RU2758808C1 - Method for remote sampling of soil and snow using a copter-type unmanned aerial vehicle - Google Patents
Method for remote sampling of soil and snow using a copter-type unmanned aerial vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758808C1 RU2758808C1 RU2021108480A RU2021108480A RU2758808C1 RU 2758808 C1 RU2758808 C1 RU 2758808C1 RU 2021108480 A RU2021108480 A RU 2021108480A RU 2021108480 A RU2021108480 A RU 2021108480A RU 2758808 C1 RU2758808 C1 RU 2758808C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- soil
- sampling
- snow
- sampler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
- B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
G01N1/02 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D, B01J, ВОЗ, В07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов С12М, C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00; мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине;G01N1 / 02 - Investigation or analysis of materials by determining their chemical or physical properties (separation of materials in general B01D, B01J, WHO, B07; for apparatus fully covered by a subclass, see the corresponding subclass, for example B01L; measurement or testing with enzymes or microorganisms C12M, C12Q; study of the base soil on the
Е21В 3/03 - вращательное бурение - с прерывистым вращением инструмента в одном направлении;
Е21В 49/02 - взятие проб грунта механическими средствами (устройства для получения ненарушенных кернов Е21В 25/00; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00);Е21В 49/02 - taking soil samples by mechanical means (devices for obtaining undisturbed cores Е21В 25/00; study of the base soil at the construction site E02D 1/00);
E02D 1/04 - Основания и фундаменты; котлованы; насыпи (для гидротехнических сооружений Е02В); подземные и подводные сооружения.E02D 1/04 - Bases and foundations; pits; embankments (for hydraulic structures Е02В); underground and underwater structures.
1. Область техники, к которой относится изобретение1. The field of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области экологического мониторинга, а конкретно - к способу отбора проб легких и тяжелых грунтов или снега.The invention relates to the field of environmental monitoring, and specifically to a method for sampling light and heavy soils or snow.
2. Уровень техники2. State of the art
Известен способ отбора проб грунта и устройство для его осуществления [1], при котором грунтонос погружают задавливанием на поверхность грунта до глубины пробоотбора, затем - извлекают. При погружении грунтоноса в грунт последний проходит через внутреннюю полость грунтоноса и открытые крышки. При извлечении грунтоноса крышки под действием грунта закрываются.A known method of sampling soil and a device for its implementation [1], in which the soil carrier is immersed by pressing on the surface of the soil to the depth of sampling, then removed. When the grubber is immersed in the ground, the latter passes through the inner cavity of the grubber and open covers. When removing the soil carrier, the covers are closed under the action of the soil.
Недостатком данного способа в ходе реализации при помощи беспилотного летательного аппарата (БЛА) коптерного типа является необходимость создания большого усилия для погружения грунтоноса в грунт, которое не позволяет обеспечить данный тип БЛА, а также высокая вероятность в ходе транспортирования отобранной порции снега его самопроизвольного удаления из полости грунтоноса. Кроме того, необходимость в надавливании на грунт при извлечении крышек является препятствием для взлета данного типа БЛА.The disadvantage of this method during implementation with the help of an unmanned aerial vehicle (UAV) of a copter type is the need to create a large effort to immerse the ground carrier in the ground, which does not allow this type of UAV to be provided, as well as a high probability of its spontaneous removal from the cavity during the transportation of a sampled portion of snow. grubber. In addition, the need for pressure on the ground when removing the covers is an obstacle for this type of UAV to take off.
Известен способ отбора проб жидкости, реализуемый при использовании дистанционно-управляемого БЛА [2], при котором, полностью подготовленный БЛА вертикального взлета-посадки (ВВП) запускается по командам с наземного пункта управления. Управление БЛА ВВП осуществляется по программе, заложенной в бортовую ЭВМ перед стартом. В случае необходимости вмешательства в программу полета управление может осуществляться дистанционно с наземного пункта управления. После взлета БЛА ВВП совершает полет в район выполнения задания, при достижении которого на заданной высоте переходит в режим зависания. По команде с наземного пункта управления лебедка начинает разматывать трос. Жидкость затекает в пробоотборник с поверхности или с заданной глубины, а также совместно с донными отложениями в зависимости от глубины погружения пробоотборника. Далее по команде с наземного пункта управления лебедка сматывает трос, поднимая пробоотборник с пробой жидкости к БЛА.The known method of sampling liquid, implemented using a remotely controlled UAV [2], in which a fully prepared UAV vertical takeoff and landing (GDP) is launched by commands from the ground control point. The control of the UAV GDP is carried out according to the program included in the onboard computer before the start. If it is necessary to intervene in the flight program, control can be carried out remotely from a ground control point. After takeoff, the UAV's GDP makes a flight to the mission area, upon reaching which, at a given altitude, it switches to hovering mode. On command from the ground control station, the winch begins to unwind the cable. The liquid flows into the sampler from the surface or from a given depth, as well as together with bottom sediments, depending on the immersion depth of the sampler. Further, on command from the ground control station, the winch reels the cable, raising the sampler with the liquid sample to the UAV.
Данный способ не предназначен для отбора проб грунта и снега. Поэтому отобрать пробу грунта или снега из необходимой зоны пробоотбора при комплектации БЛА тросом (плюс-минус 1 м) да еще при наличии ветра затруднительно. Кроме того, в случае отбора грунта или снега наличие троса - это всегда опасность его зацепа за деревья, высокий кустарник, здания, сооружения.This method is not intended for sampling soil and snow. Therefore, it is difficult to take a soil or snow sample from the required sampling zone when the UAV is equipped with a cable (plus or minus 1 m), and even in the presence of wind, it is difficult. In addition, in the case of sampling soil or snow, the presence of a rope is always a danger of its catching on trees, tall bushes, buildings, structures.
Наиболее близким по принципу действия и технической сущности является способ дистанционного отбора проб почвы (грунта) с применением БЛА [3], заключающийся в дистанционном отборе проб почвы (грунта), включающего в себя БЛА коптерного типа, пробоотборник, систему сброса и возвращения последнего в исходную позицию. Данный способ реализует с целью исключения нахождения оператора на зараженной местности, а также возможностью отбора и доставки проб из труднодоступных мест, отбор проб почвы (грунта) в автоматическом режиме путем выдвижения БЛА в район пробоотбора, сброса пробоотборника со скоростью свободного падения с заранее запрограммированной высоты, подъем пробоотборника с отобранной пробой в исходную позицию на БЛА с помощью троса и электродвигателя и возвращения на наземный пункт управления.The closest in principle of operation and technical essence is the method of remote sampling of soil (soil) using a UAV [3], which consists in remote sampling of soil (soil), including a drone-type UAV, a sampler, a system for dumping and returning the latter to the original position. This method is implemented in order to exclude the presence of the operator in the contaminated area, as well as the possibility of taking and delivering samples from hard-to-reach places, sampling soil (soil) in an automatic mode by moving the UAV into the sampling area, dropping the sampler at a free fall speed from a pre-programmed height, lifting the sampler with the taken sample to the initial position on the UAV using a cable and an electric motor and returning to the ground control station.
Данный способ в связи с наличием троса имеет вышеизложенные недостатки, такие как: низкая точность попадания пробоотборника в зону отбора пробы, опасность зацепа за деревья, кустарники, здания и сооружения.This method, due to the presence of a cable, has the above disadvantages, such as: low accuracy of the sampler hitting the sampling zone, the danger of being caught in trees, bushes, buildings and structures.
3. Раскрытие сущности изобретения3. Disclosure of the essence of the invention
При авариях на радиационно, химически и биологически опасных объектах может образоваться опасное заражение (загрязнение) значительных по площади районов в пределах которых невозможно нахождение людей. Многие районы могут быть труднодоступными из-за рельефа местности или наличия естественных и водных препятствий. В таких случаях для оперативного отбора проб зараженного грунта (снега) большое значение имеет применение БЛА, среди которых наиболее распространенными являются БЛА коптерного типа.In case of accidents at radiation, chemically and biologically hazardous facilities, dangerous contamination (contamination) of large areas within which it is impossible to find people can form. Many areas can be difficult to access due to terrain or natural and water obstacles. In such cases, for the operational sampling of contaminated soil (snow), the use of UAVs is of great importance, among which the most common are UAVs of the copter type.
Целью изобретения является создание условий по реализации дистанционного отбора проб грунта, снега с помощью БЛА коптерного типа из труднодоступных заранее установленных (плюс-минус 1 м) участков зараженной местности.The aim of the invention is to create conditions for the implementation of remote sampling of soil and snow using a drone-type UAV from hard-to-reach pre-established (plus or minus 1 m) sections of the contaminated area.
Техническая задача заявляемого изобретения - создание полезной нагрузки, включающей жесткое (в отличие от троса) крепление к БЛА специальной конструкции пробоотборника.The technical problem of the claimed invention is the creation of a payload, including a rigid (as opposed to a cable) attachment to the UAV of a special design of the sampler.
Поставленная задача достигается тем, что на БЛА коптерного типа устанавливают штангу, к которой жестко крепится пробоотборник, представляющий собой бур со стаканом, оснащенный приводом вращения.The task is achieved by the fact that a rod is installed on a drone-type UAV, to which a sampler is rigidly attached, which is a drill with a glass, equipped with a rotation drive.
При использовании БЛА коптерного типа отбор пробы может осуществляться вращением БЛА вокруг своей оси или вращением встроенного в пробоотборник привода. При этом грунт (снег) в ходе вращения бура поднимается по направляющим штанги и попадает внутрь стакана. При появления грунта (снега) в специальных отверстиях в верхней части стакана вращение прекращается.When using a drone-type UAV, sampling can be carried out by rotating the UAV around its axis or by rotating the drive built into the sampler. In this case, the soil (snow) during the rotation of the drill rises along the guides of the rod and gets inside the glass. When soil (snow) appears in special holes in the upper part of the glass, the rotation stops.
Сущность предлагаемого способа поясняется схемами (см. фиг. 1-4), где использованы следующие обозначения:The essence of the proposed method is illustrated by diagrams (see Fig. 1-4), where the following designations are used:
1 - БЛА коптерного типа;1 - drone-type UAV;
2 - штанга;2 - barbell;
3 - бур со стаканом;3 - drill with a glass;
4 - наземный пункт управления.4 - ground control point.
На фиг.2 изображено положение БЛА с полезной нагрузкой в начальный момент отбора пробы грунта.Figure 2 shows the position of the UAV with the payload at the initial moment of soil sampling.
На фиг. 3 изображено положение БЛА коптерного типа с полезной нагрузкой в момент отбора пробы грунта (снега) (вид сбоку и сверху), где стрелками показаны поступательное и вращательное движения БЛА.FIG. 3 shows the position of a drone-type UAV with a payload at the time of sampling soil (snow) (side and top view), where the arrows show the translational and rotational movements of the UAV.
На фиг. 4 изображено положение БЛА коптерного типа с полезной нагрузкой в момент отбора пробы грунта (снега), где стрелками показаны поступательное и вращательное движения пробоотборника, оснащенного приводом вращения.FIG. 4 shows the position of a drone-type UAV with a payload at the time of sampling soil (snow), where the arrows show the translational and rotational movements of the sampler equipped with a rotation drive.
4. Осуществление изобретения4. Implementation of the invention
Пример использования предлагаемого способа.An example of using the proposed method.
Перед отбором проб или в процессе выполнения полетного задания проводится визуальная разведка местности. В процессе визуальной разведки местности определяются точки (плюс-минус 1 м), в которых необходимо отобрать пробу грунта или снега.Visual reconnaissance of the terrain is carried out before sampling or in the process of performing a flight mission. In the process of visual reconnaissance of the terrain, points (plus or minus 1 m) are determined at which it is necessary to take a soil or snow sample.
На земле перед стартом производят подготовку БЛА коптерного типа к работе, присоединяют штангу и бур со стаканом к БЛА, устанавливают полетное задание с координатами точек отбора проб.On the ground, before the start, a drone-type UAV is prepared for operation, a boom and a drill with a glass are connected to the UAV, and a flight task is set with the coordinates of the sampling points.
Подготовленный к работе БЛА коптерного типа с полезной нагрузкой запускается по командам с наземного пункта управления (поз. 4 фиг. 1). Выполняя программу полетного задания в автоматическом режиме или в режиме ручного управления, БЛА коптерного типа подлетает к точке пробоотбора. Далее БЛА снижается до высоты, соответствующей длине штанги с буром, т.е. до момента соприкосновения бура с грунтом (снегом), после чего беспилотник по команде осуществляет вращение вокруг своей оси, либо с наземной станции управления подается команда на пуск привода вращения бура. В результате всех описанных действий режущая кромка бура врезается в грунт (снег), при поступательном движении вниз заглубляется, а грунт по лопастям бура перемещается наверх в полости пробоотборника. В случае если в точке пробоотбора имеется большое количество камней или жесткость грунта не позволяет отобрать пробу данной конструкцией пробоотборника (с помощью видеокамеры наблюдается ее наличие или отсутствие в стакане), оператор дает команду БЛА на взлет и повторение ранее описанных операций вблизи (плюс-минус 1 м) от ранее установленной точки.A drone-type UAV with a payload prepared for operation is launched by commands from a ground control station (pos. 4 in Fig. 1). Performing the flight task program in automatic mode or in manual control mode, a drone-type UAV flies up to the sampling point. Further, the UAV is reduced to a height corresponding to the length of the boom with the drill, i.e. until the drill touches the ground (snow), after which the drone, on command, rotates around its axis, or a command is sent from the ground control station to start the drill rotation drive. As a result of all the described actions, the cutting edge of the drill cuts into the soil (snow), when it moves downward, it deepens, and the soil moves upward in the cavity of the sampler along the blades of the drill. If there is a large number of stones at the sampling point or the stiffness of the soil does not allow taking a sample with this sampler design (using a video camera, its presence or absence in the glass is observed), the operator gives the UAV command to take off and repeat the previously described operations near (plus or minus 1 m) from a previously established point.
После этого по команде с наземного пункта управления коптер набирает высоту и перемещается к наземной станции управления или к лаборатории, в которую необходимо доставить пробу.After that, on command from the ground control station, the copter gains altitude and moves to the ground control station or to the laboratory to which the sample must be delivered.
Весь процесс отбора пробы может осуществляться как в автоматическом, так и в ручном режиме.The entire sampling process can be carried out both automatically and manually.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF SOURCES USED
1 Патент на полезную модель РФ №1534366 А1 - МПК G01N 1/04, 07.01.1990 г.1 Patent for a useful model of the Russian Federation No. 1534366 A1 - IPC G01N 1/04, 07.01.1990
2 Патент на полезную модель РФ №71628 - МПК В64С, 23.07.2007 г.2 Patent for a useful model of the Russian Federation No. 71628 - IPC В64С, 23.07.2007
3 Заявка на патент РФ №2018119227 «Способ дистанционного отбора проб почвы (грунта) с применением беспилотного летательного аппарата» МПК В64С 39/00 от 24.05.2018 г.3 Application for a patent of the Russian Federation No. 2018119227 "Method for remote sampling of soil (soil) using an unmanned aerial vehicle" IPC В64С 39/00 dated May 24, 2018
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108480A RU2758808C1 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Method for remote sampling of soil and snow using a copter-type unmanned aerial vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108480A RU2758808C1 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Method for remote sampling of soil and snow using a copter-type unmanned aerial vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2758808C1 true RU2758808C1 (en) | 2021-11-02 |
Family
ID=78466624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021108480A RU2758808C1 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Method for remote sampling of soil and snow using a copter-type unmanned aerial vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758808C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2790164C1 (en) * | 2022-01-11 | 2023-02-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" | Soil sampler for a helicopter-type unmanned aerial vehicle |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU162381U1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-10 | Артём Станиславович Каськов | DEVICE FOR SAMPLING BOTTOM SEDIMENTS AND SOIL |
WO2017205874A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | Rhombus Systems Group, Inc. | Radar system to track low flying unmanned aerial vehicles and objects |
RU2651175C2 (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Северо-западный научно-исследовательский институт молочного и лугопастбищного хозяйства" | Method for selecting vegetable samples and device for its implementation |
CN108700895A (en) * | 2018-05-10 | 2018-10-23 | 北京小米移动软件有限公司 | The report method and device of flight path information, information determine method and device |
RU2714348C1 (en) * | 2019-07-22 | 2020-02-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Hand-held soil sampler |
-
2021
- 2021-03-29 RU RU2021108480A patent/RU2758808C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU162381U1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-10 | Артём Станиславович Каськов | DEVICE FOR SAMPLING BOTTOM SEDIMENTS AND SOIL |
WO2017205874A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | Rhombus Systems Group, Inc. | Radar system to track low flying unmanned aerial vehicles and objects |
RU2651175C2 (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Северо-западный научно-исследовательский институт молочного и лугопастбищного хозяйства" | Method for selecting vegetable samples and device for its implementation |
CN108700895A (en) * | 2018-05-10 | 2018-10-23 | 北京小米移动软件有限公司 | The report method and device of flight path information, information determine method and device |
RU2714348C1 (en) * | 2019-07-22 | 2020-02-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Hand-held soil sampler |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2790164C1 (en) * | 2022-01-11 | 2023-02-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" | Soil sampler for a helicopter-type unmanned aerial vehicle |
RU2810259C1 (en) * | 2023-02-09 | 2023-12-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of preparation and sampling in soils with abrupt changes in relief |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3112840B1 (en) | Unmanned aerial vehicle for collecting samples from the surface of water | |
US11029708B2 (en) | Method and apparatus for remote, interior inspection of cavities using an unmanned aircraft system | |
US11391650B2 (en) | Method and apparatus for performing water sampling with an unmanned aerial vehicle | |
KR102212387B1 (en) | Water sampling device for remote monitoring of water quality | |
US11535344B2 (en) | Systems and methods for the measurement of contaminants in water | |
Koparan et al. | Unmanned aerial vehicle (UAV) assisted water sampling | |
JP2007047136A (en) | Environment observation system using radio-controlled helicopter | |
CN205649754U (en) | Long -range search and rescue system based on unmanned aerial vehicle | |
CN112255018B (en) | Water quality sampling device for lake | |
RU2758808C1 (en) | Method for remote sampling of soil and snow using a copter-type unmanned aerial vehicle | |
EP1564368A2 (en) | Underwater core sampling apparatus | |
RU2126146C1 (en) | Device for automatic sampling of water | |
KR101967584B1 (en) | Sampling device usning drone and sampling method using the same | |
RU81471U1 (en) | REMOTE UNMANNED AIRCRAFT FOR SAMPLE LIQUID | |
Sanim et al. | Development of an aerial drone system for water analysis and sampling | |
RU210641U1 (en) | A device for remote sampling of soil using an unmanned aerial vehicle of a copter type | |
Mudroch et al. | Bottom sediment sampling | |
RU168042U1 (en) | Remote-controlled automated soil sampler | |
RU2790164C1 (en) | Soil sampler for a helicopter-type unmanned aerial vehicle | |
Stoker et al. | A mission simulating the search for life on Mars with automated drilling, sample handling, and life detection instruments performed in the hyperarid core of the Atacama Desert, Chile | |
RU2756332C1 (en) | Method for sampling water with a bathometer using a helicopter-type unmanned aerial vehicle | |
US3349624A (en) | Remotely controlled water sampling device | |
CN107794901B (en) | Equipment and method for surveying field sampling of soft soil area in work | |
RU222197U1 (en) | Device for remote sampling of vegetation using a copter-type unmanned aerial vehicle | |
CN113607490B (en) | Water body volatile substance sampling device based on two unmanned aerial vehicle |