Система лазерная координатно-измерительная сканирующая авиационная CP680i-IS

Назначение

Система лазерная координатно-измерительная сканирующая авиационная CP680i-IS, (далее по тексту - система) предназначена для измерений координат точек земной поверхности с борта самолета или вертолета (далее по тексту - авиационный носитель).

Описание

Система представляет собой совокупность лазерного дальномерного сканера; подсистем определения местоположения и углов пространственной ориентации авиационного носителя; управляющего компьютера; программного обеспечения.

Принцип действия системы состоит в следующем. В полете сканирующий пучок импульсного лазерного излучения направляется на земную поверхность в плоскости, перпендикулярной направлению полёта. Отраженные сигналы регистрируются приемником излучения и преобразуются в цифровую форму. Для сканирования используется вращающееся многогранное зеркало, угол поворота которого в процессе сканирования измеряется оптическим кодовым датчиком, установленным на оси вращения. В течение полета бортовой GPS-приемник регистрирует координаты носителя в геоцентрической системе координат. Измерения угловой ориентации носителя в пространстве осуществляются в инерциальном измерительном устройстве IMU, где используются гироскопические датчики по углам тангажа, крена и рыскания и три акселерометра. Вся измерительная информация, получаемая в полете, поступает в бортовой регистратор данных. Управление системой осуществляется с компьютера, который связан кабельными соединениями с блоком сканера, GPS-приемником, устройством IMU и регистратором данных.

Определение координат фазового центра бортовой GPS-антенны в системе IMU проводится при установке системы на авиационный носитель. Ориентация системы координат IMU относительно блока сканера уточняется в процессе тестового полета.

Координаты точек отражения импульсов лазерного излучения от земной поверхности вычисляются после полета в процессе постобработки по результатам одновременных измерений следующих величин:

- расстояния от вращающегося многогранного зеркала до земной поверхности,

- угла поворота этого зеркала относительно корпуса системы;

- координат авиационного носителя в геоцентрической системе координат;

- ориентации авиационного носителя в пространстве (углы крена, тангажа и рысканья).

Место пломбировки

Рисунок 1 - Система CP680i-IS со стороны нижней панели

Место нанесения наклейки со знаком утверждения типа

Рисунок 2 - Система CP680i-IS, установленная на самолете

Конструктивно в систему входят следующие компоненты: блок сканера, в котором смонтирована подсистема IMU; GPS-приемник; бортовой регистратор данных; управляющий компьютер; цифровая фотокамера. Вращающееся многогранное зеркало расположено в блоке лазерного сканера защищенного оптическим иллюминатором.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) RiACQUIRE обеспечивает тестирование системы и сбор данных лазерного сканирования вместе с онлайн-данными от подсистемы IMU и GPS-приемника. С учетом данных сканирования, а также доступной информации по положению авиационного носителя и высоте полета, в реальном времени рассчитывается покрытие подстилающей поверхности данными сканирования, с указанием необходимой плотности измерений вдоль направления полета. Эта опция позволяет избежать пробелов в сборе данных сканирования, которые иначе были бы обнаружены только в процессе обработки данных. Данное ПО обеспечивает также визуальную информацию о текущих измерениях подсистемы IMU и GPS, что позволяет проверить достоверность этих результатов. Непрерывная запись состояния системы, высоты и положения авиационного носителя сохраняет достоверную историю полета с целью последующего анализа и документирования.

Задачи по обработке данных включают полный анализ формы отраженного лазерного сигнала и привязанных к земле данных лазерного сканирования путем объединения с данными полета от подсистемы IMU и GPS. Эти функции обеспечиваются соответственно ПО RiANALYZE и RiWORLD.

ПО RiANALYZE позволяет отфильтровать данные лазерного сканирования по интервалам времени, по диапазонам угла сканирования и дальности. Кроме того, данное ПО производит вычисление дальности до цели тремя возможными способами: по «центру тяжести» отраженных импульсов, по максимумам амплитуд отраженных импульсов, аппроксимированных Гауссовой кривой, итерационным методом (вычисление гауссовых пиков основано на решении линеаризованной системы уравнений).

ПО RiWORLD соединяет данные лазерного сканирования, записанные в собственной системе координат системы, с записанными данными положения и ориентации авиационного носителя и преобразует их в набор данных в геоцентрической системе координат (WGS84, ITRS, ETRS). Эта процедура основана на использовании меток времени, сохраняемых при каждом измерении (данные лазерного сканирования, данные подсистемы IMU и GPS). Кроме того, RiWORLD может создавать специальную поисковую структуру («квадродерево») для быстрого доступа к данным. Эта структура используется главным образом ПО RiPROCESS для быстрой визуализации данных, а также для согласования полученных в полете данных от разных подсистем.

ПО RiPROCESS разработано для управления, обработки, анализа и визуализации данных, полученных в полете в процессе лазерного сканирования. Это ПО позволяет пользователю управлять всеми собранными и обработанными данными в рамках единого проекта. К этим данным относятся калибровочные данные по монтажу составных частей системы в авиационном носителе, результаты лазерного сканирования, данные по положению и ориентации от подсистемы IMU и GPS, файлы промежуточных данных, дерево поиска файлов для быстрого доступа к различным данным, привязанные к земле массивы точечных данных с дополнительным дескриптором для каждой точки. Чтобы улучшить качество данных, ПО RiPROCESS имеет встроенную функцию настройки фаз полета на основе корректировки данных, полученных с плоских поверхностей, например, крыш зданий. Полученные с плоских поверхностей данные засекаются автоматически внутри фаз полета и выводятся для инспекции в двумерном или трехмерном виде. Параметры, оптимизируемые при настройке фаз полета, включают информацию по калибровке системы, и до 6 привязок (по углам и дальности) к каждой фазе полета. Для улучшения привязки к земле наборов данных лазерного сканирования можно дополнительно использовать наблюдаемые наземные контрольные объекты.

Защита ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню А по МИ 3286-2010. Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики

Метрологические и технические характеристики системы приведены в таблице 2.

Таблица 2

* - параметры лазерного излучения соответствуют требованиям безопасности ГОСТ Р МЭК 60825-1-2009 «Безопасность лазерной аппаратуры. Классификация оборудования, требования и руководство для потребителей» к классу 3R.

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится изготовителем в верхнем левом углу титульного листа Руководства по эксплуатации RIEGL CP680-IS-001 РЭ типографским способом и на боковую панель внешнего кожуха системы в виде наклейки.

Комплектность

Комплект поставки приведен в таблице :

Поверка

Осуществляется в соответствии с документом «Инструкция. Система лазерная координатно-измерительная сканирующая авиационная CP680i-IS. Методика поверки RIEGL CP680-IS-001 МП, утвержденной руководителем ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИФТРИ».

Основные средства поверки:

комплект опорных GPS-станций RS500 - рабочий эталон 2-го разряда RS500-K, (Рег. № 37054-08), пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений взаимного положения базисных пунктов: в плане ± 2,5 мм, по высоте ± 5 мм; тахеометр электронный эталонный ТСА2003-01Э (Рег. № 38922-08), пределы допускаемой погрешности измерений углов ± 0,4"; пределы допускаемой погрешности измерений дальности ± 0,6 мм.

Сведения о методах измерений

Руководство по эксплуатации RIEGL CP680i-IS. Раздел 6.

Нормативные документы

1 ГОСТ 8.503-84. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне 24 - 75000 м.

2 МИ 2292-94 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений разностей координат по сигналам космических навигационных систем».

3 Техническая документация изготовителя «RIEGL Laser Measurement System GmbH». Рекомендации по области применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений

При осуществлении геодезической и картографической деятельности.