Назначение
Система лазерная координатно-измерительная сканирующая авиационная CP680i-IS, (далее по тексту - система) предназначена для измерений координат точек земной поверхности с борта самолета или вертолета (далее по тексту - авиационный носитель).
Описание
Система представляет собой совокупность лазерного дальномерного сканера; подсистем определения местоположения и углов пространственной ориентации авиационного носителя; управляющего компьютера; программного обеспечения.
Принцип действия системы состоит в следующем. В полете сканирующий пучок импульсного лазерного излучения направляется на земную поверхность в плоскости, перпендикулярной направлению полёта. Отраженные сигналы регистрируются приемником излучения и преобразуются в цифровую форму. Для сканирования используется вращающееся многогранное зеркало, угол поворота которого в процессе сканирования измеряется оптическим кодовым датчиком, установленным на оси вращения. В течение полета бортовой GPS-приемник регистрирует координаты носителя в геоцентрической системе координат. Измерения угловой ориентации носителя в пространстве осуществляются в инерциальном измерительном устройстве IMU, где используются гироскопические датчики по углам тангажа, крена и рыскания и три акселерометра. Вся измерительная информация, получаемая в полете, поступает в бортовой регистратор данных. Управление системой осуществляется с компьютера, который связан кабельными соединениями с блоком сканера, GPS-приемником, устройством IMU и регистратором данных.
Определение координат фазового центра бортовой GPS-антенны в системе IMU проводится при установке системы на авиационный носитель. Ориентация системы координат IMU относительно блока сканера уточняется в процессе тестового полета.
Координаты точек отражения импульсов лазерного излучения от земной поверхности вычисляются после полета в процессе постобработки по результатам одновременных измерений следующих величин:
- расстояния от вращающегося многогранного зеркала до земной поверхности,
- угла поворота этого зеркала относительно корпуса системы;
- координат авиационного носителя в геоцентрической системе координат;
- ориентации авиационного носителя в пространстве (углы крена, тангажа и рысканья).
Место пломбировки
Рисунок 1 - Система CP680i-IS со стороны нижней панели
Место нанесения наклейки со знаком утверждения типа
Рисунок 2 - Система CP680i-IS, установленная на самолете
Конструктивно в систему входят следующие компоненты: блок сканера, в котором смонтирована подсистема IMU; GPS-приемник; бортовой регистратор данных; управляющий компьютер; цифровая фотокамера. Вращающееся многогранное зеркало расположено в блоке лазерного сканера защищенного оптическим иллюминатором.
Программное обеспечение
Программное обеспечение (ПО) RiACQUIRE обеспечивает тестирование системы и сбор данных лазерного сканирования вместе с онлайн-данными от подсистемы IMU и GPS-приемника. С учетом данных сканирования, а также доступной информации по положению авиационного носителя и высоте полета, в реальном времени рассчитывается покрытие подстилающей поверхности данными сканирования, с указанием необходимой плотности измерений вдоль направления полета. Эта опция позволяет избежать пробелов в сборе данных сканирования, которые иначе были бы обнаружены только в процессе обработки данных. Данное ПО обеспечивает также визуальную информацию о текущих измерениях подсистемы IMU и GPS, что позволяет проверить достоверность этих результатов. Непрерывная запись состояния системы, высоты и положения авиационного носителя сохраняет достоверную историю полета с целью последующего анализа и документирования.
Задачи по обработке данных включают полный анализ формы отраженного лазерного сигнала и привязанных к земле данных лазерного сканирования путем объединения с данными полета от подсистемы IMU и GPS. Эти функции обеспечиваются соответственно ПО RiANALYZE и RiWORLD.
ПО RiANALYZE позволяет отфильтровать данные лазерного сканирования по интервалам времени, по диапазонам угла сканирования и дальности. Кроме того, данное ПО производит вычисление дальности до цели тремя возможными способами: по «центру тяжести» отраженных импульсов, по максимумам амплитуд отраженных импульсов, аппроксимированных Гауссовой кривой, итерационным методом (вычисление гауссовых пиков основано на решении линеаризованной системы уравнений).
ПО RiWORLD соединяет данные лазерного сканирования, записанные в собственной системе координат системы, с записанными данными положения и ориентации авиационного носителя и преобразует их в набор данных в геоцентрической системе координат (WGS84, ITRS, ETRS). Эта процедура основана на использовании меток времени, сохраняемых при каждом измерении (данные лазерного сканирования, данные подсистемы IMU и GPS). Кроме того, RiWORLD может создавать специальную поисковую структуру («квадродерево») для быстрого доступа к данным. Эта структура используется главным образом ПО RiPROCESS для быстрой визуализации данных, а также для согласования полученных в полете данных от разных подсистем.
ПО RiPROCESS разработано для управления, обработки, анализа и визуализации данных, полученных в полете в процессе лазерного сканирования. Это ПО позволяет пользователю управлять всеми собранными и обработанными данными в рамках единого проекта. К этим данным относятся калибровочные данные по монтажу составных частей системы в авиационном носителе, результаты лазерного сканирования, данные по положению и ориентации от подсистемы IMU и GPS, файлы промежуточных данных, дерево поиска файлов для быстрого доступа к различным данным, привязанные к земле массивы точечных данных с дополнительным дескриптором для каждой точки. Чтобы улучшить качество данных, ПО RiPROCESS имеет встроенную функцию настройки фаз полета на основе корректировки данных, полученных с плоских поверхностей, например, крыш зданий. Полученные с плоских поверхностей данные засекаются автоматически внутри фаз полета и выводятся для инспекции в двумерном или трехмерном виде. Параметры, оптимизируемые при настройке фаз полета, включают информацию по калибровке системы, и до 6 привязок (по углам и дальности) к каждой фазе полета. Для улучшения привязки к земле наборов данных лазерного сканирования можно дополнительно использовать наблюдаемые наземные контрольные объекты.
Защита ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню А по МИ 3286-2010. Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Наименован ие ПО | Идентификационное наименование ПО | Номер версии (идентификационный номер ПО) | Цифровой идентификатор ПО (контрольная сумма исполняемого кода) | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО |
| RiANALYZE | SW-GP-02-021-00 | RiANALYZE-5.2-install.zip; версия 5.2 | 08f91 e41 d8880f78903294eca 8918a55 | MD5 |
| RiWORLD | SW-GP-02-025-00 | RiWORLD- 4.3.7-install.zip; версия 4.3.7 | f2fb5fb32ebcc439cd a400dcf 1 ab798f | MD5 |
| RiPROCESS | SW-GP-02-023-00 | RiPROCESS-L4.14-install.zip; версия 1.4.14 | 24415eb0ca48e1fcd 4b35830bc5902a6 | MD5 |
| RiACQUIRE | SW-GP-02-020-00 | SetupRiAC-QUIRE-ALS-1.4.3-Linux-x86.bin; версия | 88dc8eddb8e9d1 d8bd8355191M18fa8 | MD5 |
| RiACQUIRE | SW-GP-02-020-00 | 1.4.3 SetupRiAC-QUIRE-ALS-14.3- Windows.exe; версия 1.4.3 | f440a53d43a48ec4f1 cfd0818471 a177 | MD5 |
Технические характеристики
Метрологические и технические характеристики системы приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Наименование характеристики | Значение |
| Диапазон измерений дальностей, м | от 30 до 3000 |
| Диапазоны угла сканирования, градус | ± 22,5; ± 30 |
| Скорость сканирования, точек/с | от 10 до 260 |
| Длина волны лазерного излучения*, нм | 1550 нм |
| Мощность лазерного излучения*, мВт, не более | 40 |
| Длительность импульса*, нс | 3 |
| Максимальная частота повторения лазерных импульсов, кГц | 240 |
| Пределы допускаемой СКП измерения дальности, мм | ± 20 |
| Пределы допускаемой СКП измерения пространственных координат, мм: по широте и долготе по высоте | ± 300 ± 240 |
| Электропитание от источника постоянного тока, В | от 18 до 32 |
| Масса, кг | 62 |
| Габаритные размеры (длинахширинахвысота), мм | 640 х 405 х 388 |
| Диапазон рабочих температур, °С | от 0 до 40 |
* - параметры лазерного излучения соответствуют требованиям безопасности ГОСТ Р МЭК 60825-1-2009 «Безопасность лазерной аппаратуры. Классификация оборудования, требования и руководство для потребителей» к классу 3R.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится изготовителем в верхнем левом углу титульного листа Руководства по эксплуатации RIEGL CP680-IS-001 РЭ типографским способом и на боковую панель внешнего кожуха системы в виде наклейки.
Комплектность
Комплект поставки приведен в таблице :
| Система лазерная координатно-измерительная авиационная CP680i-IS, заводской номер 9998452 в составе: | |
| - сканер лазерный авиационный LMS-Q680i | 1 шт. |
| - аэрофотокамера IGI DigiCAM | 1 шт. (по заказу) |
| - блок сбора данных о траектории Aerocontrol | 1 шт . |
| - блок навигации CCNS4 | 1 шт. |
| - регистратор данных DR560-RD | 1 шт. |
| - компьютер управляющий | 1 шт. |
| - подсистема IMU | 1 шт. |
| - GPS-антенна бортовая | 1 шт. |
| -комплект внутренних кабелей соединительных и электропитания | 1 комплект |
| - комплект внешних кабелей соединительных и электропитания | 1 комплект |
| - программное обеспечение RiANALYSE, RiWORLD, RiPROCESS (на компакт-диске) | 1 шт. |
| - программное обеспечение RiACQUIRE (на компакт-диске) | 1 шт. |
| - руководство по эксплуатации RIEGL CP680i-IS (на компакт-диске) | 1 шт. |
| - методика поверки RIEGL CP680-IS-001 МП | 1 экз. |
Поверка
Осуществляется в соответствии с документом «Инструкция. Система лазерная координатно-измерительная сканирующая авиационная CP680i-IS. Методика поверки RIEGL CP680-IS-001 МП, утвержденной руководителем ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИФТРИ».
Основные средства поверки:
комплект опорных GPS-станций RS500 - рабочий эталон 2-го разряда RS500-K, (Рег. № 37054-08), пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений взаимного положения базисных пунктов: в плане ± 2,5 мм, по высоте ± 5 мм; тахеометр электронный эталонный ТСА2003-01Э (Рег. № 38922-08), пределы допускаемой погрешности измерений углов ± 0,4"; пределы допускаемой погрешности измерений дальности ± 0,6 мм.
Сведения о методах измерений
Руководство по эксплуатации RIEGL CP680i-IS. Раздел 6.
Нормативные документы
1 ГОСТ 8.503-84. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне 24 - 75000 м.
2 МИ 2292-94 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений разностей координат по сигналам космических навигационных систем».
3 Техническая документация изготовителя «RIEGL Laser Measurement System GmbH». Рекомендации по области применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений
При осуществлении геодезической и картографической деятельности.
