Рейтинг@Mail.ru




Совместное использование информации спутников дистанционного зондирования Земли, изображений, полученных с ДПЛА, и данных системы ГЛОНАСС для мониторинга инфраструктуры железнодорожного транспорта и обеспечения безопасности перевозок


Обеспечение безопасности и безаварийной работы железнодорожного транспорта в условиях интенсификации его движения является одной из наиболее насущных задач, стоящих перед ОАО «РЖД». Возможными средствами, предназначенными для решения этой задачи, является использование методов космической и воздушной разведки для диагностики состояния ж/д путей, а также предотвращения и ликвидации последствий возникающих аварийных ситуаций и катастроф подвижного состава. Однако в течение длительного времени внедрение аэрофотосъемки в регулярную практику железных дорог сдерживалось большой стоимостью использования пилотируемых летательных аппаратов (ПЛА) - самолетов и вертолетов, необходимостью получения разрешений на каждый вылет и привязанность ПЛА к конкретным аэродромам для их базирования, обслуживания, взлета и посадки. Аналогично использование спутниковой информации было недоступно из-за ведомственной принадлежности орбитальных систем вооруженным силам, которые считали полученную информацию секретной. В силу этого использование ПЛА и спутниковой информации для нужд железных дорог ограничивалось эпизодическими случаями либо отдельными экспериментальными работами. Положение изменилось благодаря нескольким факторам: широкому внедрению цифровой техники вместо аналоговой; внедрению в практику спутниковых геоинформационных систем GPS и ГЛОНАСС; запуску многочисленных спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), работающих в различных диапазонах длин волн, включая радиодиапазон; появлению различных дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов (ДПЛА), доступных, в том числе, гражданским потребителям. В настоящее время все эти системы доступны гражданским потребителям в России.

В ходе выполнения проекта выполнен обзор спутников ДЗЗ и способов получения с них информации. Проведен анализ разрабатываемых в России различных типов ДПЛА, включая ДПЛА самолетного и вертолетного типов. Показано, что для нужд РЖД могут быть использованы оба типа летательных аппаратов: самолетного и вертолетного типов. Предложен возможный состав их бортовой аппаратуры для получения изображений земной поверхности. Особый интерес для потребителей в системе РЖД представляет возможность комплексного использования информации как со спутников ДЗЗ, так и ДПЛА. Спутниковая информация доступна в любое время, например Google Map, но она может оказаться устаревшей и иметь недостаточное разрешение. Такая информация будет иметь ограниченное применение в случае ж/д катастроф для оценки их последствий. В этом случае дополнительная информация, полученная с места события с борта ДПЛА, может оказаться более актуальной.

Приведено сравнение характеристик информации, полученной с борта ДПЛА и спутников ДЗЗ и получены следующие выводы.

Спутники ДЗЗ

Достоинства:

  • возможность непосредственного получения информации практически о любом участке поверхности из имеющегося архива данных через сеть Интернет;
  • возможность получения мелко- и крупномасшабных снимков больших участков поверхности;
  • возможность получения стериоснимков;
  • возможность получения всепогодных и круглосуточных радиолокационных снимков.

Недостатки:

  • для получения спутниковых данных актуальной информации о конкретном событии может потребоваться 1-2 суток или более, которые необходимы для заказа съемки одному из спутников ДЗЗ с параметрами орбиты согласованными с местом съемки;
  • ограниченное разрешение 0.3-0.6 м для спутниковых фотоизображений, которое связано с влиянием неоднородностей атмосферы и не может быть кардинально улучшено; предельное разрешение радиолокационных изображений, как правило, хуже оптических или инфракрасных, т.к. используются более длинные электромагнитные волны; сказываются также неоднородности ионосферы.

Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты

Достоинства:

  • возможность получения информации об объекте съемки в реальном масштабе времени;
  • большая гибкость в выборе режима съемки (высоты полета, маршрута съемки и т.д.);
  • высокое разрешение аэрофотоснимков - 1 см и лучше, ограниченное только типом используемой бортовой аппаратуры;
  • возможность получения синтетических трехмерных изображений, позволяющих рассматривать объект под различными ракурсами;
  • относительная дешевизна используемых технических средств.

Недостатки:

  • зависимость полетов от погодных условий;
  • необходимо время для доставки ДПЛА к месту съемки;
  • необходимо время для получения изображений больших площадей.

Рассмотрены различные задачи, которые могут решаться с помощью ДПЛА и спутников ДЗЗ, среди них:

  • противодействие террористической угрозе;
  • дистанционный контроль стояния железнодорожных путей;
  • предотвращение железнодорожных катастроф и происшествий и ликвидация их последствий;
  • получение трехмерных изображений железнодорожной инфраструктуры;
  • непрерывный контроль за качеством и объемом выполняемых строительных работ.

Возросшие возможности вычислительной техники позволяют более реалистично воспроизвести карты местности по результатам аэрофотосъемки. При этом появляется возможность, используя особые виды съемки и специализированное матобеспечение, получать трехмерные изображения, которые в отличие от обычной стереосъемки позволяют рассматривать объект под разными ракурсами. На примере аэрофотосъемки одного из объектов ж/д инфраструктуры на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в г. Щербинка (ЭК) было синтезировано такое трехмерное изображение. Данный вид съемки может иметь принципиальное значение при проектировании новых железнодорожных путей, строительстве объектов инфраструктуры: мостов, туннелей, путепроводов и других объектов. Важное значение подобного вида съемка может иметь для определения лавинно- и селеопасных участков местности, нависающих на некоторыми участками железнодорожного полотна. Это позволит определить наиболее опасные места схода лавин, пути их движения и разработать методы противодействия.

При выполнении проекта было проведено сравнение изображений однотипных объектов по результатам аэрофотосъемки с борта ДПЛА на ЭК и спутниковых снимков, полученных из различных ресурсов.

На примере аэрофотосъемки одного из объектов ж/д инфраструктуры на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в г. Щербинка (ЭК) было синтезировано трехмерное изображение.

Смотреть на YouTube

Публикации по проекту

  1. А.С. Бугаев, С.И. Ивашов, А.Б. Татараидзе, В.В. Разевиг, А.В. Скребков, В.М. Алексеев, Дистанционное зондирование инфраструктуры железных дорог. В книге «Управление товарными потоками и перевозочным процессом на железнодорожном транспорте на основе клиентоориентированности и логистических технологий: коллективная монография членов и научных партнеров Объединенного ученого совета ОАО "РЖД"» / под ред. Б. М. Лапидуса, А. Т. Осьминина. — СПб:ЛЕМА, 2019. — 288 с., стр. 264–275. ISBN 978-5-00105-520-4.
    (
    PDF, 560 Kb)
  2. Sergey I. Ivashov, Alexander B. Tataraidze, Vladimir V. Razevig, Eugenia S. Smirnova, Railway Transport Infrastructure Monitoring by UAVs and Satellites, Journal of Transportation Technologies. Vol.9, No.3, 2019, pp. 342-353. DOI: 10.4236/jtts.2019.93022
  3. Сергей Ивашов, Александр Бугаев, Александр Татараидзе, Алексей Скребков, Обеспечение безопасности перевозок с помощью средств дистанционного зондирования, Мир транспорта, том 16, №4, стр. 180-192 (2018). ISSN: 1992-3252.
    (PDF, 2.5 Mb)
  4. Ivashov, Sergey I., Bugaev, Alexander S., Tataraidze, Alexander B., Skrebkov, Alexey V. Enhancement of Transportation Safety by Remote Sensing Devices, World of Transport and Transportation, Vol. 16, Iss. 4, pp. 180–192 (2018), ISSN: 1992-3252.
    (PDF, 1.9 Mb)

Проект РФФИ 17-20-02086-офи-м-РЖД

Проект РФФИ 17-20-03034-офи-м-РЖД

Проект РФФИ 13-07-13121-офи-м-РЖД

Проект РФФИ 12-07-13107-офи-м-РЖД

Проект РФФИ 12-07-13105-офи-м-РЖД

Проект РФФИ 11-07-13117-офи-м-2011-РЖД

Проект РФФИ 11-07-13112-офи-м-2011-РЖД



© RSLab, 1999-2020 Тел.: (499) 263-6509, (495) 632-2219
Моб.: 8-903-687-2291
E-mail: sivashov@rslab.ru