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


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, 1999-2018 Тел.: (499) 263-6509, (495) 632-2219
Моб.: 8-903-687-2291
E-mail: sivashov@rslab.ru