Реферат: А. Ю. Попов научный руководитель А. П. Елохин, д т. н

А.Ю. ПОПОВ

Научный руководитель – А.П. ЕЛОХИН, д.т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»


ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ И АЛГОРИТМЫ
ОБРАБОТКИ ТЕПЛОВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МОНИТОРИНГА ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БПЛА


Разрабатывается комплекс, позволяющий проводить тепловизионный мониторинг различных техногенных объектов с БПЛА. В основе комплекса лежит тепловизионное оборудование, размещенное на гиростабилизированной платформе. Рассматриваются различные принципы формирования и обработки тепловизионных изображений, обеспечивающие выделение зон тепловых контрастов и анализ их тепловых и геометрических особенностей. Предложенные методики, в совокупности с разработанной конструкцией системы стабилизации, обеспечивают высокую достоверность результатов мониторинга утечек на тепло- и газотрассах.


В настоящее время широкое развитие получают методы тепловизионного мониторинга техногенных объектов и природной среды. Размещение датчиков телеметрии на борту беспилотных авиа носителей позволяет оперативно получать необходимую информацию при обследовании значительных территорий, что особенно важно для решения задач предупреждения техногенных и экологических катастроф.

Особенно остро в настоящее время стоит вопрос мониторинга теплотрасс, где доля утечек и тепловых потерь составляет в среднем 30%, а в изношенных теплосетях до 50-70% от общей выработки тепла. [1]

В то же время, в связи в большой протяженностью магистральных газопроводов и суровыми условиями их эксплуатации, вопросы оперативного и регулярного мониторинга в данной отрасли не менее актуальны.

С целью решения подобного рода проблем проводится разработка комплекса тепловизионного мониторинга на основе беспилотного летательного аппарата.

В основе разрабатываемого комплекса лежит современное тепловизионное оборудование, размещенное на гиростабилизированной платформе [2], а также быстродействующая ЭВМ, которая позволяет реализовать различные алгоритмы обработки и анализа тепловизионного изображения. При проведении цифровой обработки тепловизионного изображения используется его представление в памяти в виде матрицы пикселей.

Обработка тепловизионного изображения проводится с использованием различных математических алгоритмов, таких как линейное контрастирование, пороговая обработка, медианная фильтрация, фильтр Собела и другие.

Таким образом, в результате проведения цифровой обработки полученного тепловизионного изображения возможно определение геометрических и температурных параметров зон теплового контраста.

Для определения расчетных параметров, характеризующих процессы утечки для различных конфигураций тепло- и газотрасс проводится математическое моделирование.

Расчет эффективного температурного поля, которое может наблюдаться тепловизором с БПЛА, проводится путем решения краевых задач по переносу количества теплоты (охлаждению среды) в среде с теплопроводностью, характеризуемой постоянной λ, от точечного источника, образующегося при истечения газа через трещины [3], цилиндрического протяженного источника (трубы теплотрассы), от которого тепловой поток распространяется в среде (земле), с учетом наложения температурного поля, обусловленного поглощением подстилающей поверхностью тепла за счет солнечной соляции.

Тепловизионное изображение, полученное с БПЛА, после проведения цифровой обработки сопоставляется с данными моделирования, что позволяет однозначно определить факт утечки, а также провести оценку ее масштабов. [4]

Применение указанных технических решений и методов обработки изображений позволяет проводить оперативный мониторинг техногенных объектов, а также обеспечивает высокую точность определения масштабов утечки и ее расположения на местности.

^ Список литературы

Официальный сайт Министерства энергетики России www.minenergo.gov.ru

Попов А.Ю. (НИЯУ МИФИ), Алексеев Е.Г. (ФГУП «ЦНИИТОЧМАШ») «Метод стабилизации датчиков телеметрии на БПЛА», Экологические системы и приборы. №12, 2010г, Стр. 19-23.

Е. В. Врагова, Л. А. Скляров, «Обнаружения утечек газа из магистральных газопроводов в тепловом поле излучения земной поверхности», Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2009. Том 7, выпуск 4

Попов А.Ю., Елохин А.П. «К вопросу о разработке комплексного метода мониторинга тепло- и газотрасс», Сборник трудов международной научно-технической конференции "Проблемы автоматизации и управления в технических системах", г. Пенза 2011 г, Том 1, Стр. 48-52.