно ГОСТ 17.6.1.01-83 «Охрана природы. Охрана и защита лесов. Термины и определения», лесным пожаром называется пожар, распространяющийся по лесной площади [9]. При этом лесные пожары в зависимости от характера возгорания и состава лесного массива классифицируют по 3 видам [9,10]: ? Верховой пожар – лесной пожар, охватывающий полог леса. Распространяется по кронам деревьев, при этом чаще всего горит весь древостой. Возникновение и развитие верховых пожаров в основном происходит от низовых в древостоях с низко опущенными кронами, в разновозрастных хвойных, в многоярусных и с обильным подростом насаждениях, а также в горных лесах. Возникновению верховых пожаров в значительной степени способствуют засухи и сильные ветры. Верховые пожары, выделяя большое количество теплоты, вызывают восходящие потоки продуктов горения и нагретого воздуха и образуют конвективные колонки диаметром в несколько сотен метров. Их поступательное движение совпадает с направлением продвижения фронта пожара. Пламя в середине колонки может подниматься на высоту до 100-120 метров. Конвективная колонка увеличивает приток воздуха в зону пожара и порождает ветер, который усиливает горение. Форма площади при беглом верховом пожаре вытянутая по направлению ветра. Дым верхового пожара темный. ? Низовой пожар – лесной пожар, распространяющийся по нижним ярусам лесной растительности, лесной подстилке. Горит лесной опад, состоящий из мелких ветвей, коры, хвои, листьев: лесная подстилка, сухая трава и травянистая растительность: живой напочвенный покров из трав, мхов, мелкий подрост и кора в нижней части древесных стволов. Цвет дыма – светло-серый, скорость распространения низовых пожаров против ветра в 6-10 раз меньше, чем по ветру. В ночное время суток скорость распространения пожара меньше, чем днём. По скорости распространения огня и характеру горения низовые пожары бывают беглые и устойчивые. Низовые пожары развиваются в середине лета, когда подстилка просыхает по всей толщине залегания. Для низового пожара характерна вытянутая форма пожара с неровной кромкой. ? Торфяной (подземный) лесной пожар – лесной пожар, при котором горит торфяной слой заболоченных и болотных почв. Развивается в результате "заглубления" огня низового пожара в нижние слои подстилки и торфяной слой почвы. При торфяном пожаре сгорают корни, деревья вываливаются и падают, как правило, вершинами к центру пожара. Глубина прогорания торфяной залежи определяется уровнем залегания грунтовых вод. Горение обычно происходит в режиме "тления", то есть в беспламенной фазе как за счет кислорода, поступающего вместе с воздухом, так и за счет его выделения при термическом разложении сгораемого материала [11]. Их отличительной чертой является сильное задымление и длительность горения, которые может продолжаться месяцы и годы. Лесной пожар представляет собой сложный объект, в составе которого можно выделить следующие основные элементы (рисунок 1.1) [9]: ? Контур лесного пожара – внешняя граница лесной площади, пройденная огнем. ? Фронт лесного пожара – часть кромки лесного пожара, окаймляющая контур лесного пожара и непосредственно примыкающая к участкам, не пройденным огнем. ? Тыл лесного пожара – часть кромки пожара, наиболее медленно распространяющаяся в сторону, противоположную движению фронта лесного пожара. ? Фланги пожара – продвигающаяся перпендикулярно ветру огневая кромка. Контур лесного пожара постоянно меняется в течение развития возгорания. Она зависит от многих факторов – силы и направления ветра, рельефно-ландшафтного состава лесного массива, времени прошедшего с момента возгорания и т.д. В начальной стадии развития, особенно в безветренную погоду при однородных и равномерно распределенных по площади горючих материалах, лесной пожар приобретает округлую форму, огонь распространяется равномерно во всех направлениях. При этом практически невозможно определить, где фронт, тыл или фланги пожара. По мере увеличения площади, количества выделяемой тепловой энергии и скорости ветра возрастает скорость горения фронтальной кромки и замедляется распространение противоположной тыловой кромки, которое происходит против ветра. Процесс горения лесного массива сопровождается обильным выбросом в атмосферу загрязняющих веществ. Физико-химический состав выбросов лесного пожара в атмосферу зависит в первую очередь от его вида и составляющих лесогорючего материала. В выбросах преобладают следующие компоненты: оксид углерода (СО), углекислый газ (СО2), оксид азота (NO2), сажа (элементарный углерод), метан (CH4), озон (О3), другие углеводороды и органические вещества процесса термического разложения растительной биомассы. В зависимости от вида пожара, стадии развития и погодных условий (наиболее существенным являются ветер, температура и влажность воздуха) для лесного пожара различается радиояркостная температура излучения в процессе горения. Основные характеристики лесных пожаров в зависимости от его вида и интенсивности приведены в таблице 1.1. При этом лесной пожар в любой стадии сопровождается процессом возникновения электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, длина волны которого лежит в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области. Излучение очага пожара в зависимости от температуры горения и вида химической реакции имеет различный спектральный состав. Спектр излучения пламени достаточно сложный, однако для каждого конкретного состава горючих веществ характерен определенный вид спектра. В лесном пожаре можно выделить, по крайней мере, четыре изучающих компонента, имеющих различный характер излучения: раскаленную твердую поверхность горящей древесины, угли, пламя и дым. Все они вносят свой вклад в суммарный спектральный состав изучения лесного пожара, но вклад каждого компонента различен. ? Раскаленная поверхность горящей древесины и угли, имеющие различную температуру – это источники с непрерывным распределением энергии излучения по спектру. ? Пламя лесного пожара весьма сложный источник излучения, имеющий полосовую структуру распределения энергии по длинам волн. Излучаемая пламенем энергия приходится главным образом на длины волн, соответствующие полосам поглощения веществ, содержащихся в пламени. Продукты, выделяемые при сгорании древесины (в основном это водяные пары и углекислый газ), имеют в ближней инфракрасной зоне спектра несколько характерных полос поглощения с центрами на длинах волн порядка: 1,3; 1,87; 2,7; 3,6; 6,3 мкм для воды, и 2,7 и 4,3 мкм для углекислого газа. Интенсивность каждой спектральной полосы меняется в зависимости от температуры пламени. Кроме того, внутри пламени имеются несгоревшие частицы, дающие в дополнение к полосовой структуре непрерывную составляющую излучения как в видимой, так и в инфракрасных (ИК) зонах спектра. Суммарный полосовой состав излучения пламени весьма сложен и непрерывно изменяется во времени, поскольку из-за турбулентности среды в зоне горения наблюдаются различные его участки. ? Дым (совокупность остывающих твердых мелких частиц, взвешенных в нагретом воздухе), также проявляется в виде излучения с непрерывным спектром. Температура дыма значительно ниже температуры пламени, поэтому собственное излучение этого компонента расположена только в инфракрасной части спектра. Дымы рассеивают и поглощают более коротковолновое излучение пламени, углей и горящей древесины. Из-за присутствия дыма интенсивность излучения и спектральный состав излучения лесного пожара являются сложными функциями, изменяющимися во времени и зависящими от многих факторов [12]. На рисунке 1.2 представлены графики относительной спектральной характеристики основных излучающих компонент лесных пожаров, а также излучения подстилающей поверхности земли, полученные на основе расчета по формуле Планка для значений из таблицы 1.1. Из него видно, что спектр излучения лесного пожара занимает широкий диапазон от видимой до средневолновой инфракрасной области с максимумом на участке 3-5 мкм. Возникновение лесного пожара возможно только при сочетании трех условий: наличие растительного горючего материала, подходящих погодных условий (представляет собой комплекс метеорологических факторов, которые определяют способность горючего материала к возгоранию) и источника огня. При отсутствии одного из условий возникновение лесного пожара невозможно [13]. Основными причинами возникновения лесного пожаров является деятельность человека, грозовые разряды, самовозгорания торфяной крошки и сельскохозяйственные палы в условиях жаркой погоды или в, так называемый, пожароопасный сезон. Стоит отметить, что по вине человека возникает 85-95% случаев возгораний [14]. Дальнейшее распространение лесного пожара связано в первую очередь с организационными причинами [15]: ? несвоевременное обнаружение лесных пожаров (20 % пожаров обнаруживают в конце дня или на следующий день); ? несвоевременное начало тушения (к тушению 15 % пожаров приступают в конце дня или на следующий день); ? недостаточное количество сил и средств, направляемых на тушение; ? непрофессиональное руководство организацией тушения. Таким образом, встает очень важная задача по обеспечению своевременного обнаружения и мониторинга возникающих лесных пожаров и их ликвидацию в начальной стадии развития. При этом, под мониторингом лесных пожаров понимается система наблюдений и контроля за пожарной опасностью в лесу по условиям погоды, состоянием лесных горючих материалов, источниками огня и лесными пожарами с целью своевременной разработки и проведения мероприятий по предупреждению лесных пожаров и (или) снижению ущерба от них. Обнаружение лесного пожара включает установление факта и места возникновения лесного пожара [16]. Выполнение этих задач требует от территориальных и федеральных органов управления лесным хозяйством создания и организации работы специализированных наземных и авиационных лесопожарных служб, оснащенных средствами мониторинга, обнаружения и ликвидации горения, создания и подготовки добровольных пожарных дружин и других лесопожарных формирований из местного населения, рабочих и служащих, а также противопожарной техники, транспортных и других средств предприятий, организаций и учреждений. Работа должна строиться таким образом, чтобы каждый пожар на территории лесного фонда мог быть обнаружен в начальной стадии его развития, а сообщение о нем было немедленно передано соответствующему органу, чтобы необходимые силы и средства пожаротушения своевременно прибыли к месту пожара и обеспечили его ликвидацию в кратчайший срок [17,18]. 1.2 Классификация оптических и оптико-электронных систем обнаружения и мониторинга лесных пожаров В настоящее время подход к реализации систем мониторинга и обнаружения лесных пожаров осуществляется различными оптическими методами и системами. Для классификации ОЭС обнаружения и мониторинга лесных пожаров за базу были принята классификационная структура, предложенная профессором Мирошниковым М.М. [19]. Согласно предложенной структуре системы могут быть классифицированы по области спектра, способу использования информации, автоматизации, используемому источнику излучения, способу анализа поля излучения. Классификация этих систем представлена на рисунке 1.3. В зависимости от используемого диапазона спектра ОЭС обнаружения и мониторинга лесных пожаров разделяют на системы, работающие в видимом, ИК (ближнем и дальнем) диапазонах спектра и многоспектральные системы. По используемому источнику облучения цели выделяют пассивные (используют собственное излучение объектов) и активные (используют искусственный источник, часть излучения которого отражается от цели и регистрируется системой). По способу обзора и анализа поля излучения выделяют сканирующие и не сканирующие системы. По способу использования информации разделяются на автоматические (работающие по заданной программе или самонастраивающиеся), индикационные (отображающие информацию в виде, пригодном для принятия решения оператором) и визуальные. Также, при построении систем мониторинга и обнаружения лесных пожаров важным элементом является способ организации и носитель средства наблюдения. Здесь можно выделить следующие основные виды наблюдения: наземное, спутниковое, авиационное наблюдение. В соответствии с предложенной классификационной структурой, ОЭС соотносится к каждому классификационному признаку, например, активная не сканирующая индикационная ОЭС для наземного наблюдения, работающая в видимом диапазоне спектра. Принципиальными классификационными признаками для ОЭС обнаружения лесных пожаров является используемый спектральный диапазон и способ организации наблюдения. Поэтому далее будет проведен анализ систем в зависимости от этих классификационных признаков. В соответствии с предложенной классификационной структурой, ОЭС соотносится к каждому классификационному признаку, например, активная не сканирующая индикационная ОЭС для наземного наблюдения, работающая в видимом диапазоне спектра. Принципиальными классификационными признаками для ОЭС обнаружения лесных пожаров является используемый спектральный диапазон и способ организации наблюдения. Поэтому далее будет проведен анализ систем в зависимости от этих классификационных признаков. 1.3 Оптические и оптико-электронные системы видимого диапазона излучения 1.3.1 Визуальный мониторинг. При визуальном мониторинге лесных пожаров наблюдение осуществляется человеком с использованием оптических устройств визуального контроля – зрительные трубы и бинокли с линейным увеличением 6х - 12х. При таком виде мониторинга на время пожароопасного сезона наблюдатель располагается на специализированной вышке (оборудованной для продолжительного нахождения на ней человека) и производит периодический осмотр местности. При обнаружении возгорания или дыма, с помощью геодезических угловых инструментов (азимутальный круг, буссоль) наблюдатель определяет направление на пожар и сообщает это направление с помощью средств связи в лесничество или штаб по контролю за пожарами [20]. К преимуществам данного метода можно отнести сохранившуюся до сегодняшних дней инфраструктуру вышек, которая может быть использована, простоту самого метода и достаточно высокую оперативность (при наличии благоприятных погодных условий). Основными недостатком данного способа обнаружения является необходимость постоянного использования человеческого труда в каждой точке расположения вышки, в течение всего времени пожароопасного сезона и ограничение территории мониторинга количеством установленных вышек. В настоящее время этот метод практически не реализуем из-за отсутствия достаточного количества специалистов на местах. Кроме того, на точность и своевременность обнаружения пожара сильно влияет человеческий фактор (человек может устать, заснуть), контролировать такое большое количество людей на огромной территории практически невозможно. 1.3.2 Телевизионный мониторинг. Мониторинг в телевизионных системах осуществляется на основе информации, получаемой ОЭС в видимом диапазоне спектра. Обнаружение очага возгорания производится по результатам детектирования вторичных признаков, сопровождающих процесс горения, таких как возникающий дым и гарь от пожара и визуальное наблюдение пламени. В телевизионных системах мониторинга может быть реализован автоматизированный поиск возгораний на основе применения алгоритмов динамической межкадровой кроссвалидации и мультимодального Вейвлет-разложения для обнаружения дыма в динамике [21,22,23,24]. В настоящее время много исследований проводится над разработками алгоритмов обнаружения пожаров по цветовым компонентам изображения видимого спектрального диапазона, которые позволяют обнаружить задымление, а в редких случаях непосредственно пламя пожара [25, 26]. Современные ОЭС телевизионного мониторинга обнаружения лесных пожаров строятся на основе цифровых или сетевых IP камер. Технические характеристики телевизионных систем обнаружения лесных пожаров представлены в таблице 1.2. Как видно из данных таблицы 1.2, большинство современных ОЭС обнаружения лесных пожаров реализуются на матричных фотоприемниках с высоким разрешением. Следует особо отметить отечественный оптико-электронный комплекс панорамного видеонаблюдения «Панорама», который формирует изображение путем сканирования пространства, невозвратным вращением линейного приемника с объективом. На выходе такой системы получается панорамное изображение разрешением 20000х2048 пикселей. Обозначенные системы обеспечивают обзорную съемку лесного массива в видимом диапазоне спектра и передачу изображения на пульт оператора. В системах Wildland и FireHawk реализованы алгоритмы автоматического поиска очагов пожара, в остальных системах решение о наличие или отсутствии пожара принимает оператор. К достоинствам телевизионных систем можно отнести низкую стоимость, простоту в реализации и обслуживании. Недостатками этих систем является сложность алгоритмов обнаружения, низкий показатель автоматизации и правильности принятия решения. 1.4 Оптико-электронные системы ближнего и дальнего инфракрасного диапазона излучения Обнаружение лесных пожаров в ОЭС ближнего и дальнего ИК диапазонов производится с применением средневолнового (3,0 – 5,5 мкм) и длинноволнового (8 – 14 мкм) областей электромагнитного излучения [35, 37]. Такие системы, они еще называются тепловизионные (ТПВ), осуществляют преобразование температурного распределения или инфракрасного излучения в видимое изображение. Затем, вычислительными средствами системы производится анализ полученного изображения и принимается решение о наличии или отсутствии пожара в поле зрение. За счет способности ИК излучения проникать сквозь плотную пелену дыма, ТПВ системы позволяют обнаруживать очаги не только открытого, но и частично скрытого возгорания. Обнаружение очагов пожаров в ТПВ системах реализуется на основе простых (по сравнению с методами обработки изображений видимого диапазона спектра) алгоритмов пороговой фильтрации и маскирования [32,33,34]. ТПВ системы позволяют зарегистрировать пожар по первичному признаку (температуре) и определить не только направление возникновения пожара, но и зафиксировать его структурный состав (контур, фронт, тыл и т.д.). Современные ОЭС ИК диапазона спектра, за счет бурного развития микроэлектроники и полупроводниковой техники, реализуются на основе матричных фотоприемниках. Поскольку число чувствительных элементов, используемых фотоприемной матрицей, стало настолько велико, что они перекрывают все поле зрения, то стало возможным отказаться от применения оптико-механической системы сканирования, что в свою очередь существенно упростило принцип работы системы. Также такое решение устраняет искажения изображения, обусловленные скоростью сканирования, уменьшает габариты, массу и потребляемую мощность, увеличивает виброустойчивость и надежность такой системы. Несмотря на небольшое время накопления сигнала в матричных приемниках (равное периоду кадра), в несканирующих ТПВ может быть получена достаточна высокая температурная чувствительность (порядка 10-3 – 10-2 K) [35, 36]. Однако, сканирующие ТПВ системы продолжают находить применение при решении разных задач, в том числе и обнаружения пожаров. Основным преимуществом применения сканирующих ТПВ является высокая чувствительность за счет измерения температуры в каждой отдельной точке пространства одним или несколькими чувствительными элементами. Для сканирующих ТПВ характерен большой выбор построения оптических схем, при этом есть варианты построения как узкопольных (от 2°) так и широкопольных объективов (до 170°) [37, 38]. Среди ТПВ систем на основе матричных фотоприемников особенно нужно выделить ТПВ, построенные на неохлаждаемых микроболлометрических матрицах. С точки зрения уменьшения габаритов, массы, энергопотребления и стоимости, ТПВ на микроболометрических матрицах получили широкое распространение. Практически все зарубежные ОЭС обнаружения лесных пожаров строятся на базе ТПВ с микроболометрическими матрицами [39, 40, 41]. В таблице 1.3 представлены технические характеристики ТПВ систем на основе матричных фотоприемников, применяемых в ОЭС обнаружения лесных пожаров. Сканирующие ТПВ системы отличаются высоким температурным и пространственным разрешением. Технические характеристики сканирующих ТПВ систем обнаружения лесных пожаров представлены в таблице 1.4. Как видно из данных таблиц 1.3 и 1.4 сканирующие ТПВ системы обладают небольшим преимуществом по чувствительности и пространственному разрешению в количестве пикселей. Также можно отметить большое численное значение по угловому полю обзору (до 120° для системы «ИКАР-002»). Однако сканирующие ТПВ системы сильно проигрывают по массогабаритным характеристикам и потребляемой электрической мощности. Основными достоинствами современных ТПВ систем с матричными приемниками является их высокая степень универсальности и компактность. Достоинством применения ТПВ систем при решении задач обнаружения лесных пожаров являются: высокий показатель вероятности обнаружения, простота алгоритмов обнаружения, низкие требования к аппаратной части вычислительного устройства. Недостатком является их высокая стоимость. 1.5 Лидарные оптико-электронные системы Технология получения информации в лидарных ОЭС основана на использовании активных оптических методах обнаружения [50, 51]. Она применяет лазерное зондирование атмосферы для спектрального анализа рассеяния излучения на частицах органического происхождения, которые присутствуют в восходящих потоках горячего воздуха и дыма от лесного пожара. Лидар обеспечивает непрерывный дистанционный мониторинг воздушной и подстилающих поверхностей, идентифицируя и измеряя интегральные содержания уровня химических компонентов процесса горения (СО, СО2, NO2, CH4) в атмосфере. Среди современных лидарных систем обнаружения лесных пожаров можно выделить системы АСДМ «Лидар» производства ФГУП «Научно-исследовательский институт прецизионного приборостроения» (ФГУП НИИ ПП), двухволновой аэрозольный лидар ЛСА (LSA-2c) для зондирования атмосферных аэрозолей и облаков и одноволновой лидар 4Р для раннего обнаружения дыма от пожаров производства ООО «Обнинская Фотоника», Forest Fire Search System (FFSS) «Golden eye» компании MV Group Ltd. Данные системы работают на частоте стробирования до 30 МГц и позволяют обнаруживать очаги возгорания на дистанции до 10 км и [52,53,54]. На сегодняшний день лидарные системы наименее распространены при построение комплексов обнаружения и мониторинга лесных пожаров и связано это с рядом причин. Хотя лидарные системы хорошо работают как в ночное время, так и при неблагоприятных условиях видимости, но при ухудшении прозрачности атмосферы в результате дождя, тумана или сильного ветра их эффективность резко снижается. При работе лидары используют лазерное излучения высокой мощности, которое опасно как для человека, так и для местной фауны. Применение в лидарах импульсных лазерных источников высокой мощности излучения обуславливает высокую стоимость таких систем. Также лидары обладают большими массогабаритными характеристиками и энергопотреблением. 1.6 Мультиспектральная камера Sequoia Мультиспектральная камера Sequoia – это мощный инструмент для исследования и работы с данными по оптимизации сельскохозяйственных полей. С её помощью фермеры смогут получать четкие данные о состоянии растений на определённом участке. Использование Sequoia позволяет рационально использовать удобрения и пестициды, а также анализировать состояние растений после полива. Sequoia поможет контролировать издержки производства и значительно увеличить урожайность. За счёт малого веса и размеров, Sequoia можно подключить к любому дрону, как мультироторного типа, так и самолётного. Соединение с камерой обеспечивается любым удобным для вас способом: через компьютер, смартфон/планшет, Wi-Fi или USB. Камера Sequoia включает в себя два сенсора. Мультиспектральный сенсор фиксирует цвет, который отражают растения, в 4 разных диапазонах: зелёный, красный свет и два инфракрасных, невидимых для человеческого глаза. Размещённый на верхней части сенсор освещённости регистрирует интенсивность солнечного для 4 диапазонов. Внутри мультиспектрального сенсора встроен собственный GPS, что значительно повышает точность съёмки, без необходимости подключения к дрону, беспилотнику, самолёту или трактору. Внутренние датчики постоянно передают информацию о высоте, скорости и полож
Условия покупки ?
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Дипломная работа, Нефтегазовое дело, 64 страницы
1200 руб.
Дипломная работа, Нефтегазовое дело, 93 страницы
5500 руб.
Дипломная работа, Нефтегазовое дело, 56 страниц
1000 руб.
Служба поддержки сервиса
+7 (499) 346-70-XX
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg