Скачать 281.01 Kb.
|
На правах рукописи Павин Александр Михайлович РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ПОИСКА И ОБСЛЕДОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА Специальность: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владивосток – 2010 Работа выполнена в лаборатории систем управления Института проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Научный руководитель: кандидат технических наук Инзарцев Александр Вячеславович Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Ащепков Леонид Тимофеевич кандидат технических наук, доцент Москаленко Юрий Сергеевич Ведущая организация: Институт динамики систем и теории управления Сибирского отделения РАН, (г. Иркутск) Защита состоится «25» июня 2010 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 005.007.01 в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и процессов управления ДВО РАН Автореферат разослан «21» мая 2010 года Ученый секретарь диссертационного совета Д 005.007.01, к.т.н. А.В. Лебедев ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Задача периодического обследования (инспекции) подводных коммуникаций с течением времени становится всё более острой, что связано с возрастающим количеством коммуникационных линий и их длиной. Примером может служить инспекция подводных трубопроводов и кабелей (далее искусственных протяженных объектов) на предмет повреждений или наличия посторонних предметов. Задача инспекции включает в себя: поиск протяженного объекта, его отслеживание (с ведением фото-документирования), акустическую съемку окрестности объекта и контроль состояния параметров окружающей среды (для трубопроводов). Обычно для этих целей применяют надводные суда, водолазов, буксируемые и телеуправляемые подводные аппараты, однако возможность использования этих средств часто ограничена и ведет к увеличению стоимости инспекционных работ. Перспективным решением задачи инспекции подводных коммуникационных линий большой протяженности является применение автономного необитаемого подводного аппараты (АНПА) в качестве «интеллектуального носителя» обзорно-поисковой аппаратуры регистрирующей состояние искусственного протяженного объекта (ИПО). Благодаря возможности длительного пребывания под водой, дальности действия, маневренности и относительно низкой стоимости работ, применение АНПА позволяет в сжатые сроки произвести инспекцию всей трассы залегания подводных коммуникаций. Первые разработки, касающиеся возможности применения АНПА для отслеживания ИПО относятся к 80-90 годам прошлого столетия (Агеев М.Д., Kato N., Asakawa K. и др.). На данный момент можно говорить о хорошей проработанности задачи идентификации подводных кабелей на фотоизображениях (Щербатюк А.Ф., Желтов С.Ю., Ito Y., Ura T., Conte G., Ortiz A., Oliver G. и др.). Достаточно давно ведутся исследования по обнаружению металлосодержащих ИПО на основе электромагнитной информации (Кукарских А.К., Kojima J., Asakawa K. и др.). На сегодняшний день в печати встречается информация о трех аппаратах, способных проводить инспекцию протяженных объектов: японский Aqua Explorer 2000; французский Alistar 3000 и российский MT-98. Первый из них предназначен для отслеживания подводных кабелей, содержащих запитанные токонесущие проводники. Принцип действия сенсорных устройств этого АНПА не позволяет обнаруживать трубопроводы, информационные (не запитанные) кабели и кабели с обрывом. Область назначения второго аппарата – инспекция подводных трубопроводов (первые упоминания об испытаниях содержатся в работах 2007 года). Известно, что аппарат оснащен телевизионной, эхолокационной и электромагнитной системами, однако о методах идентификации ИПО и управлении АНПА информации крайне мало. В России разработки в данной области ведутся в Институте проблем морских технологий (ИПМТ ДВО РАН) [1,2]. Практический опыт применения подводных аппаратов показывает, что имеется ряд трудностей, связанных с автоматической инспекцией ИПО. Нерешенной остается задача автоматического обнаружения тонких протяженных объектов (кабелей) на снимках гидролокатора бокового обзора. Существует необходимость в повышении точности и надежности обнаружения металлосодержащих протяженных объектов по данным электромагнитных сенсорных устройств и крупногабаритных ИПО (трубопроводов, траншей) по данным многолучевой эхолокационной системы. Кроме того, в случае наличия нескольких разнородных систем обнаружения возникают вопросы совместной обработки данных и формирования управления АНПА в условиях неточной и постоянно изменяющейся информации. Таким образом, задача разработки алгоритмов поиска и обследования ИПО с помощью АНПА является актуальной. Цель и основные задачи работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка алгоритмов поиска и обследования искусственных подводных протяженных объектов средствами автономного необитаемого подводного аппарата. Для достижения указанной цели в работе определены следующие задачи:
Методы исследования базируются на применении аппарата теории распознавания образов, принятия решений, управления и математической статистики. Научная новизна работы заключается в следующем:
На защиту выносятся следующие положения:
Практическая ценность работы заключается в разработке и реализации на борту АНПА алгоритмов распознавания, интегральной оценки данных и управления. Использование предлагаемых алгоритмов позволяет решить задачу инспекции подводных протяженных объектов средствами АНПА. Полученные в работе результаты основаны на опыте создания в ИПМТ ДВО РАН обследовательских и обзорно-поисковых аппаратов. Работа выполнялась в рамках НИР «Разработка технологии создания интеллектуальных подводных роботов на основе реконфигурируемых системных архитектур и высокоточных методов навигации и управления» № гос. регистрации 01.2006 06513», Гособоронзаказа, а также при поддержке грантов РФФИ и ДВО РАН: №06-08-07118-з, №07-08-00596-а, №08-08-08043-з, №09-08-08016-з, №06-11-04-03-002, №06-111-А-01-010, №09-II-СО-3-001, №09-I-ОЭММПУ-08, №09-III-А-01-006. Достоверность исследований обеспечивается обоснованием выбора применяемых методов распознавания, интегральной оценки данных и управления АНПА, на основе проверенных результатов теоретических и экспериментальных исследований. Правильность выбранных подходов подтверждается результатами моделирования, морскими испытаниями и опытной эксплуатацией подводных аппаратов. Реализация результатов работы. Алгоритмы идентификации протяженных объектов, интегральной обработки данных и управления АНПА были реализованы, прошли испытания и опытную эксплуатацию в составе систем управления аппаратов МТ-98 и TSL. Апробация результатов работы. Основные научные и практические результаты работы были представлены на 8 конференциях, из которых 3 зарубежных и 5 российских:
Публикация результатов работы. По результатам исследований было опубликовано 17 печатных работ (3 работы размещены в журналах из списка, рекомендованного ВАК [4,9,16]). Большинство результатов исследований легли в основу главы “AUV Application for Inspection of Underwater Communications” книги [1]. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, списка условных обозначений, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание излагается на 160 страницах, в том числе 54 иллюстрации и 5 таблиц. Объем приложений составляет 19 страниц и включает 12 иллюстраций и 3 таблицы. Список литературы содержит 114 наименований. Последние разделы глав 2-5 и приложение содержат результаты моделирования, натурных экспериментов, постобработки реальных данных и результаты опытной эксплуатации АНПА. |
Система бортового управления и навигации малогабаритного автономного... | Выпускная квалификационная работа Визуализация результатов моделирования выхода автономного необитаемого подводного аппарата на источник экологических аномалий | ||
Система навигации для необитаемого подводного аппарата с использованием одного мобильного маяка | Разработка и исследование алгоритмов распознавания изображений на... | ||
Нир: “разработка алгоритмов поиска глобальных экстремумов при наличии... Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Саратовский государственный... | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тема: Понятие алгоритмов, свойства алгоритма. Исполнители алгоритмов, система команд исполнителя. Способы записей алгоритмов. Формальное... | ||
Цель клинического обследования. Методы обследования основные и дополнительные Целью клинического обследования ребенка является стремление правильно определить диагноз заболевания, что является залогом успешного... | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Характеризовать отличительные свойства природных объектов и изделий (искусственных предметов) | ||
Отчет о научно-исследовательской работе, выполняемой по государственному... «Разработка алгоритмов для биоинформационного анализа комплексных метаболических и молекулярно-генетических сетей» | Отчет о научно-исследовательской работе по теме «Разработка и обоснование... Тема: «Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров доильного аппарата с управляемым режимом доения» | ||
Конспект урока на тему "Алгоритм. Свойства алгоритмов. Виды алгоритмов... ... | Реферат по теме Понятие алгоритма, его свойства. Описание алгоритмов... Понятие алгоритма, его свойства. Описание алгоритмов с помощью блок схем на языке Turbo Pascal | ||
Реферат Тема: применение электронной микроскопии в микробиологии... Электронная микроскопия – метод морфологического исследования объектов с помощью потока электронов, позволяющих изучить структуру... | Институт земной кoры 3-я Международная конференция создание и использование... ... | ||
Тема урока: Украшение и реальность. Обитатели подводного мира Цель... Но сначала проверим, все ли принадлежности для работы у вас есть. На парте у вас должны лежать: альбомный лист, цветная бумага, ножницы,... | Программа bde administrator 28 Обязательной является разработка вопросов системного анализа объектов проектирования, оптимизации и выбора наилучших вариантов решений,... |