RU2779777C1

RU2779777C1 - Device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under extreme ambient temperatures by means of navigation equipment receiving signals from spacecraft (sc) of global navigation satellite systems (gnss), including glonass/gps sc signals

Info

Publication number: RU2779777C1
Application number: RU2021133080A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Карпик; Артём Владимирович Мареев; Даниил Станиславович Мамаев
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-09-13

Abstract

FIELD: satellite technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of satellite geodetic measurements and can be used to determine the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures. Essence: the device contains a measuring module (1), a power source (6), a charging device (7), a means (8) of communication for transmitting geospatial measurement data. The measuring module (1) contains an interface module (4) for power supply voltage control, an interface module (5) for digital data transmission, and a measuring unit (14). The interface module (5) for digital data transmission of the measuring module (1) contains a program block (15), a memory block (16), and a digital data transmission block (17). The measuring unit (14) of the measuring module (1) contains an active GNSS antenna (2) and a phase GNSS receiver (3). The charging device (7) contains a step-down converter (10) of the supply voltage, a balancer (11) for charging supercapacitors, a charge storage (12), a current and voltage sensor (13).

EFFECT: reduced energy consumption of the device during its operation, increased energy independence of the device during operation in the process of geodetic monitoring in real time under extreme ambient temperatures, increased efficiency of access to the information provided for analysis and assessment of the condition of controlled elements of engineering or natural objects.

1 cl, 1 dwg

Description

Техническое решение относится к области спутниковых геодезических измерений, а именно к устройствам получения, обработки и отображения геопространственной информации, компьютерным средствам преобразования с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования с помощью навигационных спутниковых систем, и может быть использовано для ведения непрерывного геодезического мониторинга деформационных процессов конструкций инженерных сооружений: плотины ГЭС, камеры шлюзов, мосты, нефтепроводы и газопроводы, нефтяные и газовые скважины или элементов природных объектов (земляные дамбы, насыпи, зоны селевых потоков, промышленные карьеры, участки интенсивной добычи полезных ископаемых, в условиях экстремальных температур окружающей среды, например, в районах вечной мерзлоты) в режиме реального времени, с целью определения планово-высотных смещений конструкций инженерных сооружений, предиктивной диагностики целостности сооружений, оперативного обнаружения первичных признаков потери устойчивости сооружений и выработки четких превентивных управляющих решений для предотвращения аварийных ситуаций на контролируемых объектах.The technical solution relates to the field of satellite geodetic measurements, namely to devices for obtaining, processing and displaying geospatial information, computer conversion tools using high-precision satellite positioning technology using navigation satellite systems, and can be used to conduct continuous geodetic monitoring of deformation processes of engineering structures : hydroelectric dams, lock chambers, bridges, oil and gas pipelines, oil and gas wells or elements of natural objects (earth dams, embankments, mudflow zones, industrial quarries, areas of intensive mining, in conditions of extreme ambient temperatures, for example, in areas of permafrost) in real time, in order to determine the planned high-altitude displacements of engineering structures, predictive diagnostics of the integrity of structures, prompt detection of primary signs of loss of strength the stability of structures and the development of clear preventive control decisions to prevent emergency situations at controlled facilities.

Известна система спутникового мониторинга смещений инженерных сооружений с использованием спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS по патенту РФ № 2467298, МПК G01M 7/00 (2006.01), G01S 19/14 (2010.01), опубликовано 20.11.2012 г. в БИ № 32, взятая в качестве аналога. Сущность данной системы заключается в том, что для определения пространственных координат элементов конструкций инженерных сооружений при помощи аппаратуры, принимающей сигналы глобальных навигационных спутниковых систем, данное устройство в своем составе имеет двухчастотные приемники ГЛОНАСС/GPS и ряд дополнительных датчиков для проведения автоматизированного мониторинга, каналообразующие средства связи, общую шину информационного обмена; базовую станцию с приемниками ГЛОНАСС/GPS и каналообразующими средствами связи; объектовый центр мониторинга, включающий автоматизированное рабочее место оператора с ПЭВМ на базе процессора, каналообразующие средства связи.A known satellite monitoring system for displacements of engineering structures using satellite navigation systems GLONASS / GPS according to the patent of the Russian Federation No. as an analogue. The essence of this system lies in the fact that in order to determine the spatial coordinates of structural elements of engineering structures using equipment that receives signals from global navigation satellite systems, this device includes dual-frequency GLONASS/GPS receivers and a number of additional sensors for automated monitoring, channel-forming communications , a common information exchange bus; base station with GLONASS/GPS receivers and channel-forming communication facilities; an object monitoring center, including an operator's workstation with a processor-based PC, channel-forming means of communication.

Общими признаками предлагаемого технического решения и аналога являются: устройство для определения пространственных координат контролируемых элементов инженерных или природных объектов при геодезическом мониторинге в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы космических аппаратов (КА) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS (в аналоге - система спутникового мониторинга смещений инженерных сооружений с использованием спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS), устройство содержит электрически связанные между собой измерительный модуль, включающий активную ГНСС-антенну и фазовый ГНСС-приемник, контроллер с энергонезависимой памятью, приемо-передающий модуль связи, источник питания, устройство зарядки, средство связи для передачи данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в удаленный сервер, выполненный в виде системы сбора, хранения, обработки данных геопространственных измерений на базе ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, с возможностью посредством компьютерной программы обработки данных геопространственных измерений и получения пространственных координат x, y, z контролируемых элементов инженерных или природных объектов (в аналоге - система содержит аппаратно-программный комплекс датчиковой и преобразующей аппаратуры, включающий двухчастотные приемники ГЛОНАСС/GPS и ряд дополнительных датчиков для проведения автоматизированного мониторинга, каналообразующие средства связи, общую шину информационного обмена; базовую станцию с приемниками ГЛОНАСС/GPS и каналообразующими средствами связи; объектовый центр мониторинга, включающий автоматизированное рабочее место оператора с ПЭВМ на базе процессора, каналообразующие средства связи).The common features of the proposed technical solution and analogue are: a device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives signals from spacecraft (SC) of global navigation satellite systems (GNSS ), including GLONASS/GPS signals (in analog - a system of satellite monitoring of displacements of engineering structures using GLONASS/GPS satellite navigation systems), the device contains an electrically interconnected measuring module, including an active GNSS antenna and a phase GNSS receiver, a controller with non-volatile memory, a transceiver communication module, a power source, a charging device, a communication facility for transmitting geospatial measurement data using GNSS satellite signals to a remote server, made in the form of a system for collecting, storing, about processing of data of geospatial measurements on the basis of a PC with general and application software, with the possibility of using a computer program for processing data of geospatial measurements and obtaining spatial coordinates x, y, z of controlled elements of engineering or natural objects (in analog - the system contains a hardware-software complex of sensor and converting equipment, including dual-frequency GLONASS / GPS receivers and a number of additional sensors for automated monitoring, channel-forming communications, a common information exchange bus; base station with GLONASS/GPS receivers and channel-forming communication facilities; object monitoring center, including an operator's workstation with a processor-based PC, channel-forming communication facilities).

Недостатком системы является то, что для обеспечения возможности всепогодной эксплуатации аппаратно-программного комплекса датчиковой и преобразующей аппаратуры (от - 50 до + 60 °C) используются всепогодные прочные корпуса. Такие корпуса отличаются высокой стоимостью в отличие от обычных пылевлагозащищенных корпусов и в случае потери герметичности и целостности тепловой защиты, такая система имеет риск не только остановки работы оборудования, но и утраты работоспособности из-за выхода из строя устанавливаемых кислотных или литиево-ионных аккумуляторов. Кроме того, литиево-ионный или кислотный аккумулятор имеет склонность к потере емкости в процессе длительной эксплуатации в условиях экстремальных температур, что обуславливает необходимость эпизодической замены аккумуляторных батарей, вследствие чего увеличивается стоимость обслуживания и эксплуатации систем, устанавливаемых в труднодоступных местах, что в свою очередь приводит к увеличению стоимости оборудования для спутникового мониторинга, а значит, в целом существенно снижается эффективность и надежность работы данной системы. Известна система высокоточного мониторинга смещений инженерных сооружений по патенту РФ № 2496124, МПК G01S 19/42 (2010.01), G01S 5/14 (2006.01), опубликовано 20.10.2013 г. в БИ № 29, взятая в качестве прототипа.The disadvantage of the system is that in order to ensure the possibility of all-weather operation of the hardware-software complex of sensor and converting equipment (from -50 to +60 °C), all-weather rugged cases are used. Such enclosures are expensive, unlike conventional dust and moisture-proof enclosures, and in case of loss of tightness and integrity of thermal protection, such a system has the risk of not only stopping the operation of the equipment, but also loss of performance due to failure of the installed acid or lithium-ion batteries. In addition, a lithium-ion or acid battery tends to lose capacity during prolonged use in extreme temperatures, which necessitates occasional battery replacement, which increases the cost of maintenance and operation of systems installed in hard-to-reach places, which in turn leads to to an increase in the cost of equipment for satellite monitoring, which means that, in general, the efficiency and reliability of the operation of this system is significantly reduced. A known system for high-precision monitoring of displacements of engineering structures according to the patent of the Russian Federation No. 2496124, IPC G01S 19/42 (2010.01), G01S 5/14 (2006.01), published on 10.20.2013 in BI No. 29, taken as a prototype.

Сущность данной системы состоит в том, что для определения пространственных координат контролируемых элементов конструкций инженерных сооружений при помощи аппаратуры, принимающей сигналы глобальных навигационных спутниковых систем, на контролируемых точках инженерных сооружений устанавливают измерительные модули с активной ГНСС-антенной и фазовым ГНСС-приемником. Одновременно с этим обеспечивают функционирование приемной аппаратуры ГНСС в одной опорной точке, обеспечивая одновременный прием сигналов одних и тех же спутников на навигационной аппаратуре на контролируемых точках инженерных сооружений и на приемной аппаратуре ГНСС на фиксированных опорных точках. Далее в течение заданного времени производят сеанс одновременного набора спутниковых измерений на навигационной и приемной аппаратуре ГНСС. Результаты спутниковых геодезических измерений по сигналам одних и тех же навигационных КА ГНСС передают в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, с помощью компьютерной программы выполняют обработку данных, получают пространственные координаты x, y, z элементов конструкций инженерных сооружений. The essence of this system is that in order to determine the spatial coordinates of the controlled structural elements of engineering structures using equipment that receives signals from global navigation satellite systems, measuring modules with an active GNSS antenna and a phase GNSS receiver are installed at the controlled points of engineering structures. At the same time, the operation of the GNSS receiving equipment at one reference point is ensured, ensuring simultaneous reception of signals from the same satellites on navigation equipment at controlled points of engineering structures and on GNSS receiving equipment at fixed reference points. Then, during a specified time, a session of simultaneous set of satellite measurements is made on the navigation and receiving equipment of the GNSS. The results of satellite geodetic measurements based on the signals of the same GNSS navigation spacecraft are transmitted to a PC with general and application software, data processing is performed using a computer program, spatial coordinates x, y, z of engineering structures are obtained.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются: устройство для определения пространственных координат контролируемых элементов инженерных или природных объектов при геодезическом мониторинге в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS (в прототипе - система высокоточного мониторинга смещений инженерных сооружений), устройство содержит электрически связанные между собой измерительный модуль, включающий активную ГНСС-антенну и фазовый ГНСС-приемник, контроллер с энергонезависимой памятью, приемо-передающий модуль связи, источник питания, устройство зарядки, средство связи для передачи данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в удаленный сервер, выполненный в виде системы сбора, хранения, обработки данных геопространственных измерений на базе ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, с возможностью посредством компьютерной программы обработки данных геопространственных измерений и получения пространственных координат x, y, z контролируемых элементов инженерных или природных объектов (в прототипе - система содержит измерительный модуль, включающий навигационную антенну ГЛОНАСС/GPS, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, контроллер с энергонезависимой памятью, приемо-передающий модуль связи, аккумуляторную батарею, устройство зарядки аккумуляторной батареи, автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ).The common features of the proposed technical solution and the prototype are: a device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives GNSS satellite signals, including GLONASS/GPS signals (in prototype - a system for high-precision monitoring of displacements of engineering structures), the device contains an electrically interconnected measuring module, including an active GNSS antenna and a phase GNSS receiver, a controller with non-volatile memory, a transceiver communication module, a power source, a charging device, a communication means for data transmission of geospatial measurements by GNSS satellite signals to a remote server, made in the form of a system for collecting, storing, processing data of geospatial measurements based on a PC with general and application software, with the possibility of mediating using a computer program for processing data of geospatial measurements and obtaining spatial coordinates x, y, z of controlled elements of engineering or natural objects (in the prototype, the system contains a measuring module that includes a GLONASS/GPS navigation antenna, a GLONASS/GPS navigation receiver, a controller with non-volatile memory, a receiver -transmitting communication module, storage battery, battery charger, PC-based operator workstation).

Недостатком этой системы является то, что в ней для обеспечения возможности всепогодной эксплуатации аппаратно-программного комплекса датчиковой и преобразующей аппаратуры (от - 50 до + 60 °C) для них также, как в аналоге, используются всепогодные прочные корпуса, которые отличаются высокой стоимостью в отличие от обычных пылевлагозащищенных корпусов и в случае потери герметичности и целостности тепловой защиты, такая система имеет риск не только остановки работы оборудования, но и утраты работоспособности из-за выхода из строя устанавливаемых кислотных или литиево-ионных аккумуляторов. Также использование всесепогодных защищенных корпусов обуславливает необходимость установки большого количества источников питания высокой мощности для обеспечения оптимального уровня температуры внутри корпуса, что также приводит к увеличению стоимости оборудования для спутникового мониторинга, а значит, в целом, существенно снижается эффективность и надежность работы данной системы.The disadvantage of this system is that in order to ensure the possibility of all-weather operation of the hardware-software complex of sensor and converting equipment (from -50 to + 60 °C), all-weather rugged cases are used for them, as in the analogue, which are characterized by high cost in Unlike conventional dust and moisture-proof enclosures, and in case of loss of tightness and integrity of thermal protection, such a system has the risk of not only stopping the operation of the equipment, but also loss of performance due to failure of the installed acid or lithium-ion batteries. Also, the use of all-weather protected cases necessitates the installation of a large number of high-power power supplies to ensure the optimal temperature level inside the case, which also leads to an increase in the cost of equipment for satellite monitoring, which means, in general, the efficiency and reliability of this system is significantly reduced.

Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности и надежности геодезического мониторинга планово-высотных смещений контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS, за счет снижения энергопотребления и повышения энергонезависимости устройства в целом при его эксплуатации в режиме реального времени при работе в полевых условиях, а также за счет повышения оперативности доступа к предоставляемой информации для анализа и оценки состояния контролируемых элементов инженерных или природных объектов путем использования устройства интерфейсно-модульного исполнения и организации взаимосвязи посредством электрических, цифровых и программно-логических каналов связи, снижению зависимости от человеческого фактора по энергоснабжению устройства, что в конечном счете позволяет повысить эффективность и надежность геодезического мониторинга планово-высотных смещений контролируемых элементов инженерных или природных объектов.The technical problem being solved is to increase the efficiency and reliability of geodetic monitoring of planned-altitude displacements of controlled elements of engineering or natural objects in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives GNSS satellite signals, including GLONASS / GPS signals, by reducing energy consumption and increase the energy independence of the device as a whole during its operation in real time when working in the field, as well as by increasing the efficiency access to the information provided for the analysis and assessment of the state of controlled elements of engineering or natural objects by using a device of interface-modular design and organizing interconnection through electrical, digital and software-logical communication channels, reducing dependence on the human factor in terms of power supply of the device, which ultimately allows improve the efficiency and reliability of geodetic monitoring of planned-altitude displacements of controlled elements of engineering or natural objects.

Технический результат заключается в снижении энергопотребления устройства при его эксплуатации, повышении его энергонезависимости при эксплуатации в процессе геодезического мониторинга в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды, кроме того, в повышении оперативности доступа к представляемой информации для анализа и оценки состояния контролируемых элементов инженерных или природных объектов.The technical result consists in reducing the energy consumption of the device during its operation, increasing its energy independence. during operation in the process of geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures, in addition, in increasing the speed of access to the information provided for analyzing and assessing the state of controlled elements of engineering or natural objects.

Поставленная техническая проблема решается тем, что в устройстве для определения пространственных координат контролируемых элементов инженерных или природных объектов при геодезическом мониторинге в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS, которое содержит электрически связанные между собой измерительный модуль, включающий активную ГНСС-антенну и фазовый ГНСС-приемник, контроллер с энергонезависимой памятью, приемо-передающий модуль связи, источник питания, устройство зарядки, средство связи для передачи данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в удаленный сервер, выполненный в виде системы сбора, хранения, обработки данных геопространственных измерений на базе ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, с возможностью посредством компьютерной программы обработки данных геопространственных измерений и получения пространственных координат x, y, z контролируемых элементов инженерных или природных объектов, согласно техническому решению в упомянутом измерительном модуле контроллер с энергонезависимой памятью выполнен в виде интерфейсного модуля управления напряжением питания с возможностью при снижении уровня напряжения питания ниже порогового значения автоматически отключать напряжение питания на упомянутом приемо-передающем модуле связи, который выполнен в виде интерфейсного модуля передачи цифровых данных геопространственных измерений с возможностью записи, хранения, чтения коротких сеансов ГНСС-измерений и передачи через указанное средство связи цифровых данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в упомянутый удаленный сервер. Причем указанные интерфейсный модуль управления напряжением питания и программный блок интерфейсного модуля передачи цифровых данных соединены между собой посредством цифровой программно-логической связи в программе упомянутого интерфейсного модуля управления напряжением питания соответственно. Упомянутое устройство зарядки выполнено в виде последовательно соединенных между собой при помощи электрической связи понижающего преобразователя напряжения питания, балансира зарядки суперконденсаторов, накопителя заряда, выполненного в виде, по меньшей мере, двух суперконденсаторов, последовательно соединенных между собой, и датчика тока и напряжения, электрически соединенного с интерфейсным модулем управления напряжением питания, а понижающий преобразователь напряжения питания электрически соединен с упомянутым источником питания, который выполнен в виде источника возобновляемой энергии. При этом упомянутые активная ГНСС-антенна и фазовый ГНСС-приемник образуют измерительный блок, выполненный в виде единой платформы, закрепленной в заранее выбранных точках на контролируемых элементах инженерных или природных объектов, представляющих собой набор опорных пунктов геодезической сети, включающей геодезические реперы и сеть постоянно действующих базовых станций ГНСС, принимающих сигналы КА ГНСС, КА ГЛОНАСС/GPS, при геодезическом мониторинге контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды. При этом в измерительном блоке аналоговый выход активной ГНСС-антенны подключен к аналоговому входу фазового ГНСС-приемника, цифровой выход которого соединен с цифровым входом программного блока интерфейсного модуля передачи цифровых данных, в котором цифровой вход-выход программного блока соединен с цифровым входом-выходом блока памяти, а другой цифровой выход программного блока соединен с цифровым входом блока передачи цифровых данных с возможностью через указанное средство связи передачи данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в упомянутый удаленный сервер.The technical problem posed is solved by the fact that in a device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives GNSS satellite signals, including GLONASS / GPS signals, which contains electrically interconnected measurement module, including an active GNSS antenna and a phase GNSS receiver, a controller with non-volatile memory, a transceiver communication module, a power source, a charging device, a communication facility for transmitting geospatial measurement data via GNSS satellite signals to a remote server, made in the form of a system for collecting, storing, processing geospatial measurement data based on a PC with general and application software, with the possibility of using a computer program for processing geospatial measurement data and obtaining spatial coordinates x, y, z of controlled elements of engineering or natural objects, according to the technical solution in the mentioned measuring module, the controller with non-volatile memory is made in the form of an interface module for controlling the supply voltage with the ability to automatically turn off the supply voltage at the said transceiver communication module, which is made in the form of an interface module for digital data transmission, when the supply voltage level drops below the threshold value geospatial measurements with the possibility of recording, storing, reading short sessions of GNSS measurements and transmitting digital data of geospatial measurements via GNSS satellite signals to the mentioned remote server via the specified communication facility. Moreover, the specified interface module for supply voltage control and the program block of the interface module for digital data transmission are interconnected by means of digital program-logical connection in the program of the mentioned interface module for supply voltage control, respectively. Said charging device is made in the form of a step-down supply voltage converter, a supercapacitor charging balancer, a charge accumulator made in the form of at least two supercapacitors connected in series, and a current and voltage sensor electrically connected with a supply voltage control interface module, and the supply voltage step-down converter is electrically connected to the said power source, which is made in the form of a renewable energy source. At the same time, the mentioned active GNSS antenna and the phase GNSS receiver form a measuring unit, made in the form of a single platform, fixed at pre-selected points on the controlled elements of engineering or natural objects, which is a set of reference points of a geodetic network, including geodetic benchmarks and a network of permanently operating GNSS base stations receiving GNSS, GLONASS/GPS signals during geodetic monitoring of controlled elements of engineering or natural objects in real time under conditions of extreme ambient temperatures. At the same time, in the measuring unit, the analog output of the active GNSS antenna is connected to the analog input of the phase GNSS receiver, the digital output of which is connected to the digital input of the program block of the interface module for digital data transmission, in which the digital input-output of the program block is connected to the digital input-output of the block memory, and the other digital output of the program unit is connected to the digital input of the digital data transmission unit with the possibility of transmitting geospatial measurement data by GNSS satellite signals to the mentioned remote server through the specified communication facility.

Указанная совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность и надежность геодезического мониторинга планово-высотных смещений контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS, за счет снижения энергопотребления работы устройства, то есть обеспечения энергоэкономичности устройства в целом при его эксплуатации в режиме реального времени при работе в полевых условиях, при экстремальных температурах окружающей среды, путем использования интерфейсного модуля управления напряжением питания, который обеспечивает при снижении уровня напряжения питания ниже порогового значения автоматическое отключение напряжения питания на интерфейсном модуле передачи цифровых данных, то есть позволяет снизить энергопотребление устройства в целом, переводить его в «спящий» режим. Это, во-первых, позволяет повысить срок службы электронных частей устройства, а значит, повысить эффективность эксплуатации устройства, и, во-вторых, позволяет автоматически накапливать энергию до необходимого значения, а значит, повысить экономичность и надежность эксплуатации устройства в целом при его работе в режиме реального времени в тяжелых полевых условиях, особенно, в условиях экстремальных температур окружающей среды. Кроме того, указанная совокупность признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность геодезического мониторинга инженерных или природных объектов в режиме реального времени за счет снижения зависимости от человеческого фактора, так как применение устройства зарядки предложенной конструкции с использованием в качестве накопителей заряда суперконденсаторов в устройстве зарядки и питания позволяет отказаться от всепогодных защищенных корпусов, так как диапазон их рабочих температур от - 40 до + 60 °C значительно превышает диапазон рабочих температур кислотных и литиево-ионных аккумуляторов от - 10 до + 50 °C, которые используются в известных устройствах. Также суперконденсаторы не имеют эффекта снижения емкости со временем, что также повышает надежность и экономичность эксплуатации предлагаемого устройства. Использование в качестве фазовых ГНСС-приемников ГЛОНАСС/GPS сигналов в измерительном блоке, например, энергоэффективных модулей типа Ublox m8p или Ublox ZedF9P, а в качестве интерфейсного модуля управления напряжением питания, например, контроллера типа Attiny фирмы Microchip, а также в качестве интерфейсного модуля передачи цифровых данных связки энергоэффективных модулей, например, типа SX1262 (Lora) компании Ebyte и ESP8266/ESP32 компании Espressif Systems совместно, позволяет значительно снизить энергопотребление предлагаемого устройства и, соответственно, использовать небольшое количество суперконденсаторов в качестве накопителей заряда. Это позволяет повысить экономичность и надежность эксплуатации устройства в целом при его работе в режиме реального времени в тяжелых полевых условиях, особенно, при экстремальных температурах окружающей среды. Также указанная совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность и надежность геодезического мониторинга инженерных или природных объектов в режиме реального времени за счет повышения его энергонезависимости при эксплуатации в процессе геодезического мониторинга путем применения источника питания, который выполнен в виде источника возобновляемой энергии, то есть с помощью автономной энергосберегающей технологии, который позволяет эффективно и автономно эксплуатировать устройство предложенной конструкции в тяжелых полевых условиях, особенно, в районах Крайнего Севера, где, в основном, построены крупные технологические комплексы, требующие постоянного геодезического мониторинга, а также на контролируемых участках земной поверхности в районах вечной мерзлоты, тем самым повышая безопасность эксплуатации инженерных или природных объектов. Кроме того, указанная совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить оперативность доступа к предоставляемой информации для анализа и оценки состояния контролируемых элементов инженерных или природных объектов с целью предиктивной диагностики целостности сооружений, а также оперативного обнаружения первичных признаков потери устойчивости сооружений для выработки четких превентивных управляющих решений и предотвращения аварийных ситуаций на контролируемых объектах за счет применения в блоке передачи цифровых данных, например, модуля SX1262 (LoRa) и современного протокола коммуникации автоматизированных устройств MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), что позволяет определять смещения контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях редкой сети устройств мониторинга (с расстояниями между устройствами до 20 км), тем самым повышая безопасность эксплуатации инженерных или природных объектов.The specified set of essential features of the proposed technical solution makes it possible to increase the efficiency and reliability of geodetic monitoring of planned and high-altitude displacements of controlled elements of engineering or natural objects in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives GNSS satellite signals, including GLONASS / GPS signals, by reducing the power consumption of the device, that is, ensuring the energy efficiency of the device as a whole during its operation in real time when working in the field, at extreme ambient temperatures, by using an interface module for controlling the supply voltage, which provides, when the supply voltage level drops below the threshold values automatic switch-off supply voltage on the interface module for digital data transmission, that is, it allows to reduce the power consumption of the device as a whole, to put it into "sleep" mode. This, firstly, allows you to increase the service life of the electronic parts of the device, and therefore increase the efficiency of the device, and, secondly, allows you to automatically accumulate energy to the required value, which means to increase the efficiency and reliability of the operation of the device as a whole during its operation. in real time in difficult field conditions, especially in extreme ambient temperatures. In addition, the specified combination of features of the proposed technical solution makes it possible to increase the efficiency of geodetic monitoring of engineering or natural objects in real time by reducing the dependence on the human factor, since the use of a charging device of the proposed design using supercapacitors as charge accumulators in the charging and power device allows refuse all-weather protected housings, since their operating temperature range from -40 to + 60 ° C significantly exceeds the operating temperature range of acid and lithium-ion batteries from - 10 to + 50 ° C, which are used in known devices. Also, supercapacitors do not have the effect of reducing the capacitance over time, which also increases the reliability and efficiency of operation of the proposed device. Use as phase GNSS receivers GLONASS / GPS signals in the measuring unit, for example, energy-efficient modules such as Ublox m8p or Ublox ZedF9P, and as an interface module for controlling the supply voltage, for example, an Attiny type controller from Microchip, as well as an interface transmission module digital data bundle of energy-efficient modules, for example, such as SX1262 (Lora) from Ebyte and ESP8266 / ESP32 from Espressif Systems together, can significantly reduce the power consumption of the proposed device and, accordingly, use a small number of supercapacitors as charge storage devices. This makes it possible to increase the efficiency and reliability of the operation of the device as a whole during its real-time operation in difficult field conditions, especially at extreme ambient temperatures. Also, the specified set of essential features of the proposed technical solution makes it possible to increase the efficiency and reliability of geodetic monitoring of engineering or natural objects in real time by increasing its energy independence during operation in the process of geodetic monitoring by using a power source, which is made in the form of a renewable energy source, that is, with using an autonomous energy-saving technology that allows you to effectively and autonomously operate the device of the proposed design in difficult field conditions, especially in the Far North, where large technological complexes are mainly built that require constant geodetic monitoring, as well as on controlled areas of the earth's surface in areas permafrost, thereby increasing the safety of engineering or natural facilities. In addition, the specified set of essential features of the proposed technical solution makes it possible to increase the speed of access to the information provided for the analysis and assessment of the state of controlled elements of engineering or natural objects in order to predict the integrity of structures, as well as prompt detection of primary signs of loss of stability of structures to develop clear preventive control decisions and prevention of emergencies at controlled objects through the use of digital data in the transmission unit, for example, the SX1262 (LoRa) module and the modern communication protocol for automated devices MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), which allows you to determine the displacement of controlled elements of engineering or natural objects in real time time in conditions of a rare network of monitoring devices (with distances between devices up to 20 km), thereby increasing the safety of the operation of engineering or natural objects.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конструктивного исполнения устройства для определения пространственных координат контролируемых элементов инженерных или природных объектов при геодезическом мониторинге в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS (далее - устройство), и чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство (см. чертеж), содержит электрически связанные между собой измерительный модуль 1, включающий активную ГНСС-антенну 2 и фазовый ГНСС-приемник 3, интерфейсный модуль 4 управления напряжением питания (далее - интерфейсный модуль 4), интерфейсный модуль передачи цифровых данных 5 (далее - интерфейсный модуль 5), источник питания 6, устройство зарядки 7, средство связи для передачи данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС 8 (далее - средство связи 8) в удаленный сервер 9. Удаленный сервер 9 выполнен в виде системы сбора, хранения, обработки данных геопространственных измерений на базе ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением через средство связи 8, с возможностью посредством компьютерной программы обработки данных геопространственных измерений и получения пространственных координат x, y, z контролируемых элементов инженерных или природных объектов. Интерфейсный модуль 4 выполнен с возможностью автоматически отключать напряжение питания на интерфейсном модуле 5 при снижении уровня напряжения питания ниже порогового значения. Интерфейсный модуль 4 выполнен, например, в виде контроллера типа Attiny, фирмы Microchip. Интерфейсный модуль 5 выполнен, например, в виде контроллера типа Lora SX1262 фирмы Ebyte и ESP8266 фирмы Espressif Systems с возможностью записи, хранения, чтения коротких сеансов ГНСС-измерений и передачи посредством средства связи 8 данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в упомянутый удаленный сервер 9. Интерфейсный модуль 4 и интерфейсный модуль 5 соединены между собой посредством цифрового программно-логического канала связи в программе упомянутого интерфейсного модуля 4 соответственно. Использование в качестве фазового ГНСС-приемника 3, например, приемника ГЛОНАСС/GPS сигналов на базе энергоэффективных модулей типа Ublox m8p или Ublox ZedF9P, а в качестве интерфейсного модуля 4 контроллера типа Attiny, а также в качестве интерфейсного модуля 5 связки энергоэффективных модулей типа Lora SX1262 и ESP8266 совместно, позволяет значительно снизить энергопотребление предлагаемого устройства и, соответственно, использовать в качестве накопителей заряда небольшое количество суперконденсаторов. Устройство зарядки 7 выполнено в виде последовательно соединенных между собой посредством электрической связи понижающего преобразователя напряжения питания 10 (далее - понижающий преобразователь 10), балансира зарядки суперконденсаторов 11 (далее - балансир 11), накопителя заряда 12, выполненного в виде, по меньшей мере, двух суперконденсаторов, последовательно соединенных между собой, и датчика тока и напряжения 13 (далее - датчик 13), электрически соединенного с интерфейсным модулем 4. Использование в качестве накопителя заряда суперконденсаторов 12 в устройстве зарядки 7 с источником питания 6 позволяет отказаться от всепогодных защищенных корпусов, так как их диапазон рабочих температур от - 40 до + 60°C значительно превышает диапазон рабочих температур кислотных и литиево-ионных аккумуляторов (от - 10 до + 50 °C), которые используются в известных устройствах. Также суперконденсаторы практически свободны от эффекта снижения емкости со временем, что также повышает надежность и экономичность эксплуатации предлагаемого устройства. При этом понижающий преобразователь 10 электрически соединен с упомянутым источником питания 6, который выполнен в виде источника возобновляемой энергии, например, в виде монокристаллической солнечной батареи малой мощности, от 30 Вт. При этом работа устройства гарантируется в зимний период в средних широтах при постоянной установке солнечной панели под углом 90° к горизонту. К чему такая установка солнечной панели снижает вероятность потери источника питания 6 из-за обледенения и образования снежного покрова. Активная ГНСС-антенна 2 и фазовый ГНСС-приемник 3 образуют измерительный блок 14, выполненный в виде единой платформы, закрепленной в заранее выбранных точках на контролируемых элементах инженерных или природных объектов и представляющих собой набор опорных пунктов геодезической сети, включающей геодезические реперы и сеть постоянно действующих базовых станций ГНСС, принимающих сигналы КА ГНСС, КА ГЛОНАСС/GPS, при геодезическом мониторинге контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды. Аналоговый выход активной ГНСС-антенны 2 подключен к аналоговому входу фазового ГНСС-приемника 3, цифровой выход которого соединен с цифровым входом программного блока 15 интерфейсного модуля 5, в котором цифровой вход-выход программного блока 15 соединен с цифровым входом-выходом блока памяти 16, а другой цифровой выход программного блока 15 соединен с цифровым входом блока передачи цифровых данных 17 (далее - блок 17) с возможностью через указанное средство связи 8 передачи данных геопространственных измерений по сигналам КА ГНСС в упомянутый удаленный сервер 9.The essence of the proposed technical solution is illustrated by an example of the design of a device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives GNSS satellite signals, including GLONASS / GPS signals (hereinafter - device), and a drawing showing a block diagram of the proposed device. The device (see the drawing) contains electrically interconnected measuring module 1, including an active GNSS antenna 2 and a phase GNSS receiver 3, an interface module 4 for controlling the supply voltage (hereinafter referred to as interface module 4), an interface module for digital data transmission 5 ( hereinafter referred to as interface module 5), power source 6, charging device 7, communication means for transmitting data of geospatial measurements using GNSS satellite signals 8 (hereinafter referred to as communication means 8) to a remote server 9. Remote server 9 is designed as a system for collecting, storing, data processing of geospatial measurements on the basis of a PC with general and application software through a communication facility 8, with the possibility of using a computer program for processing data of geospatial measurements and obtaining spatial coordinates x, y, z of controlled elements of engineering or natural objects.The interface module 4 is configured to automatically turn off supply voltage on the interface module 5 when the supply voltage level drops below the threshold value. The interface module 4 is made, for example, in the form of an Attiny-type controller from Microchip. The interface module 5 is made, for example, in the form of a controller of the type Lora SX1262 from Ebyte and ESP8266 from Espressif Systems with the ability to record, store, read short sessions of GNSS measurements and transmit geospatial measurements data via GNSS satellite signals to the mentioned remote server 9 via communication means 8 The interface module 4 and the interface module 5 are interconnected via a digital program-logical communication channel in the program of the said interface module 4, respectively. Use as a phase GNSS receiver 3, for example, a GLONASS / GPS signal receiver based on energy-efficient modules such as Ublox m8p or Ublox ZedF9P, and as an interface module 4 of an Attiny-type controller, as well as an interface module 5 of a bundle of energy-efficient modules such as Lora SX1262 and ESP8266 together, can significantly reduce the power consumption of the proposed device and, accordingly, use a small number of supercapacitors as charge storage devices. The charging device 7 is made in the form of a step-down power supply voltage converter 10 (hereinafter referred to as the step-down converter 10), a supercapacitor charging balancer 11 (hereinafter referred to as the balancer 11), a charge accumulator 12 connected in series with each other by means of an electrical connection, made in the form of at least two supercapacitors connected in series with each other, and a current and voltage sensor 13 (hereinafter referred to as sensor 13), electrically connected to interface module 4. The use of supercapacitors 12 as a charge accumulator in charger 7 with power source 6 makes it possible to abandon all-weather protected cases, so how their operating temperature range of -40 to +60°C significantly exceeds the operating temperature range of acid and lithium-ion batteries (from -10 to +50°C), which are used in known devices. Also, supercapacitors are practically free from the effect of capacitance decrease over time, which also increases the reliability and efficiency of operation of the proposed device. In this case, the step-down converter 10 is electrically connected to the mentioned power source 6, which is made in the form of a renewable energy source, for example, in the form of a low-power single-crystal solar battery, from 30 W. At the same time, the operation of the device is guaranteed in the winter period in mid-latitudes with a permanent installation of the solar panel at an angle of 90 ° to the horizon. Why such an installation of a solar panel reduces the likelihood of loss of power supply 6 due to icing and snow cover. Active GNSS antenna 2 and phase GNSS receiver 3 form a measuring unit 14, made in the form of a single platform, fixed at pre-selected points on controlled elements of engineering or natural objects and representing a set of reference points of a geodetic network, including geodetic benchmarks and a network of permanent GNSS base stations that receive signals from GNSS satellites, GLONASS / GPS satellites, with geodetic real-time monitoring of controlled elements of engineering or natural objects under conditions of extreme ambient temperatures. The analog output of the active GNSS antenna 2 is connected to the analog input of the phase GNSS receiver 3, the digital output of which is connected to the digital input of the program block 15 of the interface module 5, in which the digital input-output of the program block 15 is connected to the digital input-output of the memory block 16, and the other digital output of program block 15 is connected to a digital input digital data transmission unit 17 (hereinafter referred to as block 17) with the possibility through the specified communication facility 8 of transmitting data of geospatial measurements via GNSS satellite signals to the mentioned remote server 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом (см. чертеж). До начала спутниковых геодезических измерений на территории, где находится инженерный или природный объект, выбранной для проведения геодезического мониторинга, создают или используют уже готовый эталонный геодезический полигон, на котором создают трехмерную координатную основу (КО) с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования (ГНСС), включая ГЛОНАСС/GPS, в заданной общеземной геоцентрической системе координат (ОГСК), которая представляет собой набор опорных пунктов объединенной геодезической сети, включающей геодезические реперы и региональную сеть постоянно действующих базовых станций (ПДБС) ГНСС (далее - региональная сеть ПДБС ГНСС), координаты которых определяют в ОГСК на текущую эпоху посредством уравнивания упомянутой объединенной геодезической сети с опорой на пункты глобальной сети ПДБС (CORS IGS), реализующей международную земную отсчетную основу (International Terrestrial Reference Frame - ITRF) (далее - глобальная сеть ПДБС (CORS IGS)). При создании КО исходными пунктами являются пункты глобальной сети ПДБС (CORS IGS). Далее на контролируемых элементах инженерных или природных объектов устанавливают измерительный блок 14 в виде единой платформы, закрепленной в заранее выбранных точках на контролируемых элементах инженерных или природных объектов, представляющих собой набор опорных пунктов геодезической сети, включающей геодезические реперы и сеть постоянно действующих базовых станций ГНСС, принимающих сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS, при геодезическом мониторинге контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды. При включении кнопки питания инициализируются интерфейсный модуль 4 и блок 17 интерфейсного модуля 5. Включенный интерфейсный модуль 4 определяет достаточность уровня заряда на суперконденсаторах в накопителе заряда 12 для выполнения сеанса спутниковых ГНСС-измерений путем опроса датчика 13. В случае недостаточности уровня заряда суперконденсаторов, интерфейсный модуль 5 отключается, а сам модуль 4 переключается в режим низкого энергопотребления на 8 секунд. Через 8 секунд интерфейсный модуль 5 выходит из режима низкого энергопотребления и вновь опрашивает датчик 13. Во время данного цикла происходит зарядка суперконденсаторов в накопителе заряда 12 от источника питания 6. Когда значение напряжения на суперконденсаторах в накопителе заряда 12 преодолевает установленный порог, интерфейсный модуль 4 включает интерфейсный модуль 5 и уходит в режим пониженного энергопотребления на 8 секунд. Значение порога заряда на суперконденсаторах, и их емкость в накопителе заряда 12 выбирается в соответствии с требуемой минимальной продолжительностью сеанса спутниковых ГНСС-измерений. По умолчанию значение минимальной продолжительности сеанса измерений устанавливается равным 20 минут. В свою очередь интерфейсный модуль 5 посредством программного блока 15 включает фазовый ГНСС-приемник 3 и передает ему необходимые для конфигурации команды. Начинается сеанс спутниковых ГНСС-измерений, в которых сигнал глобальных спутниковых навигационных систем принимается активной ГНСС-антенной 2 геодезического класса. Принятый сигнал глобальных навигационных систем обрабатывается в фазовом ГНСС-приемнике 3 геодезического класса. Измеренные и оцифрованные значения фазы сигнала ГНСС с дискретностью 1-30 секунд (в зависимости от предполагаемой скорости контролируемого деформационного процесса) передаются в виде сообщений на программный блок 15 интерфейсного модуля 5. Программный блок 15 интерфейсного модуля 5 производит запись принимаемых сообщений с ГНСС-приемника 3 в блок памяти 16. Каждые 8 секунд интерфейсный модуль 4 выходит из режима пониженного энергопотребления и определяет уровень заряда на суперконденсаторах в накопителе заряда 12. В случае уменьшения напряжения на суперконденсаторах в накопителе заряда 12 ниже определенного значения интерфейсный модуль 4 дает команду модулю 5 на выключение ГНСС-приемника 3. После этого интерфейсный модуль 5 включает блок 17 и начинает последовательно читать записанные на блок памяти 16 сообщения с ГНСС-приемника 3. Читаемые сообщения из блока памяти 16 интерфейсного модуля 5 последовательно передаются в блок 17, например, через УКВ (Lora SX1262) или Wi-Fi (ESP8266/ESP32) модули, для их отправки посредством средства связи 8 на удаленный сервер 9.The proposed device operates as follows (see drawing). Prior to the start of satellite geodetic measurements on the territory where the engineering or natural object selected for geodetic monitoring is located, a ready-made reference geodetic polygon is created or used, on which a three-dimensional coordinate base (CR) is created using high-precision satellite positioning technology (GNSS), including GLONASS/GPS, in a given global geocentric coordinate system (OGCS), which is a set of reference points of the unified geodetic network, including geodetic benchmarks and a regional network of permanent base stations (CPBS) GNSS (hereinafter referred to as the regional network CPBS GNSS), the coordinates of which are determined by in OGSK for the current epoch by adjusting the aforementioned integrated geodetic network based on the points of the global network of TSBS (CORS IGS), which implements the international terrestrial reference frame (International Terrestrial Reference Frame - ITRF) (hereinafter - the global network of TSBS (CORS IGS)). When creating a CO, the starting points are the points of the global network of CPBS (CORS IGS). Next, on the controlled elements of engineering or natural objects, the measuring unit 14 is installed in the form of a single platform, fixed at pre-selected points on the controlled elements of engineering or natural objects, which is a set of reference points of the geodetic network, including geodetic benchmarks and a network of permanent GNSS base stations that receive GNSS satellite signals, including GLONASS/GPS signals, during geodetic monitoring of controlled elements of engineering or natural objects in real time under conditions of extreme ambient temperatures. When the power button is turned on, the interface module 4 and block 17 of the interface module 5 are initialized. The enabled interface module 4 determines whether the charge level on the supercapacitors in the charge accumulator 12 is sufficient to perform a session of satellite GNSS measurements by polling the sensor 13. In case of insufficient charge level of the supercapacitors, the interface module 5 is disabled, and module 4 itself switches to low power mode for 8 seconds. After 8 seconds, the interface module 5 exits the low power mode and polls the sensor 13 again. During this cycle, the supercapacitors in the charge storage 12 are charged from the power source 6. When the voltage value on the supercapacitors in the charge storage 12 overcomes the set threshold, the interface module 4 turns on interface module 5 and goes into low power mode for 8 seconds. The value of the charge threshold on the supercapacitors and their capacity in the charge storage 12 is selected in accordance with the required minimum duration of a session of satellite GNSS measurements. By default, the minimum measurement session duration is set to 20 minutes. In turn, the interface module 5 through the software unit 15 turns on the phase GNSS receiver 3 and transmits to it the commands necessary for the configuration. A session of satellite GNSS measurements begins, in which the signal of global navigation satellite systems is received by an active GNSS antenna of the 2nd geodetic class. The received signal of global navigation systems is processed in a phase GNSS receiver of the 3rd geodetic class. The measured and digitized values of the GNSS signal phase with a resolution of 1-30 seconds (depending on the estimated speed of the controlled deformation process) are transmitted in the form of messages to the software unit 15 of the interface module 5. The software unit 15 of the interface module 5 records the received messages from the GNSS receiver 3 to the memory block 16. Every 8 seconds, the interface module 4 exits the low power mode and determines the level of charge on the supercapacitors in the charge storage 12. If the voltage on the supercapacitors in the charge storage 12 drops below a certain value, the interface module 4 instructs the module 5 to turn off the GNSS -receiver 3. After that, the interface module 5 turns on the block 17 and begins to sequentially read the messages recorded on the memory block 16 from the GNSS receiver 3. The messages to be read from the memory block 16 of the interface module 5 are sequentially transmitted to the block 17, for example, via VHF (Lora SX1262 ) or WiFi (ESP8266/ESP3 2) modules for sending them via communication means 8 to a remote server 9.

Пороговый уровень для выключения ГНСС-приемника 3 и начала передачи данных геопространственных измерений блоком 17, например, через УКВ или Wi-Fi модули, определяется на основе оценки необходимого времени на отправку записанного сеанса спутниковых ГНСС-измерений на УКВ/ Wi-Fi маршрутизатор, с учетом скорости передачи цифровых данных, значение которой зависит от дальности расположения друг от друга ГНСС-приемника 3, блока 17 и средства связи 8, например, в виде УКВ/ Wi-Fi-маршрутизатора (определяется на этапе проектирования сети геодезического мониторинга). Также возможна установка определенной периодичности передачи сообщений ГНСС-приемника 3 в случае постоянного питания устройства за счет источника питания 6, который выполнен в виде источника возобновляемой энергии, например, солнечной панели с возможностью в солнечные дни через понижающий преобразователь 10 и балансир зарядки 11 и на активных элементах суперконденсаторов накопителя заряда 12 накапливать избыточное количество энергии и передавать ее через датчик 13 для последующего питания измерительного блока 1. После завершения отправки записанного сеанса спутниковых ГНСС-измерений возобновляется цикл зарядки суперконденсаторов в накопителе заряда 12, интерфейсный модуль 4 отключает интерфейсный модуль 5 и уходит в режим низкого энергопотребления. Переданные через программный блок 15 и блок 17 посредством средства связи 8, например, УКВ-маршрутизатор, данные сеанса спутниковых ГНСС-измерений передаются на удаленный сервер 9, где выполняется обработка данных для записи, конвертирования, решения навигационной задачи относительным методом, наполнения базы данных системы геодезического мониторинга, оценка и прогноз состояния контролируемых элементов инженерных или природных объектов, оповещение пользователя системы о состоянии контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды, например, в районах вечной мерзлоты, с целью предиктивной диагностики целостности сооружений, а также оперативного обнаружения первичных признаков потери устойчивости сооружений и выработки четких превентивных управляющих решений для предотвращения аварийных ситуаций на контролируемых объектах.The threshold level for turning off the GNSS receiver 3 and starting the transmission of geospatial measurement data by block 17, for example, via VHF or Wi-Fi modules, is determined based on an estimate of the required time to send a recorded session of satellite GNSS measurements to a VHF/Wi-Fi router, s taking into account the digital data transfer rate, the value of which depends on the distance between the GNSS receiver 3, unit 17 and communication means 8, for example, in the form of a VHF/Wi-Fi router (determined at the design stage of the geodetic monitoring network). It is also possible to set a certain frequency of message transmission of the GNSS receiver 3 in the case of constant power supply of the device due to the power source 6, which is made in the form of a renewable energy source, for example, a solar panel with the possibility on sunny days through a step-down converter 10 and a charging balancer 11 and on active elements of the supercapacitors of charge storage 12 to accumulate an excess amount of energy and transmit it through sensor 13 for subsequent power supply of measuring unit 1. low power mode. Transmitted through the program block 15 and block 17 by means of communication 8, for example, a VHF router, the data of the session of satellite GNSS measurements are transmitted to a remote server 9, where data is processed for recording, converting, solving the navigation problem by the relative method, filling the system database geodetic monitoring, assessment and forecast of the state of controlled elements of engineering or natural objects, notification of the system user about the state of controlled elements of engineering or natural objects in real time under conditions of extreme environmental temperatures, for example, in permafrost areas, in order to predict the integrity of structures, as well as prompt detection of primary signs of loss of stability of structures and the development of clear preventive control decisions to prevent accidents at controlled facilities.

Предлагаемое устройство для определения пространственных координат контролируемых элементов инженерных или природных объектов при геодезическом мониторинге в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды посредством навигационной аппаратуры, принимающей сигналы КА ГНСС, включая сигналы КА ГЛОНАСС/GPS, дает возможность:The proposed device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under extreme ambient temperatures using navigation equipment that receives GNSS signals, including GLONASS/GPS signals, makes it possible to:

- выполнять оценку состояния контролируемых элементов инженерных или природных объектов в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды;- assess the state of controlled elements of engineering or natural objects in real time under conditions of extreme ambient temperatures;

- выполнять предиктивную диагностику целостности контролируемых элементов инженерных или природных объектов;- perform predictive diagnostics of the integrity of controlled elements of engineering or natural objects;

- получить информацию о первичных признаках потери устойчивости инженерных или природных объектов;- obtain information about the primary signs of loss of stability of engineering or natural objects;

- на основании прогноза вырабатывать превентивные управляющие решения для предотвращения аварийных ситуаций на контролируемых объектах;- based on the forecast, develop preventive control decisions to prevent emergency situations at controlled facilities;

- повышать безопасность эксплуатации инженерных или природных объектов в условиях экстремальных температур окружающей среды.- improve the safety of engineering or natural objects operation in conditions of extreme ambient temperatures.

Claims

A device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under conditions of extreme ambient temperatures by means of navigation equipment that receives signals from spacecraft (SC) of global navigation satellite systems (GNSS), including signals from GLONASS/GPS satellites, which contains electrically interconnected measuring module, including an active GNSS antenna and a phase GNSS receiver, a controller with non-volatile memory, a receiving-transmitting communication module, a power source, a charging device, a communication facility for transmitting geospatial measurement data via GNSS satellite signals to a remote a server made in the form of a system for collecting, storing, processing data of geospatial measurements based on a PC with general and application software, with the possibility of processing data of geospatial measurements and obtaining data using a computer program spatial coordinates x, y, z of controlled elements of engineering or natural objects, characterized in that in the mentioned measuring module the controller with non-volatile memory is made in the form of an interface module for controlling the supply voltage with the ability to automatically turn off the supply voltage at the mentioned a receiving-transmitting communication module, which is made in the form of an interface module for transmitting digital data of geospatial measurements with the ability to record, store, read short sessions of GNSS measurements and transmit digital data of geospatial measurements via GNSS satellite signals to the mentioned remote server, and the specified the interface module for controlling the supply voltage and the program block of the interface module for digital data transmission are interconnected by means of a digital program-logic connection in the program of the mentioned interface control module, for example power supply, and the mentioned charging device is made in the form of a step-down power supply voltage converter, a supercapacitor charging balancer, a charge accumulator made in the form of at least two supercapacitors connected in series, and a current and voltage sensor electrically connected to the interface module for controlling the supply voltage, while the down-converter of the supply voltage is electrically connected to the mentioned power source, which is made in the form of a source of renewable energy, while the mentioned active GNSS antenna and the phase GNSS receiver form a measuring unit, made in the form of a single platform fixed at pre-selected points on controlled elements of engineering or natural objects, which is a set of reference points of a geodetic network, including geodetic benchmarks and a network of permanent base stations GN SS receiving GNSS satellite signals, including GLONASS/GPS signals, during geodetic monitoring of controlled elements of engineering or natural objects in real time under extreme ambient temperatures, while in the measuring unit the analog output of the active GNSS antenna is connected to the analog input of the phase GNSS receiver, the digital input-output of which is connected to the digital input-output of the program block of the digital data transmission interface module, in which another digital input-output of the program block is connected to the digital input-output of the memory block, and the other digital output of the program block is connected to the digital the input of the digital data transmission unit with the possibility through the specified communication means of transmitting data of geospatial measurements by GNSS satellite signals to the mentioned remote server.