RU178696U1

RU178696U1 - MOBILE LABORATORY FOR MONITORING AN AIRDROM COVERAGE OF THE TAKEOFF

Info

Publication number: RU178696U1
Application number: RU2017115520U
Authority: RU
Inventors: Надежда Николаевна Вилкова; Валерий Анатольевич Ломов; Александр Петрович Недоступов; Александр Петрович Иванов; Петр Валерьевич Метелкин; Сергей Вячеславович Баневич
Original assignee: Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ")
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2018-04-17

Abstract

Полезная модель относятся к области средств комплексных изысканий данных о состоянии покрытия взлетно-посадочной полосы (ВПП) в оперативном масштабе времени. Мобильная лаборатория оснащена системой курсоуказания и курсоудержания, не менее чем двумя георадарами, размещенными перед транспортным средством так, что линии среза параллельны продольной оси транспортного средства, и не менее чем две из них проходят по границам ширины транспортного средства не менее чем двумя одометрами, оснащенными тремя энкодерами каждый, расположенными на колесах на разных мостах с разных сторон, не менее чем двумя доплеровскими датчиками измерения пути, расположенными на кузове с разных сторон над не оснащенными одометрами колесами, при этом направления излучения доплеровских датчиков движения противоположны. Техническим результатом является обеспечение возможности построения точной и полной трехмерной модели ВПП, который включает обеспечение полноты покрытия измерениями поверхности объекта изыскания, обеспечение устранения погрешностей определения координат точек поверхности, возникающих при совмещении результатов измерений, полученных на различных участках траектории движения, обеспечение возможности построения интерполированной трехмерной модели тела объекта изыскания. 2 ил.The utility model relates to the field of integrated research tools for data on the status of the coverage of the runway (WFP) in the operational time scale. The mobile laboratory is equipped with a guidance and guidance system, at least two georadars placed in front of the vehicle so that the cut lines are parallel to the longitudinal axis of the vehicle, and at least two of them pass along the vehicle width boundaries with at least two odometers equipped with three each encoders located on wheels on different bridges from different sides, by at least two Doppler track sensors located on the body from different sides above not equipped and odometers wheels, while the directions of radiation of the Doppler motion sensors are opposite. The technical result is the possibility of constructing an accurate and complete three-dimensional model of the runway, which includes ensuring the completeness of coverage by measurements of the surface of the object to be surveyed, ensuring the elimination of errors in determining the coordinates of surface points that occur when combining the measurement results obtained at different parts of the path, providing the ability to build an interpolated three-dimensional model body of the object of research. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области средств и способов комплексных изысканий данных о состоянии покрытия взлетно-посадочной полосы (ВПП) в оперативном масштабе времени. Оценка состояния ВПП подразумевает обнаружение внутренних и внешних дефектов, при последующем анализе которых оценивается пригодность ВПП для использования.The utility model relates to the field of means and methods of comprehensive research of data on the status of the coverage of the runway in the operational time scale. Assessment of the runway condition involves the detection of internal and external defects, the subsequent analysis of which assesses the suitability of the runway for use.

Из уровня техники известно несколько технических решений, являющихся аналогами по признаку назначения.In the prior art there are several technical solutions that are analogues in terms of purpose.

1) Техническое решение согласно патенту RU №2 373 324 С1, 2008 г. -"СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МОНИТОРИНГА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ПЕРЕДВИЖНОЙ ДОРОЖНОЙ ЛАБОРАТОРИИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ".1) Technical solution according to patent RU No. 2 373 324 C1, 2008 - "METHOD FOR MONITORING A STREET-ROAD NETWORK BY A MOBILE ROAD LABORATORY AND FUNCTIONAL COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION".

Согласно данному патенту посредством дорожной лаборатории контролируют параметры дорожного объекта путем перемещения вдоль дорожного полотна контрольно-измерительной системы (КИС) со средством координатной привязки результатов измерений и с функциональным комплексом (ФК) на основе, по меньшей мере, одной оптоэлектронной компоненты. Для этого КИС устанавливают на базовом транспортном средстве (БТС) с использованием виброизолированной основы для монтажа, по меньшей мере, части функциональных средств КИС и коммутационно организуют выходные каналы подсистем КИС с вычислительным комплексом. В качестве виброизолированной основы используют установленную над БТС раму с оптической станиной. В составе ФК в качестве одной из оптоэлектронных компонент используют подсистему замера продольной ровности полотна, посредством которой осуществляют построение микро профиля поверхности полотна в продольном направлении. Данную подсистему организуют на основе, по меньшей мере, одной трехмерной камеры объемного сканирования и, по меньшей мере, одного лазерного генератора линии объемного сканирования, которую формируют вдоль полосы движения. Камеру и лазерный генератор организуют на оптической станине с возможностью обеспечения сканирования посредством камеры одновременно всех точек на базовой длине сформированной лазерной линии в каждом кадре сканирования. При этом скорость перемещения БТС соотносят с частотой кадров сканирования с возможностью обеспечения частичного перекрытия изображений, формируемых в смежных кадрах, а в процессе сканирования сформированной лазерной линии посредством камеры осуществляют прямое построение профилограммы поверхности полотна посредством обработки результатов сканирования в этой камере.According to this patent, the parameters of the road object are controlled by the road laboratory by moving along the roadway a control and measuring system (CIS) with a coordinate referencing tool for the measurement results and with a functional complex (FC) based on at least one optoelectronic component. To do this, the CIS is installed on the base vehicle (BPS) using a vibration-insulated base for mounting at least part of the CIS functional means and switching output channels of the CIS subsystems with the computer complex are switched. As a vibration-insulated base, a frame with an optical bed mounted above the BPS is used. As part of the FC, as one of the optoelectronic components, a subsystem for measuring the longitudinal evenness of the web is used, by means of which a micro profile of the surface of the web is constructed in the longitudinal direction. This subsystem is organized on the basis of at least one three-dimensional volumetric scanning camera and at least one laser generator of the volumetric scanning line, which is formed along the lane. The camera and the laser generator are arranged on an optical bed with the possibility of scanning by the camera at the same time all the points on the base length of the formed laser line in each scan frame. In this case, the BPS movement speed is correlated with the scanning frame rate with the possibility of partially overlapping the images formed in adjacent frames, and during scanning of the formed laser line by means of the camera, direct construction of the surface profile of the web is performed by processing the scan results in this camera.

2) Техническое решение согласно патенту RU №2373325 С1, 2008 г. СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МОНИТОРИНГА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ПЕРЕДВИЖНОЙ ДОРОЖНОЙ ЛАБОРАТОРИИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ2) Technical solution according to patent RU No. 2373325 C1, 2008. METHOD FOR CARRYING OUT MONITORING OF A STREET-ROAD NETWORK BY MEANS OF A MOBILE ROAD LABORATORY AND FUNCTIONAL COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION

Согласно данному патенту осуществляют контроль параметров дорожного объекта посредством перемещения вдоль дорожного полотна контрольно-измерительной системы со средством координатной привязки результатов измерений и с функциональным комплексом на основе, по меньшей мере, одной оптоэлектронной компоненты. Упомянутую систему устанавливают на транспортном средстве (ТС) с использованием виброизолированной основы и коммутационно организуют выходные каналы ее подсистем с бортовым вычислительным комплексом. В качестве виброизолированной основы используют установленную над ТС раму с оптической станиной (ОС). Контрольно-измерительную систему формируют многопрофильной, для чего в составе функционального комплекса, по меньшей мере, используют подсистему замера поперечной ровности поверхности покрытия дорожной одежды, посредством которой осуществляют трехмерное построение микропрофиля упомянутой поверхности в поперечном направлении, для чего данную подсистему организуют на основе трехмерной камеры объемного сканирования и лазерного генератора линии объемного сканирования, которую формируют поперек дорожного полотна, при этом камеру и лазерный генератор пространственно организуют на ОС; подсистему замера продольной ровности поверхности покрытия дорожной одежды, посредством которой осуществляют построение микро профиля упомянутой поверхности в продольном направлении, для чего данную подсистему организуют на основе трехмерной камеры объемного сканирования и двух датчиков ускорения ОС. Сканирование исследуемого объекта в области лазерной линии осуществляют посредством общей для обеих подсистем камеры сканирования.According to this patent, control of the parameters of the road object is carried out by moving along the roadway a control and measuring system with a means of coordinate referencing of the measurement results and with a functional complex based on at least one optoelectronic component. The said system is installed on a vehicle (TS) using a vibro-insulated base and switching output channels of its subsystems with an onboard computer system are switched. As a vibration-insulated base, a frame with an optical bed (OS) installed above the vehicle is used. The control and measuring system is formed of a multidisciplinary one, for which purpose, at least, a subsystem for measuring the transverse evenness of the pavement coating surface is used as part of the functional complex, by means of which three-dimensional microprofile construction of the mentioned surface in the transverse direction is carried out, for which this subsystem is organized on the basis of a three-dimensional volumetric camera scanning and a laser generator of the volumetric scan line, which is formed across the roadway, with the camera and grain generator spatially organizing on the OS; a subsystem for measuring longitudinal evenness of the pavement coating surface, by means of which a micro profile of said surface is constructed in the longitudinal direction, for which this subsystem is organized on the basis of a three-dimensional volume scan camera and two OS acceleration sensors. Scanning of the investigated object in the laser line region is carried out by means of a scanning camera common to both subsystems.

3) Техническое решение согласно патенту RU №79109 U1, 2008 г. ПЕРЕДВИЖНАЯ ДОРОЖНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ МОНИТОРИНГА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ (ВАРИАНТЫ)3) Technical solution according to patent RU No. 79109 U1, 2008. MOBILE ROAD LABORATORY FOR MONITORING STREET-ROAD NETWORK (OPTIONS)

Согласно данному патенту на полезную модель передвижная дорожная лаборатория мониторинга улично-дорожной сети, включает базовое транспортное средство с бортовым вычислительным комплексом, функционально являющимся средством обработки регистрируемой информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени, а также стационарно установленную на базовом транспортном средстве контрольно-измерительную систему, включающую средство координатной привязки результатов измерений контролируемых параметров и функциональный комплекс, выполненный на основе, по меньшей мере, одной оптоэлектронной компоненты, при этом выходные каналы контрольно-измерительной системы коммутационно связаны с бортовым вычислительным комплексом, а, по меньшей мере, часть структурных элементов ее функционального комплекса смонтирована на базовом транспортном средстве посредством виброизолированной основы, базовое транспортное средство оснащено бортовой электростанцией, виброизолированная основа выполнена в виде стационарно установленной над транспортным средством рамы с виброизолированной оптической станиной, контрольно-измерительная система выполнена многопрофильной, для чего в состав функционального комплекса в качестве оптоэлектронных компонентов включены, по меньшей мере, подсистема замера поперечной ровности поверхности покрытия дорожной одежды, функционально являющейся средством трехмерного построения микропрофиля упомянутой поверхности в поперечном направлении, конструкция которого оснащена трехмерной камерой объемного сканирования и, как минимум, одним лазерным генератором линии объемного сканирования, выполненным в виде лазерной рейки, конструктивно и пространственно организованной с возможностью формирования упомянутой лазерной линии поперек дорожного полотна в пределах, по меньшей мере, одной полосы дорожного движения в области угла поля зрения объектива упомянутой камеры, подсистема замера продольной ровности поверхности покрытия дорожной одежды, функционально являющейся средством объемного построения микропрофиля упомянутой поверхности в продольном направлении, в состав которого включены трехмерная камера объемного сканирования и, по меньшей мере, два пространственно разнесенных вдоль поверхности оптической станины в зоне упомянутой камеры датчика ускорения оптической станины, которые функционально являются структурами, обеспечивающими возможность дифференциального исчисления исследуемых параметров продольного профиля поверхности покрытия дорожной одежды, при этом в качестве средства осуществления сканирования исследуемого объекта в области сформированной лазерной линии функционально используется одна общая для обеих подсистем камера объемного сканирования с заданной разрешающей способностью.According to this utility model patent, a mobile road laboratory for monitoring a street-road network includes a base vehicle with an on-board computer complex, which is functionally a means of processing the recorded information and transmitting the processing results to a central computer in real time, as well as permanently installed on the base vehicle control and measuring system, including means of coordinate referencing of measurement results of controlled parameters a functional complex made on the basis of at least one optoelectronic component, while the output channels of the control and measuring system are connected to the on-board computer complex, and at least part of the structural elements of its functional complex is mounted on the base vehicle through a vibration-insulated base , the base vehicle is equipped with an onboard power station, the vibration-insulated base is made in the form of a stationary mounted above the transport avg by means of a frame with a vibro-insulated optical bed, the control and measuring system is multidisciplinary, for which at least the subsystem for measuring the transverse evenness of the pavement coating surface, which is functionally a means of three-dimensional construction of the microprofile of the said surface in the transverse direction, is included in the functional complex as optoelectronic components , the design of which is equipped with a three-dimensional volumetric scanning camera and at least one laser generator rum volumetric scan lines made in the form of a laser rail, structurally and spatially organized with the possibility of forming the aforementioned laser line across the roadway within at least one traffic lane in the field of the field of view of the lens of the said camera, subsystem for measuring longitudinal evenness of the coating surface pavement, functionally a means of volumetric construction of the microprofile of the mentioned surface in the longitudinal direction, which includes three-dimensional scanning chamber and at least two spatially spaced along the surface of the optical bed in the zone of the said camera of the acceleration sensor of the optical bed, which are functionally structures that allow differential calculation of the studied parameters of the longitudinal profile of the surface of the pavement, while as a means of Scanning the studied object in the area of the formed laser line functionally uses one common I both subsystems chamber volume scanning with a predetermined resolution.

4) Техническое решение согласно патенту RU №72981 U1, 2008 г. -ПЕРЕДВИЖНАЯ ДОРОЖНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ МОНИТОРИНГА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ4) The technical solution according to patent RU No. 72981 U1, 2008 - MOBILE ROAD LABORATORY FOR MONITORING A STREET ROAD NETWORK

Согласно данному патенту передвижная дорожная лаборатория мониторинга. улично-дорожной сети, включает: базовое транспортное средство, оснащенное бортовым вычислительным комплексом, функционально являющимся средством обработки регистрируемой информации и передачи ее на центральную ЭВМ в цифровой форме, и рабочим местом оператора; а также регистрационно-измерительную систему контролируемых параметров дорожного объекта с оптической компонентой на основе светочувствительных линеек, которая стационарно установлена на базовом транспортном средстве, преимущественно, на виброизолированной основе и функционально связана с бортовым вычислительным комплексом, отличающаяся тем, что базовое транспортное средство дополнительно оснащено бортовой электростанцией и стационарно установленной над транспортным средством рамой для монтажа, по меньшей мере, части функциональных средств оптической компоненты регистрационно-измерительной системы; регистрационно-измерительная система выполнена комплексной и содержит: подсистему замера продольной ровности дорожного объекта, функционально являющуюся средством построения микропрофиля дорожного покрытия в продольном направлении, включающим, по меньшей мере, один лазерный датчик измерения продольной ровности и датчики ускорения этой подсистемы в количестве, соответствующем количеству лазерных датчиков и функционально связанных с соответствующими лазерными датчиками; подсистему регистрации дефектов проезжей части и элементов обустройства дорожного объекта, функционально являющуюся средством двухмерной оценки упомянутых дефектов дорожного покрытия, включающим линейную камеру сканирования; подсистему регистрации состояния обустройства дорожного объекта, функционально являющуюся средством оценки состояния элементов обустройства справа, слева и сверху от траектории движения базового транспортного средства, включающим, по меньшей мере, две линейные камеры бокового сканирования, установленные на раме для монтажа функциональных средств оптической компоненты регистрационно-измерительной системы с возможностью попадания в их поле зрения упомянутых контролируемых элементов; подсистему замера поперечной ровности дорожного объекта, функционально являющуюся средством трехмерного построения микропрофиля дорожного покрытия в поперечном направлении, включающим, по меньшей мере, один лазерный генератор линии объемного сканирования и камеру объемного сканирования, установленные на раме для монтажа функциональных средств оптической компоненты регистрационно-измерительной системы; по меньшей мере, двухуровневую подсистему георадарного зондирования, один из уровней которой функционально является средством оценки диэлектрической проницаемости конструктивных слоев дорожной одежды и подстилающих грунтов для регистрации толщины конструктивных слоев, включающим, по меньшей мере, один георадар коротковолнового диапазона зондирования, а другой уровень - средством регистрации инженерных сетей, пересекающих проезжую часть дорожного объекта, а также различных неоднородностей, включающим, по меньшей мере, один георадар длинноволнового диапазона зондирования; подсистемы относительного и абсолютного позиционирования, первая из которых функционально является средством линейной привязки результатов измерений, полученных при работе всех вышеуказанных подсистем к относительной системе координат, включающим в себя энкодер, а вторая - средством привязки результатов измерений, полученных при работе всех вышеуказанных подсистем к абсолютной системе координат, включающим в себя спутниковую навигационную систему.According to this patent, a mobile road monitoring laboratory. The road network includes: a base vehicle equipped with an on-board computer system, which is functionally a means of processing the recorded information and transmitting it to a central computer in digital form, and the operator’s workstation; as well as a registration and measuring system of controlled parameters of a road object with an optical component based on photosensitive rulers, which is stationary mounted on the base vehicle, mainly on a vibration-isolated basis, and is functionally connected to the onboard computer complex, characterized in that the base vehicle is additionally equipped with an onboard power station and a frame permanently mounted above the vehicle for mounting at least part of the functional flax means of the optical component of the registration and measuring system; the registration and measuring system is comprehensive and contains: a subsystem for measuring the longitudinal evenness of a road object, which is functionally a means of constructing a microprofile of a road surface in the longitudinal direction, including at least one laser sensor for measuring longitudinal evenness and acceleration sensors of this subsystem in an amount corresponding to the number of laser sensors and functionally associated with respective laser sensors; a subsystem for registration of defects of the roadway and elements of arrangement of a road object, which is functionally a means of two-dimensional assessment of the aforementioned defects of the road surface, including a linear scanning camera; a subsystem for registering the state of arrangement of a road object, which is functionally a means of assessing the state of elements of arrangement on the right, left, and top of the path of the base vehicle, including at least two linear side-scan cameras mounted on a frame for mounting functional means of the optical components of the registration and measurement systems with the possibility of falling into their field of vision of the said controlled elements; a subsystem for measuring the transverse evenness of a road object, which is functionally a means of three-dimensional construction of a microprofile of a road surface in the transverse direction, including at least one laser generator of the volume scan line and a volume scan camera mounted on the frame for mounting functional means of the optical component of the registration and measuring system; at least a two-level subsystem of georadar sounding, one of the levels of which is functionally a means of assessing the dielectric constant of structural layers of pavement and underlying soils for recording the thickness of structural layers, including at least one georadar of the short-wave range of sounding, and the other level is a means of recording engineering networks crossing the roadway of a road object, as well as various heterogeneities, including at least one GPR long wavelength sensing; subsystems of relative and absolute positioning, the first of which is functionally a means of linearly linking the measurement results obtained during operation of all the above subsystems to a relative coordinate system, including an encoder, and the second is a means of linking the measurement results obtained when all of the above subsystems operate to the absolute system coordinates, including a satellite navigation system.

Общие признаки указанных технических решений заключаются в обследовании искусственного покрытия дорожного полотна при помощи оптических и геофизических средств изыскания путем перемещения вдоль дорожного полотна контрольно-измерительной системы со средством координатной привязки результатов измерений контролируемых параметров и с функциональным комплексом на основе, по меньшей мере, одной оптоэлектронной компоненты; для этого упомянутую систему стационарно устанавливают на базовом транспортном средстве с использованием виброизолированной основы. При этом основными отличительными характеристиками являются: использование в качестве виброизолированной основы стационарно установленной над транспортным средством рамы с оптической станиной, в качестве подсистемы замера продольной ровности используют трехмерную камеру объемного сканирования в совокупности с генератором лазерной линии объемного сканирования, скорость перемещения транспортного средства соотнесена с частотой кадров сканирования для обеспечения частичного перекрытия изображений, прямое построение профилограммы продольного сечения поверхности дорожного покрытия осуществляется посредством обработки результатов сканирования непосредственно в трехмерной камере.The common features of the indicated technical solutions consist in examining the artificial surface of the roadway using optical and geophysical survey tools by moving along the roadway a control and measuring system with a means of coordinate referencing of the measurement results of the controlled parameters and with a functional complex based on at least one optoelectronic component ; for this, the said system is permanently installed on the base vehicle using a vibration-insulated base. The main distinguishing characteristics are: the use of a frame with an optical bed fixedly mounted above the vehicle as a vibration-insulated base, using a three-dimensional volumetric scanning camera in conjunction with a volumetric laser line generator as a subsystem for measuring longitudinal flatness, the vehicle moving speed is related to the frame rate scanning to provide partial overlap of images, direct construction of profilograms longitudinal section of the road surface is carried out by processing scan results directly in the three dimensional camera.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является техническое решение согласно патенту RU №2373324 С1, 2008 г. в части объекта "устройство".The closest analogue (prototype) is a technical solution according to patent RU No. 2373324 C1, 2008 in terms of the object "device".

Технические решения согласно приведенным патентам не позволяют обеспечить построение точной и полной (без разрывов, включающей поверхность и объем в глубину) трехмерной модели ВПП вследствие отсутствия возможности:Technical solutions according to the cited patents do not allow for the construction of an accurate and complete (without discontinuities, including surface and volume in depth) three-dimensional model of the runway due to the inability to

1. Контролировать полноту покрытия измерениями поверхности объекта изыскания, потому, что при перемещении измерительной системы по площади ВПП расстояния между двумя смежными траекториями прохода не контролируется, что может вызвать наличие не обследованных зон, а следовательно, необходимость многократного дообследования без гарантированного результата.1. To control the completeness of coverage by measurements of the surface of the survey object, because when moving the measuring system along the runway area, the distance between two adjacent passage paths is not controlled, which may cause the presence of unexplored zones, and therefore, the need for multiple additional examinations without a guaranteed result.

2. Обеспечить безопасность перемещения измерительной системы, так как обработка георадарных данных производится после завершения полного прохождения измерительной системы по объекту изыскания.2. Ensure the safe movement of the measuring system, since the processing of georadar data is performed after completion of the complete passage of the measuring system through the survey object.

3. Обеспечивать сведение к минимуму погрешностей определения координат точек поверхности, возникающих при совмещении результатов измерений, полученных на различных участках траектории движения, путем обработки данных о траектории и параметрах движения измерительной платформы таких, как углы наклона, угловые скорости и ускорения, изменения высоты платформы, поскольку приведенные технические решения не содержат эффективных средств для определения указанных параметров.3. To minimize the errors in determining the coordinates of surface points that occur when combining the measurement results obtained at different parts of the motion path by processing data on the path and motion parameters of the measuring platform, such as tilt angles, angular velocities and accelerations, changes in platform height, since the above technical solutions do not contain effective means for determining these parameters.

4. Определять трехмерные геометрические параметры дефектов, расположенных под поверхностью ВПП, так как единичный продольный срез, осуществляемый при помощи георадарной съемки, не позволяет построить интерполированную трехмерную модель тела объекта изыскания.4. Determine the three-dimensional geometric parameters of defects located under the surface of the runway, since a single longitudinal section carried out using georadar survey does not allow constructing an interpolated three-dimensional model of the body of the survey object.

Полезная модель при ее осуществлении и использовании обеспечивает решение всех вышеперечисленных технических проблем.A useful model in its implementation and use provides a solution to all of the above technical problems.

Техническим результатом заявленного решения является обеспечение возможности построения точной и полной (без разрывов, включающей поверхность и объем в глубину) трехмерной модели ВПП, комплексным образом являющимся следствием обеспечения полноты покрытия измерениями поверхности объекта изыскания, обеспечения безопасности перемещения измерительной системы, обеспечения минимизации погрешностей определения координат точек поверхности, возникающих при совмещении результатов измерений, полученных на различных участках траектории движения, обеспечения возможности определения трехмерных геометрических параметров дефектов, расположенных под поверхностью ВПП, обеспечения возможности построения интерполированной трехмерной модели тела объекта изыскания.The technical result of the claimed solution is to enable the construction of an accurate and complete (without gaps, including the surface and volume in depth) three-dimensional model of the runway, which in a complex way is the result of ensuring the completeness of coverage by measurements of the surface of the survey object, ensuring the safety of movement of the measuring system, minimizing errors in determining the coordinates of points surfaces arising from the combination of measurement results obtained at different parts of the trajectory d izheniya, enable determination of three-dimensional geometric parameters of defects located under the runway surface, providing the possibility of constructing the interpolated three-dimensional body model survey object.

Технический результат достигаются за счет того, что:The technical result is achieved due to the fact that:

- мобильная лаборатория оснащена системой курсоуказания и курсоудержания, что позволяет обеспечить покрытие обследуемой поверхности точками измерений с требуемой равномерной плотностью измерений;- the mobile laboratory is equipped with a guidance system and a course holding system, which makes it possible to provide coverage of the examined surface with measurement points with the required uniform measurement density;

- мобильная лаборатория оснащена как минимум двумя георадарами, размещенными перед транспортным средством так, что линии среза параллельны продольной оси транспортного средства и не менее двух из них проходят по границам ширины транспортного средства, что обеспечивает повышение безопасности перемещения измерительной системы и возможность построения. интерполированной трехмерной модели тела объекта изыскания;- the mobile laboratory is equipped with at least two ground penetrating radars located in front of the vehicle so that the cut lines are parallel to the longitudinal axis of the vehicle and at least two of them extend along the vehicle’s width borders, which ensures increased safety of movement of the measuring system and the possibility of construction. interpolated three-dimensional model of the body of the object of research;

- мобильная лаборатория оснащена не менее чем двумя одометрами, оснащенными тремя энкодерами каждый, расположенными на колесах на разных мостах с разных сторон, не менее чем двумя доплеровскими датчиками измерения пути, расположенными на кузове с разных сторон над не оснащенными одометрами колесами, при этом направления излучения доплеровских датчиков движения противоположны, что позволяет обеспечить минимизацию погрешностей определения координат точек поверхности, возникающих при совмещении результатов измерений;- the mobile laboratory is equipped with at least two odometers, each equipped with three encoders, located on wheels on different bridges from different sides, with at least two Doppler track sensors located on the body from different sides above the wheels not equipped with odometers, while the radiation directions Doppler motion sensors are opposite, which allows to minimize the errors in determining the coordinates of surface points that occur when combining measurement results;

Полезная модель иллюстрируется графическими материалами.The utility model is illustrated with graphic materials.

Фиг. 1 - Схема компоновки контрольно-измерительного оборудования на транспортном средстве вид сбоку.FIG. 1 - Layout of the instrumentation on the vehicle side view.

Фиг. 2 - Схема компоновки контрольно-измерительного оборудования на транспортном средстве вид сверху.FIG. 2 - Layout of a test equipment on a vehicle top view.

Основные составляющие мобильной лаборатории в графических изображениях обозначены следующими позициями:The main components of the mobile laboratory in graphic images are indicated by the following positions:

1 - передний лазерный датчик системы курсоуказания и курсоудержания;1 - front laser sensor for heading and heading system;

2 - георадары;2 - GPR;

3 - инерциальная система №1;3 - inertial system No. 1;

4 - автономная электростанция;4 - autonomous power station;

5 - одометр №1;5 - odometer number 1;

6 - приемник GPS/ГЛОНАСС №16 - GPS / GLONASS receiver No. 1

7 - автоматизированное рабочее место;7 - workstation;

8 - инерциальная система №2;8 - inertial system No. 2;

9 - приемник GPS/ГЛОНАСС №2;9 - GPS / GLONASS receiver No. 2;

10 - лазерное сканирующее устройство;10 - laser scanning device;

11 - импульсный источник света;11 - pulsed light source;

12 - задний лазерный датчик системы курсоуказания и курсоудержания;12 - rear laser sensor for heading and heading system;

13 - система линейного высокоточного фотографирования;13 - a system of linear high-precision photographing;

14 - доплеровский СВЧ (сверхвысокочастотный) датчик пройденного пути №1;14 - Doppler microwave (microwave) sensor traveled path number 1;

15 - доплеровский СВЧ (сверхвысокочастотный) датчик пройденного пути №2;15 - Doppler microwave (microwave) sensor traveled path number 2;

16 - одометр №2.16 - odometer number 2.

Заявленная полезная модель мобильной лаборатории осуществляется следующим образом.The claimed utility model of a mobile laboratory is as follows.

Мобильная лаборатория состоит из совокупности устройств и датчиков, которые по назначению можно выделить в следующие подсистемы.A mobile laboratory consists of a combination of devices and sensors, which, according to their purpose, can be distinguished into the following subsystems.

Подсистема определения пространственного положения предназначена для обеспечения покрытия обследуемой поверхности точками измерений без разрывов с требуемой равномерной плотностью измерений, обеспечения сведения к минимуму погрешностей определения координат точек поверхности, возникающих при совмещении результатов измерений и состоит из лазерных датчиков системы курсоуказания и курсоудержания (1, 12), одометров (5, 16), доплеровских СВЧ (сверхвысокочастотных) датчиков пройденного пути (14, 15), приемников GPS/TJIOHACC (6, 9), инерциальных систем (3, 8).The subsystem for determining the spatial position is designed to provide coverage of the examined surface with measurement points without discontinuities with the required uniform density of measurements, to minimize the errors in determining the coordinates of surface points that occur when combining measurement results and consists of laser sensors of the heading and heading system (1, 12), odometers (5, 16), Doppler microwave (microwave) sensors traveled (14, 15), GPS / TJIOHACC receivers (6, 9), inertial systems ( 3, 8).

Подсистема лазерного сканирования предназначена для сбора пространственных данных о поверхности измерения с целью последующего обнаружения дефектов и определения их размеров и состоит из трех лазерных сканирующих устройств 10.The laser scanning subsystem is designed to collect spatial data about the measurement surface for the subsequent detection of defects and determine their size and consists of three laser scanning devices 10.

Подсистема георадарной съемки предназначена для обнаружения потенциально опасных для мобильной лаборатории дефектов с последующим автоматическим остановом транспортного средства, и маркирования иных дефектов для последующего дообследования, а также сбора данных для постобработки различными методами. Подсистема георадарной съемки состоит из нескольких (не менее двух) георадаров 2, размещенных перед транспортным средством так, что линии среза параллельны продольной оси транспортного средства и не менее двух из них проходят по границам ширины транспортного средства, как изображено на фиг 1, 2.The georadar survey subsystem is designed to detect defects that are potentially dangerous for the mobile laboratory, followed by automatic stopping of the vehicle, and mark other defects for further examination, as well as collecting data for post-processing using various methods. The subsystem of georadar survey consists of several (at least two) georadars 2 located in front of the vehicle so that the cut lines are parallel to the longitudinal axis of the vehicle and at least two of them pass along the borders of the width of the vehicle, as shown in Figs. 1, 2.

Подсистема фотофиксации поверхности ВПП предназначена для обнаружения площадных дефектов, состоящих из множества сверхмалых (менее 1 мм) нарушений целостности покрытия (например, шелушения) и состоит из системы линейного высокоточного фотографирования 13, представляющую собой несколько высокоскоростных фотокамер высокого разрешения, расположенных в ряд по всей ширине транспортного средства в задней полусфере как изображено на фиг 1, 2. В состав подсистемы фотофиксации также входит импульсный источник света 11, представляющий собой набор светодиодов, генерирующих световые импульсы с частотой, кратной частоте срабатывания затвора фотокамеры.The runway surface photo-fixation subsystem is designed to detect areal defects consisting of many ultra-small (less than 1 mm) integrity violations of the coating (for example, peeling) and consists of a linear high-precision photographing system 13, which consists of several high-resolution high-resolution cameras arranged in a row across the entire width vehicle in the rear hemisphere as shown in Fig 1, 2. The photofixation subsystem also includes a pulsed light source 11, which is a set of LEDs, generating light pulses with a frequency which is a multiple frequency response camera shutter.

Также в состав оснащения мобильной лаборатории входит вспомогательное оборудование:Also, the equipment of the mobile laboratory includes auxiliary equipment:

- выносные геодезические марки с отражательным элементом и опорной GPS станцией для реализации режима RTK;- remote geodetic marks with a reflective element and a GPS reference station for the implementation of the RTK mode;

- выносные направляющие марки системы курсоуказания и курсоудержания;- remote guiding marks of the system of guidance and course holding;

- автономная электростанция 4;- autonomous power station 4;

Все перечисленные в подсистемах устройства и вспомогательное оборудование известны из уровня техники и имеют множество представленных на рынке реализаций.All of the devices and accessories listed in the subsystems are known from the prior art and have many implementations available on the market.

Порядок выполнения мониторинга.The order of monitoring.

1. Нахождение постоянных геодезических пунктов заложенных при строительстве аэродрома в целях использования их как жестких точек привязки и установка на них выносных марок.1. Finding permanent geodetic points laid down during the construction of the aerodrome in order to use them as hard points of attachment and the installation of remote marks on them.

2. Установка выносных станций RTK так, чтобы объект изыскания оказался внутри триангуляционного треугольника, каждая вершина которого и есть выносная станция. Определение пространственных координат станций.2. Installing RTK remote stations so that the object of research is inside a triangulation triangle, each vertex of which is a remote station. Determination of spatial coordinates of stations.

3. Установка выносных марок коррекции/удержания курса по краям ВПП с шагом в 3 метра, причем первая марка и соответствующая ей по курсовой линии марка с противоположной стороны ВПП ставятся в точки начала отсчета полосы изыскания.3. Installation of remote marks of course correction / retention along the runway edges with a step of 3 meters, with the first mark and the mark corresponding to it along the course line on the opposite side of the runway placed at the origin of the survey strip.

4. Расстановка в шахматном порядке, с двух сторон ВПП выносных марок, представляющих собой штатив с закрепленным на нем геодезическим триггером и установленным на них отражателями, предназначенными для сшивки и уравнивания данных (облака точек, фотографий, георадарных данных) измерений полученных с различных устройств.4. The staggered arrangement, on both sides of the runway of portable marks, which is a tripod with a geodesic trigger mounted on it and reflectors mounted on them, designed to stitch and equalize data (point clouds, photographs, georadar data) measurements obtained from various devices.

5. Выход лаборатории на позицию условного нуля, как точки начала отсчета получаемых данных.5. The laboratory reaches the conditional zero position as the reference point of the received data.

6. Засечка времени, пространственного положения и координат для инерциальных систем.6. Serif time, spatial position and coordinates for inertial systems.

7. Выставление в управляющем программном обеспечении изыскательскими приборами необходимых настроек.7. Setting the necessary settings in the control software by survey instruments.

8. Выставление точки начала исчисления и нулевого положения на АРМ-ах лаборатории.8. Setting the starting point of the calculus and the zero position on the workstation of the laboratory.

9. Начало движения и сбора данных с изыскательских приборов.9. Beginning of movement and data collection from survey instruments.

10. Прохождение лаборатории всей площади ВПП согласно разработанной траектории. С расстоянием между продольными проходами равным 3 м, при этом во время движения одновременно выполняются следующие процессы.10. Passing the laboratory of the entire runway area according to the developed trajectory. With a distance between the longitudinal aisles of 3 m, while the following processes are simultaneously performed during movement.

10.1 Сбор данных от как минимум двух георадаров, размещенных перед транспортным средством так, что линии среза параллельны продольной оси транспортного средства и не менее двух из них проходят по границам ширины транспортного средства, как показано на фиг. 2 (в представленной системе изображено пять георадаров). Техническое решение для обследования состояния внутреннего тела поверхности изыскания в виде георадара выбрано, поскольку из уровня техники известно эффективное использование георадара для исследования неоднородности внутренних сред объектов в том числе искусственных твердых покрытий. Использование не менее двух георадаров в данной конфигурации обусловлено необходимостью обеспечивать безопасность всех колес транспортного средства, поэтому приборы размещаются как минимум по двум границам ширины транспортного средства. Также описанная конфигурация вносит качественно новую возможность для систем данного назначения обеспечить построение интерполированной трехмерной модели тела объекта изыскания, что принципиально невозможно в системах, где используется один георадар.10.1. Collection of data from at least two ground penetrating radars located in front of the vehicle so that the cut lines are parallel to the longitudinal axis of the vehicle and at least two of them extend along the vehicle’s width limits, as shown in FIG. 2 (five georadars are shown in the presented system). The technical solution for examining the state of the internal body of the survey surface in the form of GPR is selected, since the prior art knows the effective use of GPR for studying the heterogeneity of the internal environments of objects, including artificial hard coatings. The use of at least two ground penetrating radars in this configuration is due to the need to ensure the safety of all wheels of the vehicle, so the instruments are placed at least at two borders of the width of the vehicle. Also, the described configuration introduces a qualitatively new opportunity for systems of this purpose to ensure the construction of an interpolated three-dimensional model of the body of the survey object, which is fundamentally impossible in systems where one GPR is used.

10.2 По данным продольных срезов, полученных с георадаров принимается решение о безопасности продолжения движения по заданной траектории. Опасность для мобильной лаборатории могут представлять площадные дефекты, размер которых превышает диаметр колеса транспортного средства, на котором размещена лаборатория, расположенные близко к несущей поверхности, по которой осуществляется движение, при этом глубина залегания дефекта (расстояние между несущей поверхностью и телом дефекта) недостаточна для образования опорного слоя, необходимого для удержания массы транспортного средства на поверхности. Такими дефектами могут являться каверны, внутренние разрушения тела плиты, вызванные заводским браком, внешними факторами среды, смещением подстилающих поверхностей и т.д.10.2 According to the data of longitudinal sections received from GPR, a decision is made on the safety of continuing movement along a given trajectory. The danger to the mobile laboratory can be areal defects, the size of which exceeds the wheel diameter of the vehicle on which the laboratory is located, located close to the bearing surface on which the movement is carried out, while the depth of the defect (the distance between the bearing surface and the defect body) is insufficient to form a support layer necessary to hold the mass of the vehicle to the surface. Such defects may include caverns, internal destruction of the plate body caused by factory defects, external environmental factors, displacement of underlying surfaces, etc.

10.3 Если принято решение, что обнаруженный дефект представляет опасность для транспортного средства подается сигнал экстренной остановки, после чего производится прекращение движения транспортного средства.10.3 If it is decided that the detected defect poses a danger to the vehicle, an emergency stop signal will be given, after which the vehicle will stop moving.

10.5 Сбор данных о видимых дефектах расположенных на поверхности объекта изыскания с подсистемы лазерного сканирования, что позволяет получить облако точек измерения отображающих размеры и расположение дефектов на поверхности объекта.10.5 Data collection on visible defects located on the surface of the survey object from the laser scanning subsystem, which allows you to get a cloud of measurement points showing the size and location of defects on the surface of the object.

10.6 Сбор данных с подсистемы фотофиксации, что позволяет получить данные (растровые фотоизображения) о наличии и расположении площадных дефектов.10.6 Data collection from the photographic fixation subsystem, which allows obtaining data (raster photo images) about the presence and location of areal defects.

10.7 Коррекция курса осуществляется для соблюдения требуемой траектории, путем ориентирования датчиков курсоукозания и курсоудержания на выносные марки-мишени, в случае отклонения луча от марки-мишени выводится сигнал о необходимости сведения к минимуму отклонения.10.7 The course correction is carried out to comply with the required trajectory, by orienting the heading and heading sensors to the remote target marks, in the case of a deviation of the beam from the target mark, a signal is displayed indicating the need to minimize deviation.

10.8 Определение пространственных координат транспортного средства и привязка пространственных координат точки измерения производится инерциальной системой по известным алгоритмам при этом производится коррекция погрешности GPS/ГЛОНАСС приемника при помощи разбития внешними выносными марками опорной RTK системы.10.8. The spatial coordinates of the vehicle are determined and the spatial coordinates of the measuring point are referenced using an inertial system according to well-known algorithms. In this case, the GPS / GLONASS receiver error is corrected by breaking the external RTK reference system marks.

10.9 Сбор данных для коррекции определения пространственного положения точек измерения: проскальзывание колес (одометры и доплеровские датчики), курсовое рыскание транспортного средства (одометры), изменение высоты корпуса транспортного средства с закрепленным оборудованием (одометры), пройденный путь (одометры и доплеровские датчики), собираются инерциальной системой по стандартным протоколам. При этом особенность размещения и компоновки (как это показано на фиг. 1 фиг. 2) обусловлена необходимостью получать данные для коррекции определения пространственного положения точек измерения наиболее полно, датчики одного типа расположены по диагонали (на одной оси датчики двух типов), что позволяет получать данные о приращениях пространственного положения всех четырех углов транспортного средства. Необходимость применения доплеровских датчиков и одометров с тремя энкодерами в одной системе обусловлена тем, что одометры не позволяют определить факт проскальзывания колеса и заносов а доплеровские датчики не позволяют определять крены транспортного средства, а в совокупности (с учетом схемы компоновки) задача коррекции определения пространственного положения точек измерения эффективно решается.10.9 Data collection for correction of determining the spatial position of measurement points: wheel slippage (odometers and Doppler sensors), vehicle yaw (odometers), change in vehicle body height with fixed equipment (odometers), distance traveled (odometers and Doppler sensors) are collected inertial system according to standard protocols. Moreover, the peculiarity of placement and layout (as shown in Fig. 1 of Fig. 2) is due to the need to obtain data for the correction of the spatial position of the measurement points most fully, sensors of the same type are located diagonally (sensors of two types on the same axis), which allows spatial increment data for all four corners of the vehicle. The need for the use of Doppler sensors and odometers with three encoders in one system is due to the fact that the odometers do not allow to determine the fact of slipping of the wheel and drifts and the Doppler sensors do not allow to determine the vehicle rolls, and together (taking into account the layout scheme) the task of correcting the determination of the spatial position of the points measurements are effectively solved.

11. Возврат лаборатории в точку начала зон требующих уточнения данных по данным/координатам GPS/ГЛОНАСС датчиков и обнаружение точного местоположения скрытых дефектов по размеченным маркирующими устройствами областям.11. Return of the laboratory to the starting point of zones requiring data refinement on GPS / GLONASS data / coordinates of sensors and detection of the exact location of hidden defects in areas marked with marking devices.

Базовые элементы заявленных технических решений прошли апробацию в ходе следующих экспериментов.The basic elements of the claimed technical solutions were tested during the following experiments.

В 2014 году в рамках инициативного эксперимента ЗАО «МНИТИ» была проведена работа по определению состояния аэродромного покрытия аэропорта «Шереметьево» методом мобильного лазерного сканирования с фотофиксацией. Проведенная в автоматизированном режиме последующая обработка результатов исследований позволила определить коэффициент ровности покрытия, значение индекса PCN, коэффициент сигнальной оценки, позволяющих определить критерии характеризующих состояние ВВП аэродрома и его эксплуатационные характеристики.In 2014, as part of an initiative experiment of CJSC “MNITI”, work was carried out to determine the state of the aerodrome coverage of Sheremetyevo Airport using the method of mobile laser scanning with photographic recording. The subsequent processing of the research results in an automated mode made it possible to determine the coefficient of evenness of the coating, the value of the PCN index, and the signal estimation coefficient, which make it possible to determine the criteria characterizing the state of GDP of the airfield and its operational characteristics.

В ходе эксперимента были апробированы методы проведения лазерного сканирования аэродромного покрытия, определены критерии точности и насыщенности точек измерений, выявлены недостатки существующей и используемой эксплуатационными службами аэропорта методами мониторинга ВПП, а также необходимость увеличение количества методов проведения изысканий данных о несущих и подстилающих поверхностях ВПП, отработаны технологические цепочки обработки данных исследований для возможности выполнения ОКР по созданию мобильной лаборатории контроля технических и эксплуатационных параметров взлетно-посадочной полос аэродромов ВВС РФ с различным типом покрытия и использования ее для определения технических и эксплуатационных характеристик, параметров аэродромного покрытия.During the experiment, the methods of laser scanning of the airfield cover were tested, the criteria for the accuracy and saturation of the measurement points were determined, the shortcomings of the runway monitoring methods existing and used by the airport operating services were identified, as well as the need to increase the number of methods for surveying data on the bearing and underlying surfaces of the runway, technological research data processing chains for the possibility of performing R&D on the creation of a mobile laboratory the role of the technical and operational parameters of the runways of the air forces of the Russian Air Force with a different type of coating and its use to determine the technical and operational characteristics, parameters of the airfield cover.

Было произведено исследование покрытия и подстилающих поверхностей ВПП аэропорта Внуково при помощи шестиканального скоростного георадара. Средняя глубина проведенного исследования составила 1,3-1,5 метра. Получены данные о 5 разноуровневых слоях асфальтобетона являющихся верхним покрытием ВПП, и о подстилающем слое ВПП, выполненном из литого цементобетона без армирования. Полученные данные были использованы в отчете о проделанных работах в рамках планово-проектных ремонтных работ на ВПП и высоко оценены эксплуатационными службами аэропорта.A study was made of the coating and underlying surfaces of the runway at Vnukovo Airport using a six-channel high-speed GPR. The average depth of the study was 1.3-1.5 meters. Data were obtained on 5 different-level layers of asphalt concrete which are the upper runway cover, and on the underlying runway layer made of cast cement concrete without reinforcement. The data obtained were used in the progress report as part of the planning and design repair work on the runway and were highly appreciated by the airport operational services.

В 2016 году, в рамках приемо-сдаточных работ после реконструкции, был проведен опыт по определению несущей способности искусственного асфальтового, бетонного, и составного железобетонно-плиточного, грунтового, покрытия, при помощи исследования покрытия методом мобильного лазерного покрытия совместно с георадарной съемкой. В качестве проверки полученных данных в контрольных точках были выполнены оценочные геологические шурфы. По результатам работ заказчику был предоставлен отчет о проделанной работе, по итогам самих работ и проверки технологической применимости было установлено, что расчет несущих и прочностных характеристик достоверен до второго знака после запятой в определенном показателе.In 2016, as part of the acceptance work after the reconstruction, an experiment was carried out to determine the bearing capacity of artificial asphalt, concrete, and composite reinforced concrete-tiled, soil, coatings, using the study of coverage using the mobile laser coating method together with georadar survey. As a check of the data obtained at the control points, estimated geological pits were made. Based on the results of the work, the customer was provided with a report on the work done, according to the results of the work itself and verification of technological applicability, it was found that the calculation of the bearing and strength characteristics is reliable to the second decimal place in a certain indicator.

Claims

A mobile laboratory for monitoring the technical and operational parameters of the runway of an aerodrome, consisting of a vehicle on which a control and measuring system is located, including a subsystem for determining the spatial position using an odometer, a receiver for the global positioning system, an inertial system, a laser scanning subsystem, a subsystem for acquiring GPR data, a subsystem for photofixing the surface of a runway, characterized in that the mobile laboratory equipped with a guidance and holding system, at least two georadars placed in front of the vehicle so that the cut lines are parallel to the longitudinal axis of the vehicle, and at least two of them pass along the vehicle’s width limits, at least two odometers equipped with three encoders each, located on wheels on different axles from different sides, by at least two Doppler motion sensors located on the body on different sides above odometer-free wheels, while m direction radiation Doppler motion sensors are opposite.