RU2642528C2 - Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere - Google Patents

Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere Download PDF

Info

Publication number
RU2642528C2
RU2642528C2 RU2016124073A RU2016124073A RU2642528C2 RU 2642528 C2 RU2642528 C2 RU 2642528C2 RU 2016124073 A RU2016124073 A RU 2016124073A RU 2016124073 A RU2016124073 A RU 2016124073A RU 2642528 C2 RU2642528 C2 RU 2642528C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cloud
coordinates
time
view
devices
Prior art date
Application number
RU2016124073A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016124073A (en
Inventor
Андрей Юрьевич Бойко
Роман Николаевич Садовников
Александр Сергеевич Самородов
Петр Евгеньевич Шлыгин
Андрей Александрович Позвонков
Валерий Дмитриевич Еремин
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "33 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ" Минобороны России
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "33 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ" Минобороны России filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "33 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ" Минобороны России
Priority to RU2016124073A priority Critical patent/RU2642528C2/en
Publication of RU2016124073A publication Critical patent/RU2016124073A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2642528C2 publication Critical patent/RU2642528C2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Nitrogen And Oxygen As The Only Ring Hetero Atoms (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: continuous circular scanning of the atmosphere near surface layer above a controlled object area along the inclined paths is carried out by not less than two fourier-spectroradiometers. By using the results of the spectroradiometers operation, the laws of angular movement of indicated cloud are established experimentally relative to each instrumentation and for each direction and moment of time when one of devices has reacted. The direction of view axis is predicted for the rest instrumentation, in which they are supposed to indicate the cloud at the same time. The coordinates of intersection points of projections of axes of instrumentation view fields projected onto a topographic map are determined. The equations describing the change over time of the cloud coordinates are found, which make it possible to predict the direction and dynamics of its propagation. The sequence of coordinates found in time is approximated by a line which is a desired propagation path of the indicated cloud of toxic gaseous substance.
EFFECT: possibility for determining the path and predicting the propagation direction of clouds of toxic gaseous substances is provided.
1 cl

Description

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, в частности к способам исследования ее газового состава, и может быть использовано при прогнозировании последствий аварий на химически опасных объектах.The invention relates to remote sensing of the atmosphere, in particular to methods for studying its gas composition, and can be used to predict the consequences of accidents at chemically hazardous facilities.

Известен способ дистанционного определения местоположения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, принятый в качестве прототипа [патент №2478995, авторы: Бойко А.Ю.; Садовников Р.Н.; Шлыгин П.Е.; Самородов А.С.; Позвонков А.А.; Тюрин Д.В.; Морозов А.Н.; Табалин С.Е.; Фуфурин И.Л.]. Круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта проводят по наклонным трассам сопряженными Фурье-спектрорадиометрами. В момент географической привязки с помощью средств спутниковой навигации предварительно определяют географические координаты, а также углы между направлением на север и направлением оптических осей приемных систем спектрорадиометров. Обнаружение и идентификацию облаков газообразных веществ проводят по спектрам их собственного излучения, регистрируемым Фурье-спектрорадиометрами. С использованием полученных данных строят проекции осей полей зрения спектрорадиометров по направлениям, в которых произошло срабатывание приборов на горизонтальную плоскость, и определяют границы местоположения облака газообразного токсичного вещества.A known method of remote location of clouds of toxic gaseous substances in the atmosphere, adopted as a prototype [patent No. 2478995, authors: Boyko A.YU .; Sadovnikov R.N .; Shlygin P.E .; Samorodov A.S .; Vertebrates A.A .; Tyurin D.V .; Morozov A.N .; Tabalin S.E .; Fufurin I.L.]. A circular scan of the surface layer of the atmosphere above the area of the controlled object is carried out along inclined paths using conjugated Fourier spectroradiometers. At the time of geo-referencing, satellite coordinates are preliminarily determined by means of satellite navigation, as well as the angles between the north direction and the direction of the optical axes of the receiving spectroradiometer systems. The detection and identification of clouds of gaseous substances is carried out according to the spectra of their own radiation recorded by Fourier spectroradiometers. Using the obtained data, projections of the axes of the fields of view of the spectroradiometers are constructed in the directions in which the devices were triggered on the horizontal plane, and the boundaries of the location of the cloud of gaseous toxic substance are determined.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

во-первых, способ не позволяет прогнозировать направление и траекторию распространения облаков токсичных газообразных веществ;firstly, the method does not allow to predict the direction and trajectory of the clouds of toxic gaseous substances;

во-вторых, при определении местоположения облаков газообразных токсичных веществ используются все данные о срабатывании приборов, без учета различия во времени идентификации. Такой подход способствует существенному увеличению погрешности определения границ местоположения облаков газообразных токсичных веществ, поскольку лишь в случае использования при расчетах информации о срабатываниях приборов разведки, совпадающих по времени, можно утверждать, что вычисленные координаты облаков газообразных токсичных веществ относятся к одному и тому же объекту индикации.secondly, when determining the location of clouds of gaseous toxic substances, all data on the operation of devices are used, without taking into account the difference in identification time. This approach contributes to a significant increase in the error in determining the location boundaries of clouds of gaseous toxic substances, since only when using information on the operation of intelligence devices that coincide in time in calculations, it can be argued that the calculated coordinates of the clouds of gaseous toxic substances relate to the same indication object.

В основу изобретения положена задача разработать способ, обеспечивающий получение следующего технического результата: определение траектории и прогнозирование направления распространения облаков токсичных газообразных веществ.The basis of the invention is the task of developing a method that provides the following technical result: determining the trajectory and predicting the direction of propagation of clouds of toxic gaseous substances.

Для решения поставленной задачи в способе определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, основанном на определении координат идентифицированных не менее чем двумя географически привязанными Фурье-спектрорадиометрами облаков газообразных веществ по точкам пересечения проекций их осей полей зрения, проводят непрерывное круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта по наклонным трассам, используя результаты срабатывания спектрорадиометров, экспериментально устанавливают законы углового перемещения индицируемого облака относительно каждого из приборов и для каждого направления и момента времени, когда сработал один из приборов, выполняют прогнозирование направления оси поля зрения для остальных приборов, в котором они предположительно могли бы индицировать облако в тот же момент времени, по этим данным определяют координаты точек пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированных на топографическую карту, и находят уравнения, описывающие изменение с течением времени координат облака, которые дают возможность прогнозировать направление и динамику его распространения, последовательность найденных координат во времени аппроксимируют линией, являющейся искомой траекторией распространения индицируемого облака зараженного воздуха.To solve the problem in a method for determining the path of the spread of clouds of toxic gaseous substances in the atmosphere, based on determining the coordinates identified by at least two geographically attached Fourier spectroradiometers of clouds of gaseous substances from the points of intersection of the projections of their axes of the field of view, a continuous circular scan of the surface layer of the atmosphere above area of the controlled object along inclined paths using the results of triggering spectroradiometers, expert mentally establish the laws of angular movement of the indicated cloud relative to each of the devices and for each direction and time when one of the devices worked, forecast the direction of the axis of the field of view for the remaining devices, in which they could supposedly indicate the cloud at the same time This data determines the coordinates of the points of intersection of the projections of the axes of the field of view of devices projected onto a topographic map, and find the equations that describe the change over time As the coordinates of the cloud, which make it possible to predict the direction and dynamics of its distribution, the sequence of coordinates found in time is approximated by a line, which is the desired path of propagation of the indicated cloud of contaminated air.

Наиболее простой алгоритм определения положения облака по данным от двух Фурье-спектрорадиометров предполагает, что известны направления осей полей зрения двух приборов при их одновременном срабатывании. Однако на практике ситуация, когда происходит одновременное срабатывание приборов, практически невозможна, поскольку их оптические зондирующие системы сканируют пространство независимо друг от друга. В этой связи необходимо для каждого момента времени, когда сработал один из приборов, выполнить прогнозирование направления оси поля зрения другого прибора, при котором он мог бы сработать в тот же момент времени.The simplest algorithm for determining the position of a cloud from data from two Fourier spectroradiometers suggests that the directions of the axes of the field of view of two devices are known when they are simultaneously triggered. However, in practice, the situation when the instruments are simultaneously triggered is practically impossible, since their optical sounding systems scan the space independently of each other. In this regard, it is necessary for each moment of time when one of the devices worked, to predict the direction of the axis of the field of view of the other device, in which it could work at the same time.

Поскольку угловая скорость вращения оптического блока Фурье-спектрорадиометра является постоянной, зависимость угла положения оси поля зрения от времени должна описываться линейным законом:Since the angular velocity of rotation of the optical block of the Fourier spectroradiometer is constant, the dependence of the angle of the axis of the field of view on time should be described by a linear law:

Figure 00000001
Figure 00000001

где αij - угол между направлением на север и продольной осью j-го спектрорадиометра в момент i-го измерения, град;where α ij - the angle between the north and the longitudinal axis of the j-th spectroradiometer at time i-th measurement, deg;

ti - момент проведения i-го измерения;t i - moment of the i-th measurement;

kj, bj - численные коэффициенты.k j , b j are numerical coefficients.

Для того чтобы уменьшить влияние случайных погрешностей, содержащихся в исходных данных, определение коэффициентов k и b можно выполнить с привлечением метода наименьших квадратов.In order to reduce the influence of random errors contained in the source data, the determination of the coefficients k and b can be performed using the least squares method.

Реализация метода наименьших квадратов при решении рассматриваемой задачи для каждого из приборов предполагает определение k и b, обеспечивающих минимизацию следующего функционала:The implementation of the least squares method in solving the problem under consideration for each of the devices involves the determination of k and b, which minimize the following functional:

Figure 00000002
Figure 00000002

где n - количество измерений.where n is the number of measurements.

Для определения k и b составим систему уравнений, для чего найдем соответствующие частные производные функционала (2) и приравняем их к нулюTo determine k and b, we compose a system of equations, for which we find the corresponding partial derivatives of functional (2) and equate them to zero

Figure 00000003
Figure 00000003

Решив полученную систему уравнений, получаем формулы для нахождения коэффициентов k и b по методу наименьших квадратов:Having solved the obtained system of equations, we obtain formulas for finding the coefficients k and b using the least squares method:

Figure 00000004
Figure 00000004

Используя данные о направлениях срабатываний Фурье-спектрорадиометров для каждого из моментов времени с помощью линейного закона (1), получаем уравнения аппроксимирующих прямых для каждого их приборов.Using data on the directions of triggering of Fourier spectroradiometers for each of the time instants using linear law (1), we obtain equations of approximating straight lines for each of their devices.

Полученные уравнения позволяют определить, для каждого из приборов, расчетные направления их осей поля зрения, при которых они могли бы сработать в тот же момент времени, когда произошло реальное срабатывание другого спектрорадиометра.The obtained equations make it possible to determine, for each of the devices, the calculated directions of their axes of the field of view at which they could work at the same moment in time when another spectroradiometer actually triggered.

С использованием реальных и расчетных направлений осей полей зрения строятся их проекции на горизонтальную плоскость для каждого момента срабатывания. Точка пересечения осей полей зрения приборов, построенных для одного и того же момента времени, указывает на положение облака токсичного газообразного вещества.Using real and calculated directions of the axes of the fields of view, their projections on the horizontal plane for each moment of operation are constructed. The point of intersection of the axes of the field of view of devices constructed for the same moment in time indicates the position of the cloud of toxic gaseous matter.

Координаты точек пересечения проекций осей полей зрения вычисляются по следующим формулам:The coordinates of the intersection points of the projections of the axes of the field of view are calculated by the following formulas:

Figure 00000005
Figure 00000005

где xобл, yобл - координаты точек пересечения проекций на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров, м;where x region , y region - the coordinates of the points of intersection of the projections onto the plane of the axes of the fields of view of the spectroradiometers, m;

х1, y1 - географические координаты 1-го спектрорадиометра, м;x 1 , y 1 - geographical coordinates of the 1st spectroradiometer, m;

х2, y2 - географические координаты 2-го спектрорадиометра, м;x 2 , y 2 - geographical coordinates of the 2nd spectroradiometer, m;

α1, α2 - углы между направлением на север и продольной осью 1-го и 2-го спектрорадиометра соответственно, град.α 1 , α 2 - the angles between the north direction and the longitudinal axis of the 1st and 2nd spectroradiometer, respectively, deg.

С использованием метода наименьших квадратов на основе вычисленных координат облака токсичного газообразного вещества находим уравнения (9) и (10), описывающие изменение координат облака с течением времени:Using the least squares method based on the calculated coordinates of a cloud of toxic gaseous matter, we find equations (9) and (10) that describe the change in the coordinates of the cloud over time:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Полученные уравнения полностью определяют направление и динамику распространения облака токсичного газообразного вещества. Из выражений (9) и (10) получаем уравнение траектории распространения облака токсичного газообразного вещества для графического отображения на карте:The obtained equations completely determine the direction and dynamics of the spread of a cloud of toxic gaseous matter. From expressions (9) and (10) we obtain the equation of the trajectory of the cloud of toxic gaseous matter for graphic display on the map:

Figure 00000008
Figure 00000008

где c, d - численные коэффициенты.where c, d are numerical coefficients.

Claims (1)

Спектрорадиометрический способ определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, основанный на определении координат идентифицированных не менее чем двумя географически привязанными Фурье-спектрорадиометрами облаков газообразных веществ по точкам пересечения проекций их осей полей зрения, отличающийся тем, что проводят непрерывное круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта по наклонным трассам, используя результаты срабатывания спектрорадиометров, экспериментально устанавливают законы углового перемещения индицируемого облака относительно каждого из приборов и для каждого направления и момента времени, когда сработал один из приборов, выполняют прогнозирование направления оси поля зрения для остальных приборов, в котором они предположительно могли бы индицировать облако в тот же момент времени, по этим данным определяют координаты точек пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированных на топографическую карту, и находят уравнения, описывающие изменение с течением времени координат облака, которые дают возможность прогнозировать направление и динамику его распространения, последовательность найденных координат во времени аппроксимируют линией, являющейся искомой траекторией распространения индицируемого облака зараженного воздуха.Spectroradiometric method for determining the propagation path of clouds of toxic gaseous substances in the atmosphere, based on determining the coordinates identified by at least two geographically attached Fourier spectroradiometers of clouds of gaseous substances from the points of intersection of the projections of their axes of the field of view, characterized in that they conduct continuous circular scanning of the surface layer of the atmosphere above area of the controlled object along inclined paths using the results of triggering spectroradiome ditch, experimentally establish the laws of angular movement of the indicated cloud relative to each of the devices and for each direction and time when one of the devices worked, forecast the direction of the axis of the field of view for the remaining devices, in which they supposedly could indicate the cloud at the same time , from these data, the coordinates of the points of intersection of the projections of the axes of the field of view of the instruments projected onto the topographic map are determined, and equations describing the change in over time, the coordinates of the cloud, which make it possible to predict the direction and dynamics of its distribution, the sequence of coordinates found in time is approximated by a line, which is the desired path of propagation of the indicated cloud of infected air.
RU2016124073A 2016-06-16 2016-06-16 Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere RU2642528C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124073A RU2642528C2 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124073A RU2642528C2 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016124073A RU2016124073A (en) 2017-12-21
RU2642528C2 true RU2642528C2 (en) 2018-01-25

Family

ID=60762822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124073A RU2642528C2 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2642528C2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478995C1 (en) * 2011-11-02 2013-04-10 Федеральное Бюджетное Учреждение 33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Spectroradiometric method for remote location of clouds of toxic gaseous substances in atmosphere

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478995C1 (en) * 2011-11-02 2013-04-10 Федеральное Бюджетное Учреждение 33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Spectroradiometric method for remote location of clouds of toxic gaseous substances in atmosphere

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С.В. Башкин и др. Результаты экспериментальных исследований панорамного инфракрасного Фурье-спектрорадиометра / Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия "Естественные науки", 2016, N2(65), с. 51-64. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016124073A (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160216304A1 (en) Rapid high-resolution magnetic field measurements for power line inspection
US20220082495A1 (en) Apparatuses, systems, and methods for gas flux measurements with mobile platforms
JP6785933B1 (en) Porosity estimation device, porosity estimation method and program
US20210364296A1 (en) Positioning method, positioning apparatus, and computer-program product
Morita et al. Decision making support of UAV path planning for efficient sensing in radiation dose mapping
RU2611564C1 (en) Method of aircrafts navigation
Patruno et al. An embedded vision system for real-time autonomous localization using laser profilometry
RU2642528C2 (en) Spectrometric method for determination of cloud propagation path of toxic gaseous substances in atmosphere
RU2338158C1 (en) Method for aircraft navigation
RU2478995C1 (en) Spectroradiometric method for remote location of clouds of toxic gaseous substances in atmosphere
DE102013000410A1 (en) Method for navigating intrinsically locomotion enabled platform relative to three-dimensional object e.g. cylinder, involves moving platform along structure of object with minimum distance based on aligned orientation to structure of object
CN110426034A (en) Indoor orientation method based on cartographic information auxiliary inertial navigation array
Pieniazek Vision based airplane localization for automatic approach
RU2617147C1 (en) Method for initial orienting gyroscopic navigation system for land mobiles
Neumann et al. Gas Tomography Up In The Air!
RU2542836C2 (en) Method of determination of state vector of passive space object
RU178696U1 (en) MOBILE LABORATORY FOR MONITORING AN AIRDROM COVERAGE OF THE TAKEOFF
Le Scouarnec et al. A positioning free calibration method for mobile laser scanning applications
RU2426073C1 (en) Navigation method of moving objects
Akahane et al. Successive observations of trajectories of vehicles with plural video cameras
RU2195632C2 (en) Complex coordinate reckoning equipment
RU2378617C1 (en) Method of space navigation and device to this end
RU2623667C1 (en) Method of navigational astronomical measurements of the coordinate of the location of a mobile object and the device for its implementation
RU2583954C2 (en) Method of determining height of cloud (versions)
RU2735311C1 (en) Direct vector cross-cut method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180617