RU2645249C1 - Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе - Google Patents

Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе Download PDF

Info

Publication number
RU2645249C1
RU2645249C1 RU2016133716A RU2016133716A RU2645249C1 RU 2645249 C1 RU2645249 C1 RU 2645249C1 RU 2016133716 A RU2016133716 A RU 2016133716A RU 2016133716 A RU2016133716 A RU 2016133716A RU 2645249 C1 RU2645249 C1 RU 2645249C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unmanned
nodes
mobile
environment
peer
Prior art date
Application number
RU2016133716A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Фёдорович Дудкин
Сергей Юрьевич Калинин
Алексей Станиславович Мовляв
Original Assignee
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
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 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") filed Critical Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Priority to RU2016133716A priority Critical patent/RU2645249C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2645249C1 publication Critical patent/RU2645249C1/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W1/00Meteorology
    • G01W1/08Adaptations of balloons, missiles, or aircraft for meteorological purposes; Radiosondes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам экологического мониторинга, использующим мультиагентные (роевые) системы наблюдения. Сущность: измеряют контролируемые параметры окружающей среды в узлах децентрализованной одноранговой сети, каждый из которых организован на беспилотном подвижном аппарате. Каждый из подвижных узлов упомянутой сети оснащён динамической геоинформационной системой. Узлы сети перемещаются для выявления объекта, влияющего на состояние окружающей среды, обмениваясь информацией о движении с другими подвижными узлами и/или выполняя корректировку сценария измерений. Технический результат: повышение оперативности и точности выявления источника воздействия на окружающую среду. 2 и 3 з.п. ф-лы.

Description

Предлагаемая группа изобретений относится к средствам мониторинга, а именно к мультиагентным (роевым) системам наблюдения и контроля за окружающей средой.
Из патента на изобретение RU 2 443 001 известен способ сбора информации об экологическом состоянии региона, в котором решается техническая проблема обеспечения достоверного мониторинга стояния моря. Предусматривается размещение стационарных и мобильных постов, связанных с центральным контрольным пунктом и оснащённых измерительной аппаратурой для регистрации сигналов, характеризующих состояние воздушной, водной, почвенной и радиационной обстановок и анализ зарегистрированных параметров по заданным критериям. Полученную информацию группируют и обрабатывают для определения временных вариаций горизонтальных и вертикальных компонент вектора гидрофизического и геофизического полей в контролируемом регионе в разнесённых пунктах. Составляют прогнозную модель распространения загрязнений путём анализа множества сценариев её формирования и ранжирования установленных объёмов по степени опасности для состояния компонентов окружающей среды. В данном случае путём анализа информации от множества датчиков контролируют состояние толщи водной (морской) среды, контроль земной и морской поверхностей, атмосферы не производится. В результате эффективность мониторинга ограничена пассивным наблюдением за множеством параметров без активного поиска объекта, вызвавшего загрязнение окружающей среды.
В патенте на изобретение RU 2 434 298, который будет выбран в качестве ближайшего аналога, описан способ обнаружения загрязнения окружающей среды (радиоактивного, химического, бактериологического, электромагнитного), решающий техническую проблему уменьшения ложных сигналов о загрязнении окружающей среды. Уменьшение количества ложных сигналов позволит повысить оперативность принятия решений в случае обнаружения неблагоприятных факторов. Предложено выполнять измерения показателей загрязнения окружающей среды датчиками (датчики радиоактивности или концентрации химически опасных веществ), встроенными в мобильные телефоны. При превышении предельно допустимой нормы контролируемого параметра информация передаётся в центральный пункт управления по каналам мобильной связи для регистрации, обработки и оценки. По результатам наблюдений строят карту обнаружения источников загрязняющих факторов. При определении превышения предельно допустимых значений и наличии нескольких тревожных сигналов сравниваются координаты и время их обнаружения. При переходе времени обнаружения и расстояния между диагностированными источниками через граничное значение подают сигнал аварии. Данный способ мониторинга ограничен средой мониторинга – воздушной среды и земной поверхностью, характеризуется пассивным наблюдением за окружающей средой, сложностью локализации реального источника выброса при небольшом количестве абонентов мобильной связи в данной местности. Использование для контроля окружающей среды мобильных телефонов может быть эффективным в городах и городских агломерациях, но может быть недостаточно эффективно в сельской местности.
В свою очередь в предложенном изобретении решается проблема оперативного и активного точного выявления источника воздействия на окружающую среду, например источника выброса химически опасных веществ, радиоактивных веществ и т.п. При осуществлении данного изобретения станет возможным не просто диагностировать факт наличия превышения параметра, влияющего на окружающую среду, но точным образом определить его координаты, выполнять оперативный мониторинг выбросов, аварии.
Указанный выше технический результат достигается при использовании способа мониторинга окружающий среды, который предусматривает измерение согласно заданному сценарию по меньшей мере одного параметра, характеризующего состояние окружающей среды. Измерение выполняют в подвижных узлах сети, составляющих сеть измерений. Каждый из подвижных узлов объединяет по меньшей мере одно средство для измерения соответствующего параметра, компьютер, радиопередающее устройство. В соответствии с выполненными измерениями формируют динамическую геоинформационную систему распределения значений по меньшей мере одного параметра, характеризующего состояние окружающей среды. По результатам выполненных измерений выявляют объект, влияющий на состояние окружающей среды. В отличие от аналога по меньшей мере один параметр, характеризующий состояние окружающей среды, измеряют в упомянутых подвижных узлах, представляющих собой, узлы (пиры) децентрализованной одноранговой (пиринговой) сети. В качестве оптимального сценария измерений принимают сценарий с выявлением максимума измеряемого параметра. Может быть предусмотрено измерение параметров, характеризующих состояние окружающей среды в узлах децентрализованной одноранговой сети, часть из которых является подвижными, а часть стационарными.
Каждый из узлов (пиров), объединяющих по меньшей мере одно средство для измерения соответствующего параметра, компьютер, радиопередающее устройство, организован на беспилотном подвижном аппарате. В качестве беспилотного подвижного аппарата в зависимости от исследуемой среды может быть использован беспилотный летательный аппарат, беспилотный автомобиль, беспилотное судно, автономный необитаемый подводный аппарат, пенетратор. Предусмотрено наличие динамической геоинформационной системы на каждом подвижном узле децентрализованной одноранговой сети. Для выявления объекта, влияющего на состояние окружающей среды, подвижные узлы децентрализованной одноранговой сети перемещают по траектории самостоятельно проложенной в геоинформационной системе. При движении по траектории каждый узел обменивается информацией о движении с другими подвижными узлами децентрализованной одноранговой сети и/или корректирует сценарий измерений. Используют беспилотный аппарат, выполненный с возможностью функционирования в составе мультиагентной системы, предусматривающий использование способа описанного выше способа.
При практическом применении предложенного способа формируют автономную мобильную беспроводную сеть средств для измерения заданного перечня параметров окружающей среды – датчиков (преобразователей). Датчики, необходимые для измерения контролируемых параметров окружающей среды, располагаются в подвижных узлах данной сети, которые наряду с датчиками включат компьютер (процессорное устройство), к которому подсоединён датчик, радиопередающее устройство, навигационное оборудование. Автономная мобильная беспроводная сеть датчиков (распределённая микропроцессорная сеть) функционирует без заранее определённого центра, то есть представляет собой децентрализованную одноранговую (пиринговую) сеть, каждый из узлов (пиров) которой равноправен по отношению к прочим узлам сети. Узлы децентрализованной сети взаимодействуют между собой на основе алгоритма роевой самоорганизации, что позволяет сформировать на практике рой беспилотных подвижных аппаратов (роботов), используемых для наблюдения окружающей среды. Для формирования роя беспилотных подвижных аппаратов оборудование каждого из узлов – компьютер с датчиком и передающим устройством размещают на своём беспилотном летательном аппарате. Конкретный тип используемых беспилотных летательных аппаратов будет зависеть от вида исследуемой среды: может быть использован беспилотный летательный аппарат (квадрокоптер и т.п.), беспилотный автомобиль, беспилотное судно, автономный необитаемый подводный аппарат (гидробот), пенетратор (криобот и т.п.).
Сформированная совокупность (рой) беспилотных аппаратов доставляется (прибывает) в заданное место использования и приводится в действие для патрулирования окружающей среды. Планируется, что децентрализованная сеть, базирующаяся на беспилотных аппаратах, может включать от трёх до тридцати двух подвижных узлов, оборудование которых размещено на этих беспилотных аппаратах. Например, совокупность квадрокоптеров какой-либо известной марки, оснащённых дозиметрами, датчиками концентрации химически опасных веществ, задымления находится в воздухе и патрулирует заданную местность (окрестности промышленного предприятия, городской район, автомобильную или железнодорожную трассу, лесной массив и т.п.). Беспилотные летательные аппараты могут обмениваться информацией с аналогичными датчиками подвижных узлов сети, расположенными на платформах беспилотных автомобилей, беспилотных судов, стационарных наблюдательных постов. Таким образом, сетью измерений может быть охвачена практически любая местность или пространство вплоть до одновременного контроля атмосферы, толщи воды вплоть до льда либо прибрежного песка, при использовании роботов пенетраторов. В результате совокупность подвижных узлов децентрализованной системы представляет собой мультиагентную системы и перемещается и взаимодействует в соответствии с роевым или муравьиным принципом. Измерительный сценарий формируется и корректируется на основе анализа массивов измерительной, геопространственной и навигационной информации с ситуационным подключением встроенной и внешних библиотек системы поддержки принятия решений для получения вспомогательной информации о метеорологической обстановке, рельефе местности и т.п.
Перемещение беспилотных летательных аппаратов начинается по маршрутам, заданным бортовыми компьютерами беспилотных аппаратов – подвижных узлов децентрализованной сети. При перемещениях беспилотных аппаратов выполняется заданный сценарий измерений параметров окружающий среды (например, радиационный фон, концентрация, аммиака оксидов азота, серы и т.п., опасных веществ, используемых в технологическом процессе в месте контроля и т.п.). Каждый подвижный узел определяет вектор (градиент) максимального изменения контролируемых параметров окружающей среды. Формируется динамическая геоинформационная система, отображающая результаты измерений, например, в виде карты, на которую нанесена соответствующая информация. Эта геоинформационная система (карта) загружается в компьютер каждого подвижного узла децентрализованной системы. В свою очередь, каждый подвижный узел – беспилотный аппарат с комплексом оборудования самостоятельно прокладывает траекторию своего движения, пытаясь приблизиться к потенциальному объекту, влияющему на типичные параметры окружающей среды, например, пытаясь выявить выбросы опасных веществ, превышение радиационного фона и т.п. Аналогично формируется график выполнения измерений. То есть выполняется активное выявление, наблюдение и, при возможности, локализация контролируемого параметра с выявлением объекта (природного или технического) источника такого изменения. Например, может быть выявлен источник аварийных выбросов химически опасных веществ до локализации с заданной точностью положения источника выбросов. При перемещениях беспилотные аппараты, то есть подвижные узлы децентрализованной системы, обмениваются по радиоканалу информацией между собой для корректировки траекторий движения, в первую очередь для того, чтобы избежать столкновений между собой, и формирования оптимального общего измерительного сценария. За оптимальный сценарий измерений принимают сценарий с выявлением максимума измеряемого параметра.
В результате предложена система мониторинга окружающей среды с использованием беспилотных подвижных аппаратов, которая обеспечит как точный и надёжный мониторинг окружающей среды, так и активное выявление и локализацию изменения наблюдаемых параметров.

Claims (9)

1. Способ мониторинга окружающей среды, предусматривающий
измерение согласно заданному сценарию по меньшей мере одного параметра, характеризующего состояние окружающей среды в подвижных узлах, каждый из которых объединяет по меньшей мере одно средство для измерения соответствующего параметра, компьютер, радиопередающее устройство,
построение динамической геоинформационной системы распределения значений по меньшей мере одного параметра, характеризующего состояние окружающей среды, по результатам выполненных измерений, выявление объекта, влияющего на состояние окружающей среды, отличающийся тем, что
указанный по меньшей мере один параметр, характеризующий состояние окружающей среды, измеряют в упомянутых подвижных узлах, представляющих собой узлы децентрализованной одноранговой сети, каждый из которых организован на беспилотном подвижном аппарате, при наличии указанной динамической геоинформационной системы на каждом подвижном узле децентрализованной одноранговой сети, и
подвижные узлы децентрализованной одноранговой сети самостоятельно перемещаются по траектории, проложенной в геоинформационной системе для выявления объекта, влияющего на состояние окружающей среды, с обменом информацией о движении с другими подвижными узлами децентрализованной одноранговой сети и/или корректировкой сценария измерений.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый беспилотный подвижный аппарат выбран из перечня, включающего по меньшей мере беспилотный летательный аппарат, беспилотный автомобиль, беспилотное судно, автономный необитаемый подводный аппарат, пенетратор.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что предусматривается обмен информацией с аналогичными датчиками стационарных наблюдательных постов.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве оптимального сценария измерений принимают сценарий с выявлением максимума измеряемого параметра.
5. Беспилотный аппарат, отличающийся тем, что выполнен с возможностью функционирования в составе мультиагентной системы, предусматривающий использование способа по пп.1-4.
RU2016133716A 2016-08-17 2016-08-17 Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе RU2645249C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133716A RU2645249C1 (ru) 2016-08-17 2016-08-17 Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133716A RU2645249C1 (ru) 2016-08-17 2016-08-17 Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645249C1 true RU2645249C1 (ru) 2018-02-19

Family

ID=61226766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016133716A RU2645249C1 (ru) 2016-08-17 2016-08-17 Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645249C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109298135A (zh) * 2018-09-04 2019-02-01 中国科学院大气物理研究所 一种用于全方位环境监测的无人车系统
CN111142538A (zh) * 2020-01-08 2020-05-12 北京工商大学 一种水环境监测的无人船运行策略实时决策方法
CN113607175A (zh) * 2021-07-24 2021-11-05 诚邦测绘信息科技(浙江)有限公司 测绘用无人船路线规划方法、系统、存储介质及智能终端
RU2765758C1 (ru) * 2021-04-23 2022-02-02 Дмитрий Николаевич Сузанский Способ траекторного управления группой беспилотных летательных аппаратов при мониторинге городской застройки

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2434298C1 (ru) * 2010-06-15 2011-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") Способ обнаружения загрязнения окружающей среды и устройство для его осуществления
RU2443001C1 (ru) * 2010-08-05 2012-02-20 Сергей Петрович Алексеев Способ сбора информации об экологическом состоянии региона и автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона
RU2536789C1 (ru) * 2013-08-09 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Система экологического мониторинга атмосферного воздуха горнопромышленной промагломерации
RU2549222C2 (ru) * 2013-05-14 2015-04-20 Олег Николаевич Бодин Система экологического мониторинга атмосферного воздуха промышленного региона

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2434298C1 (ru) * 2010-06-15 2011-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") Способ обнаружения загрязнения окружающей среды и устройство для его осуществления
RU2443001C1 (ru) * 2010-08-05 2012-02-20 Сергей Петрович Алексеев Способ сбора информации об экологическом состоянии региона и автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона
RU2549222C2 (ru) * 2013-05-14 2015-04-20 Олег Николаевич Бодин Система экологического мониторинга атмосферного воздуха промышленного региона
RU2536789C1 (ru) * 2013-08-09 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Система экологического мониторинга атмосферного воздуха горнопромышленной промагломерации

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109298135A (zh) * 2018-09-04 2019-02-01 中国科学院大气物理研究所 一种用于全方位环境监测的无人车系统
CN109298135B (zh) * 2018-09-04 2024-01-30 中国科学院大气物理研究所 一种用于全方位环境监测的无人车系统
CN111142538A (zh) * 2020-01-08 2020-05-12 北京工商大学 一种水环境监测的无人船运行策略实时决策方法
CN111142538B (zh) * 2020-01-08 2023-03-24 北京工商大学 一种水环境监测的无人船运行策略实时决策方法
RU2765758C1 (ru) * 2021-04-23 2022-02-02 Дмитрий Николаевич Сузанский Способ траекторного управления группой беспилотных летательных аппаратов при мониторинге городской застройки
CN113607175A (zh) * 2021-07-24 2021-11-05 诚邦测绘信息科技(浙江)有限公司 测绘用无人船路线规划方法、系统、存储介质及智能终端
CN113607175B (zh) * 2021-07-24 2024-03-26 诚邦测绘信息科技(浙江)有限公司 测绘用无人船路线规划方法、系统、存储介质及智能终端

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2645249C1 (ru) Способ мониторинга окружающей среды и беспилотный аппарат для использования в данном способе
CN107941988A (zh) 一种检测气体污染源的无人机设备及监测方法
CN107076826B (zh) 超宽带测距方法和设备、避障方法以及避障设备
CN108333584A (zh) 一种低空小目标远距离无人机探测系统及探测方法
CN110082782A (zh) 一种危化品园区巡检系统及其实现方法
CN101910863A (zh) 用于在Ad-Hoc网络中确定节点位置的方法、节点、装置、计算机程序和数据载体
CN109144060A (zh) 一种船舶航线的危险识别方法及系统
CN113532499B (zh) 无人系统的传感器安全性检测方法、设备及存储介质
CN105445729A (zh) 无人机飞行三维航迹精度检测方法及系统
US20040243344A1 (en) Analytical estimation of performance of a sensor system
CN105571636A (zh) 一种用于定位目标的方法及测量设备
Motroni et al. A phase-based method for mobile node localization through UHF-RFID passive tags
Octavian et al. Designing intelligent coastal surveillance based on big maritime data
Cortez et al. Distributed robotic radiation mapping
CN105547282A (zh) 一种用于移动定位目标的方法及测量设备
KR101920707B1 (ko) 영상정보 기반의 스마트 항적 정보 생성 장치 및 그 생성방법
CN110070701A (zh) 一种基于地理信息勘测系统的数据监测、预警、展示方法及应用
US9568588B2 (en) Geolocation of wireless access points for wireless platforms
CN115455814A (zh) 基于深度学习的污染源查找及污染物分布预测方法及系统
Gutierrez et al. Leakage detection using low-cost, wireless sensor networks
Folgado et al. A multi-robot surveillance system simulated in gazebo
CN114265431A (zh) 基于分布式覆盖控制的地灾监测方法及系统
GB2534020A (en) Received signal strength (RSS) geolocation
Bustamante et al. Player: an open source tool to simulate complex maritime environments to evaluate data fusion performance
EP3904900B1 (en) Method of and system for localizing a device within an environment

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200721

Effective date: 20200721