автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Оптико-электронные приборы для экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф

На правах рукописи

ШИРОБОКОВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ЛИКВИДАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАТАСТРОФ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном институте точной механики и оптики (техническом университете).

Официальные оппоненты - доктор технических наук

А.В. Демин

доктор технических наук, профессор Ю.В. Загашвили

доктор технических наук, профессор И.В. Алешин

Ведущая организация - ОАО "Холдинговая компания "Ленинец" г. Санкт-Петербург

Защита состоится в ч. мин. на заседании

диссертационного совета Санкт-Петербургского

института точной механики и оптики (технический университет) по адресу: 197101 г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИТМО (ТУ).

Автореферат разослан " ^ 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Научно-технический прогресс и быстрый рост производственных мощностей во всем мире привели к резкому увеличению антропогенной нагрузки на природную среду. В основе развития экологического кризиса лежит тот факт, что экономическое развитие общества пришло в явное противоречие с ограниченными ресурсами, воспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Все виды природопользования - промышленное, сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное и другие сопровождаются не только получением желаемых результатов, но и нежелательными различными экологическими и социальными последствиями. В результате наблюдается истощение ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря различных видов растений и животных, техногенное нарушение биохимических круговоротов веществ, загрязнение всех составляющих природной среды, упрощение и деградация экосистем.

Поэтому среди задач экологического мониторинга и рационального использования ресурсов Земли вопросы, связанные с контролем за состоянием природной среды и вопросы, связанные с ее охраной от возможных экологических катастроф, имеют первостепенное значение.

При этом представляется целесообразным определение основных источников экологических катастроф, которые могут быть предотвращены с помощью приборов, работающих в ИК - диапазоне спектра, причем наиболее оперативно и эффективно. Действительно, с точки зрения расстановки приоритетов, контроль с воздушных носителей за заболеваниями лесов (поражение вредителями - насекомыми) не может быть сопоставим с выявлением несанкционированных врезок в нефтепроводы, которые могут приводить к экологическим катастрофам регионального масштаба. С другой стороны, использование того же тепловизора для контроля экологии лесов для обнаружения сквозь дым очагов возгорания в лесу и применение ИК систем для точного попадания пожаротушащей жидкости из самолетов (вертолетов) -танкеров на зарождающийся очаг лесного пожара является одной из самых актуальных задач предотвращения экологических катастроф такого же регионального масштаба.

Поэтому, безусловно, те ИК - приборы, о которых пойдет речь ниже, предназначены для решения, в первую очередь, оперативных задач, что не исключает возможность их использования в народном хозяйстве для других целей. Автор диссертации отдает себе отчет, что в рамках данной работы невозможно охватить все оптико-электронные приборы, предназначенные для решения указанных выше задач. Поэтому в работе будет рассмотрено несколько направлений, которыми автор занимался в течение последних 10 лет, а именно: разработкой многоспектрального самолетного тепловизора для экологического мониторинга и созданием новых технологий экологического мониторинга с использованием этого тепловизора, а также разработкой инфракрасной аппаратуры для эффективного тушения лесных пожаров с воздушных носителей-танкеров и разработкой методики применения таких приборов.

Широкие возможности для экологического контроля окружающей среды открывают тепловизионные системы наблюдения, базирующиеся на воздушных носителях как на самолетах, так и на вертолетах. Общеизвестно, что тепловизионные методы наблюдения обладают высокой точностью и чувствительностью, имеют широкий динамический диапазон, работают в реальном времени и могут быть использованы в труднодоступных для наземных методов контроля местах, причем в любое время суток и при любых погодных условиях, включая дым и туман. Наличие воздушного носителя позволяет осуществлять построчное сканирование, перпендикулярное движению носителя, а кадровое сканирование производится за счет движения носителя. Именно этот тип тепловизоров со строчным сканированием (тип Line Scan) будет в дальнейшем рассматриваться. Отсутствие оптико-механического кадрового сканирования, применяемого в тепловизорах "впередсмотрящих" (FLIR), формирующих целиком тепловизионный кадр, выгодно отличает системы Line Scan тем более с учетом того обстоятельства, что число элементов разложения по строке в системе Line Scan в среднем в 2 раза превышает число элементов разложения по строке в тепловизорах FLIR при одинаковых углах обзора.

Начало разработок тепловизоров строчного сканирования было осуществлено в Государственном Оптическом Институте им. СИ. Вавилова (г. Ленинград) в середине 60-х годов. К концу 60-х годов коллектив сотрудников под руководством д.т.н. проф. М.М. Мирошникова имел законченные разработки самолетных сканирующих тепловизоров Тепло-4" и Тепло-М", выполненные при участии автора диссертации. В дальнейшем результаты разработки были переданы на Азовский Оптико-механический завод (АОМЗ), где был налажен мелкосерийный выпуск самолетных (вертолетных) тепловизоров "Вулкан".

Несмотря на то, что тепловизор "Вулкан" применялся во многих отраслях народного хозяйства СССР, являясь единственным серийным тепловизором класса Line Scan, к концу 80-х годов стало очевидным, что невысокое геометрическое и энергетическое разрешение прибора, а также запись изображения на фотопленке и большие габариты оптико-механического блока не позволили в полной мере реализовать все возможности тепловизионного метода дистанционного зондирования с воздушных носителей, особенно с легких самолетов и тем более с беспилотных носителей.

Борьбе с лесными пожарами во всем мире уделяется большое внимание. Как показывает мировая практика, наиболее эффективным способом борьбы с лесными пожарами является авиация, обеспечивающая оперативную доставку огнетушащей жидкости к очагам возгорания, а также картирование очагов возгорания сквозь дым.

По мере развития авиации появились большие возможности для транспортировки к месту пожара огнетушащей жидкости, состав которой видоизменялся от простой воды до сложной химической смеси, повышающей эффективность подавления огня. В настоящее время наиболее крупных успехов в транспортировке добилась Россия, самолеты и вертолеты которой могут оперативно доставлять к месту лесного пожара от 3 до 50т жидкости.

Отметим одно обстоятельство - независимо от конструкции и размещения резервуаров на борту воздушного носителя слив жидкости во всем мире осуществляется вручную, т.е. путем механического нажатия пилотом на кнопку сброса жидкости с носителя. По мировой статистике вероятность попадания составляет 50%. Попытки применения известных оптических прицелов наталкиваются на непреодолимые препятствия, связанные с

высокими скоростями полета носителя на малых, порядке 40м, высотах. Поэтому, разработка методики и аппаратуры для автоматизированного прицельного слива пожаротушащей жидкости с борта воздушного носителя -танкера без участия человека является актуальной задачей.

Цель и задачи работы

Целью работы является исследование основных принципов, на базе которых должны быть разработаны и подвергнуты натурным испытаниям инфракрасные сканирующие приборы, предназначенные для эффективного экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф. Указанная цель достигается решением следующих задач.

1. Выявление особенностей построения тепловизоров с одномерным оптико-механическим сканированием.

2. Анализ особенностей тепловизионного тракта в УФ, видимой, ближней 0,8...1,2 мкм; средней 3...5 мкм и дальней 8... 13,5 мкм областях ИК - спектра.

3. Анализ спектральных характеристик в УФ, видимой, в ближнем и дальнем ИК - диапазоне различных классов и типов природных образований.

4 Разработка принципиально новой схемы оптико-механического блока тепловизора, обеспечивающего одновременное сканирование в 4 областях спектра (базовая модель)

5. Реализация результатов разработки в экспериментальном базовом образце тепловизора

6. Проведение натурных испытаний базовой модели с воздушных носителей

7. Проведение сравнительного анализа существующих методов тушения очагов пожаров с воздушных носителей.

8. Анализ спектральных характеристик очагов горения .

9. Разработка требований к оптико-механической схеме оптико-электронного устройства для автоматизированного сброса жидкости на очаги пожаров.

10. Изготовление автоматизированного оптико-электронного устройства для эффективного пожаротушения и его натурные испытания на воздушных носителях- -танкерах.

Новые научные результаты и основные положения, выносимые на защиту.

1. Анализ спектральных характеристик отражения различных классов и типов природных оьразований по классификации Кринова, проведенный с целью выявления возможных пределов их изменения и зависимости от различных факторов и условий и, как следствие, выявления степени их пригодности для дистанционных исследований.

2. Обоснование выбора схемы четырехспектрального самолетного тепловизора со строчным сканированием на основе анализа основных закономерностей формирования температурного поля земной поверхности и значений теплового и яркостного контраста.

3. Разработка методики дистанционного тепловизионного контроля на предмет выявления несанкционированных врезок в нефте-продуктопроводы.

4. Обоснование выбора схемы оптико-электронного сканирующего устройства, обеспечивающего автоматический точный сброс жидкости на очаг пожара с воздушного носителя-танкера.

5. Способ тушения лесных пожаров с использованием инфракрасного прицельного устройства.

Практическая ценность работы

1. Разработанный многоспектральный самолетный тепловизор Терма-2", на схему оптико-механической развертки которого получен Патент РФ, позволил сформировать новый подход к экологическому мониторингу магистральных нефте-продуктопроводов.

2. Предложенная методика дистанционного тепловизионного контроля магистральных трубопроводов для выявления несанкционированных врезок позволяет оперативно предотвращать экологические катастрофы от выброса нефти и нефтепродуктов из мест криминальных нарушений трубопроводов.

3. С учетом полученных практических результатов поступило предложение от Руководства ФСБ РФ о докладе в Совете Безопасности РФ по вопросу воздушной многоспектральной разведки с использованием тепловизионной аппаратуры Терма-2" и ее модификаций.

4. Разработанное по заказу Федеральной службы лесного хозяйства России инфракрасное сканирующее устройство (ИКПУ Терма"), предназначенное для автоматического слива пожаротушащей жидкости на очаги пожаров без участия человека с самолетов-танкеров, легло в основу нового способа тушения лесных пожаров, защищенного Патентом РФ.

5. Результаты применения нового способа эффективного подавления очагов пожаров с использованием инфракрасного сканирующего устройства рассмотрен на Парламентских слушаниях в Государственной Думе Российской Федерации.

Апробация работы

Материалы работ докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- международной конференции "Прикладная оптика (1996 г. г. С. Петербург) -2 доклада

- международной конференции "Физике - 96"(199б г., г. Велико Тырново, Болгария)

- международном научно-практическом семинаре "Прикладные вопросы точности приборов и механизмов" (1997 г., ИТМО, г. С. Петербург)

- конференции "Методы дистанционного зондирования и ГНС - технологии для

контроля и диагностики состояния окружающей среды (1997 г., г. С. Петербург)

- российском научно-техническом семинаре "Концепция обеспечения достоверности экоанзлитической информации в России за период до 2020 г. (2001 г., ИТМО, г. С. Петербург)

- конференции "Высокоскоростная фотография и фотоника" (2001г., ВНИИОФИ,

г.Москва)

- конференции "Научно-техническая конференция ППС ИТМО" (2002 г., ИТМО,

г. С. Петербург)

- Парламентских слушаниях "Экологические проблемы лесов России" (0.02.2003 г.. Государственная Дума, г. Москва).

Внедрение материалов диссертации.

1. Экспериментальные образцы многоспектрального тепловизора Терма-2" были внедрены в организации: ЗАО "Котлин-Новатор" холдинговой компании "Ленинец" (г. С. Петербург), НЛК "Аэрокосмосгеологический" при Лаборатории аэрометодов в геологии (г. С. Петербург)

2. Работы по экологической безопасности магистральных нефте-продуктопроводов с использованием многоспектрального тепловизора Терма-2", в том числе по выявлению несанкционированных врезок,

выполнялись с интересах ОАО "Черномортранснефть" (ОАО "А К" Транснефть"), ОАО "Сургутнефтегаз", ОАО Рязаньтранснефтепродукт" (ОАО "АК Транснефтепродукт").

3. Инфракрасное сканирующее устройство ИКПУ "Терма-5" успешно прошло межгосударственные российско-украинские испытания на самолете-танкере Ан-32П.

4. По согласованию с Центральной Базой охраны лесов России ИКПУ Терма-5" будет установлено на самолет-амфибию БЕ-12П. •

5. Документация на установку ИКПУ "Терма-5" в корпусе самолета БЕ-12П внедрена в ОАО "ТАНТК" им. Г.М. Бериева (г. Таганрог).

6. После успешной демонстрации ИКПУ Терма-5" в Португалии на вертолетах "Пума" и "ВеИ-205" 2 комплекта аппаратуры были закуплены лесопожарной службой этой стороны.

Публикации

1. На оптико-механический блок тепловизора "Терма-2" получен патент РФ.

2. Способ борьбы с лесными пожарами с использованием ИКПУ 'Терма-5" запатентован в РФ.

3. По материалам работы имеется 21 публикация.

Личный вклад автора

Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, при его непосредственном участии или под его руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и методики. Соавторство, в основном, относится к практической реализации и внедрению разработанных приборов.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Материалы изложены на 150 странице, включая 63 рисунка, 15 таблиц, библиографический список включает 60 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, сформулированы научно-технические проблемы и цель исследований, а также основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел посвящен исследованию принципов построения и разработке многоспектрального самолетного сканирующего тепловизора. Поскольку самолетный тепловизор предназначен для дистанционного мониторинга окружающей среды, первоначальному анализу были подвергнуты методы и аппаратура для дистанционного зондирования поверхности Земли. Как наиболее близкие к теме исследования были рассмотрены видео спектрометрические системы, представляющие собой класс многозональных видеоинформационных приборов.

Показано, что с учетом возможности регистрации изображений в среднем (3...5) мкм и дальнем (8... 13) мкм ИК - диапазоне наиболее перспективными являются мноспектральные тепловизионные сканирующие системы, относящиеся к типу Line Scan. Такие системы, условно называемые тепловизионными, могут осуществлять получение информации - в широком диапазоне электромагнитного спектра - от ультрафиолетового диапазона до

дальнего инфракрасного, при этом чувствительный элемент (фотоприемник) в каждом спектральном диапазоне регистрирует либо отраженный сигнал, либо собственное излучение объектов на земной поверхности при сканировании по определенному закону малым угловым полем обзора каждого фотоприемника в больших (интегральных) углах обзора, определяемых характеристиками сканирующих систем и доходящих до 120 угл. градусов.

Показано, что большое фокусное расстояние приемных объективов с учетом требуемой высокой светосилы повлекло за собой большой входной зрачок и соответственно большой диаметр сканера, что и определило массу ОМБ в 60 кг. Несмотря на то, что проведенная в 80-х годах модернизация тепловизора "Вулкан" позволила оснастить его третьим спектральным каналом

(1_1.2 мкм), уже к концу 80-х годов серийный тепловизор "Вулкан" стал

существенно уступать зарубежным аналогам, как по геометрическому и энергетическому разрешению, так и по массо-габаритным характеристикам, а также по отсутствию информации в спектральных диапазонах с длиной волны меньше 1 мкм.

С учетом этих обстоятельств, в начале 90-х годов Федеральной службой лесного хозяйства нам было предложено провести разработку более совершенного многоспектрального тепловизора с повышенной информативностью и существенно уменьшенными по сравнению с тепловизором "Вулкан" массо-габаритными характеристиками. В первую очередь был проведен выбор основных спектральных диапазонов в спектральном интервале от 0,3 до 14 мкм.

Анализ коэффициентов спектрального отражения природных образований в коротковолновом диапазоне, включая ближний ИК -диапазон, проводился с использованием соотношений

А* = / (9, <р) ■са5ф-&х\<р-с1<р-(]9,

где - спектральное альбедо;

Гц (и.ф) -КСЯ;

- надирный угол наблюдения; о - азимутальный угол между вертикалями сканирования и источника освещения (Солнце).

В среднем • и дальнем ИК-диапаэонах использовалось выражение для спектральной плотности энергетической светимости

е(А»т) - коэффициент спектрального излучения.

Предложено принять классификацию природных образований по спектральным отражательным свойствам, введенную ЕЯ Криновым, т.к. она является наиболее полной и чаще всего встречается в литературе.

Рассмотрены следующие типы природных образований 1. - Обнажения и почвы,

-почвы черноземные и супесчаные, фунтовые дороги и пр.

-почвы подзолистые, суглинистые, шоссейные дороги, некоторые типы строений и пр.

-пески, различные обнажения пустыни, некоторые горные породы и пр. известняк, глина и некоторые другие наиболее светлые объекты.

2. Раститепьнье образования.

-хвойные породы лесных насаждений в зимний период.

-суходольные луга, травяные покровы с недостаточно сочной растительностью, хвойные породы лесных насаждений в летний период.

-лесные насаждения лиственных пород в летний период, травяные покровы с густой и сочной растительностью.

-лесные насаждения в период осенней раскраски и созревшие полевые культуры.

3. Водные поверхности, водоемы и снеговой покров. -снег, покрытый коркой

-свежевыпавший снег -водная поверхность.

В результате проведенного анализа выбраны 5 основных диапазонов для многоспектрального тепловизора.

1. Ультрафиолетовый 0,3... 0,4 мкм

2. Видимый 0.4...0.75 мкм 3 . Ближний ИК 1.. .1,3 мкм

4. Средний ИК 3...5 мкм

5. Дальний ИК 8...13мкм.

В работе приведен пример энергетической ситуации в плоскости предметов, когда один и тот же аномально нагретый объект находится под поверхностью с сухой травой и под слоем песка. Расчеты проведенные с использованием выражения (1) показывает, что существуют случаи, когда в спектральном диапазоне 8...13 мкм этот объект имеет одинаковую с фоном спектральную плотность энергетической светимости, а в спектральном диапазоне 3...5 мкм спектральные плотности энергетической светимости объекта и фона имеют разные значения и могут быть зарегистрированы (случай с сухой травой).

В другом случае (случай с песком) в спектральном диапазоне 3...5 мкм объект неразличим, а в спектральном диапазоне 8... 13 мкм объект может быть уверенно зарегистрирован.

Рассмотрен практический случай дистанционного обнаружения минных установок с использование многоспектрального тепловизора в США. Оказалось, что обнаружение антропогенных нарушений почвы при минных устройствах, идентификация металлических и пластмассовых мин, выявление и отбраковка муляжей и следов раскопок животными возможно лишь при совместной обработке изображений в средней и дальней области ИК - диапазона 3...5 мкм и 8...13 мкм, а также при совместной обработке одновременно полученных-изображений в видимой и ближней ИК - области спектра. Данных о ширине спектральных полос не приводится, однако в выводах рекомендуется о введение дополнительного ультрафиолетового диапазона.

С учетом исходных предпосылок был предложен способ, позволяющий проводить одновременную регистрацию изображений в двух спектральных каналах синхронно о синфазно. На рис. 1 показан зеркальный барабан 1, выполненный в возможностью вращения вокруг оси 2, первый компонент 3 объектива, зеркальная светоразделительная призма 4, два вторых компонента объектива: второй компонент 5, оптически сопряженный с приемником 6

Рис.3

Схема ОМБ тепловизора «Терма-2»

1. Стекло защитное

2. Призма сканирующая

3. Призма - делитель

4. Объектив

5. Линейки фотоприёмников

6. Линза

излучения, и второй компонент 7, оптически сопряженный с приемником излучения 8. На наружные поверхности линз компонента 3 нанесены два различных по спектральным характеристикам пропускания просветляющие покрытия, граница которых проходит в направлении диаметра, перпендикулярного оси 2 вращения барабана 1 и оптически сопряженного с ребром 10 призмы 4. На наружные поверхности линз компонентов 5 и 7 нанесены просветляющие покрытия с максимумом спектрального пропускания в области чувствительности соответствующих приемников излучения 6 и 8. На рис.(2) показан первый компонент объектива (разной штриховкой условно обозначены просветляющие покрытия разного спектрального пропускания).

Сканирующая система работает следующим образом. Со сканирующего барабана 1 на первый компонент 3 объектива падает все излучение, и фильтруется просвестляющими покрытиями: через одну часть компонента 3 проходит с максимумом пропускания излучение одного спектрального диапазона, а через другую его часть - излучение второго спектрального диапазона. Прошедшее излучение светоделительной призмой делится на два канала и воспринимается приемником соответствующей спектральной чувствительности, отсекающим излучение другого спектрального диапазона.

При этом вторые компоненты просветлены по всей площади на максимум одного пропускания, что позволяет пропустить излучение одного спектрального диапазона и значительно ослабить пропускание другого спектрального диапазона.

Очень важным преимуществом рассмотренной оптической схемы является одновременная регистрация от одной и той же грани сканирующего барабана, что обеспечивает синхронность и синфазность получаемых изображений.

Предложенная оптическая сканирующая система может быть использована и для одновременной регистрации четырех спектральных диапазонов, при этом принцип действия не изменяется, но несколько увеличиваются габариты ОМБ. На рис. (3) показана оптическая сканирующая система, состоящая из двух "ветвей", каждая из которых рассмотрена выше. На одну и ту же грань сканирующего элемента 2 через защитное окно 1 поступают две пары спектральных диапазонов

Именно эта схема была реализована в базовой модели многоспектрального самолетного тепловизора Терма-2".

Проведенные энергетические и габаритные расчеты схемы оптико-механического блока базовой модели тепловизора Терма-2"показали, что использование одного входного зрачка для каждой пары спектральных диапазонов, предложенное для уменьшения массо-габаритных характеристик тепловизора и приводящее к уменьшению энергетической чувствительности в каждом спектральном канале, компенсируется применением десятиэлементных фотоприемников, используемых в режиме последовательного сканирования. При этом пороговая энергетическая чувствительность повышается в корень квадратный из количества элементов в фотоприемнике.

Разработанный и изготовленный тепловизор Терма-2" обладал следующими основными техническими характеристиками

- поле обзора, угл. град. 90

- число элементов разложения по строке 1024

- количество реализованных основных спектральных диапазонов 3

- пороговая энергетическая чувствительность, к

канал 3...5 мкм 0,13

канал 8...13мкм 0,07

- приемник излучения:

в диапазоне 8...13,5 мкм - заливной жидким азотом

фоторезистор на основе тройных соединений CdHgTe (KPT), обнаружительная способность Ц'ип = 2-10" ВТ1 см гц1/г, в диапазоне 3...5 мкм - заливной жидким азотом фотодиод на основе сурьмянистого индия In Sb с обнаружительной способностью Д"*я1= 1 -1011 ВТ1 см гц,/г

в диапазоне 0,9...1,4 мкм - неохлаждаемый фотодиод на основе Ge с пороговой характеристикой 6 • 10"п лм.

- топология приемников: линейки из 10 элементов с размером одного элемента 0,05 мм и шагом 0,1 мм

- изображение записывалось на жесткий диск по всем спектральным каналам и выводилось на монитор в реальном масштабе времени -быстродействие w/н, с"1 0,15

-масса оптико-механического блока, кг 20

Второй раздел посвящен применению тепловизора "Терма-2" для отработки методики контроля нефте-продуктопроводов с воздушных носителей с целью предотвращения экологических катастроф.

Показано, что на начало 2000-х годов в России функционировало более 200 тысяч км подземных трубопроводов, значительная часть которых является нефтепроводами и продуктопроводами, представляющими огромную опасность для экологии в случае их повреждения.

Рассмотрен традиционный способ дистанционного тепловизионного контроля магистральных трубопроводов на предмет подземной утечки нефтепродуктов, показано, что при минимальных нарушениях целостности нефтепровода (диаметр свища 0,8 мм) и давлении в магистрали 20 атм. выход нефти составит 100...110 т до момента ее обнаружения (около 2-х месяцев) на поверхности земли. Отмечено, что использование тепловизионного контроля позволяет выявлять подземные утечки на ранних стадиях их развития, причем разность полных средних ожидаемых затрат при использовании визуального и тепловизионного метода контроля одного и того, же участка трубопровода длиной 1 тыс. км в течение 10 лет составляет приблизительно 10 млн. долл. США в пользу тепловизионного контроля.

В работе показано, что в настоящее время появилась острая необходимость дистанционного обнаружения несанкционированных и тщательно замаскированных врезок в трубопроводы с нефтью и продуктами ее переработки.

Так, за 8 месяцев 2002г. в России обнаружено 190 несанкционированных врезок, на Украине - 98, в Белоруссии -15. В России "лидирует" Орловская обл. - 30 врезок. Московская обл. - 23 врезки. Челябинская обл. -1 6 врезок.

По сути замаскированные врезки и раскоп с отводящим шлангом являются антропогенным (ручным) нарушением почвенного слоя, причем сама врезка находится в зоне тепловой проекции подземного трубопровода на поверхности земли. При этом распределение температуры на поверхности земли определяется формулой Форхгеймера для трубопровода неограниченной длины с теплоизоляционным покрытием, находящимся в однородном неограниченном массиве с плоской поверхностью. Решение общего уравнения приводит к выражению средней разности радиационных температур поля и фонаЛТи

е (Т.-Т.) С

лт„ = —£

а V л [Х„3 • Г

+ V, Ш ( г„ )]( « )Ш

1 h" + С

.где

h*= h +

; С = Vh"2-r„2;r„ = r+s,

а

Т„ - температура стенок трубопровода, равная температуре продукта, в град. Кельвина(К), Т„ - температура грунта на глубине залегания, К, h - расстояние от поверхности фунта до оси трубопровода, м, г - наружный радиус трубопровода без изоляции, м , S - толщина слоя теплоизоляции, м , Хф - теплопроводность фунта, ВТ/м • К, - теплопроводность слоя теплоизоляции, ВТ/м К, а коэффициент теплоотдачи с поверхности фунта, вТ/м2-К Например, для продуктопровода диаметром 0,5м, изолированного битумной лентой толщиной 2 мм, имеющего разность Т„ Т„ = ЗК и расположенного на

глубине 1,5 м, для типового значения а =15 вт/м2 • К получаем дТн = 0,3 К, что вполне достаточно для получения изображения тепловой проекции трубопровода специализированным тепловизором с энергетической чувствительностью 0,1 К.

Для исследования возможности применения многоспектральной диагностики магистральных трубопроводов на предмет выявления несанкционированных врезок была использована базовая модель тепловизора Терма-2" и рассмотрены вопросы обработки тепловизионных изображений в плане доработки компьютерной профаммы "Terma-View", содержащей две основные профаммы:

- профамма мониторинга и записи изображений во время полета (rw_show.exe);

- профамма просмотра и обработки изображений на персональном компьютере (TermaView.exe).

В профамме Тепла View использованы общие подходы к обработке изображений, основанные на математических операциях со спектральными компонентами. Рассмотрены вопросы обработки многоспектральных изображений в видимой и ближней ИК-области спектра, когда имеются пересекающиеся участки графических изображений коэффициентов спектральной яркости и не пересекающихся, т.е. более удаленных друг от друга спектральных изображений, а также режим совместной обработки изображений, полученных в ПК-диапазоне от 1 мкм до 13 мкм. Один из результатов совместной обработки разноспектральных изображений (1...1.2 и 8...13 мкм), полученных тепловизором Терма-2", приведены на рис. 4. Отмечено, что необходимым элементом дистанционного тепловизионного обнаружения врезок является отработка методики наземных измерений температурных полей подстилающих поверхностей, наиболее характерных для мест пролегания трубопроводов. Для этого предложено производить наземные измерения температур над трубопроводом, над имитатором врезки и в стороне от трубопровода ежесуточно с периодичностью в 1 час и с точностью измерения не хуже 0,1 С.

Указанные измерения проводились в течение 2000...2003 г. в г. Тихорецке (Северном Кавказе), в г. Сургуте и в г. Рязани. Представлен план полигона, расположенного в зоне прохождения продуктопровода с имитаторами врезок и отводящих раскопов.

чтгим ^Г. ; 1 У:."'.......■.¿.¿-'чд^УГ^Я'П-,' яд»» _:,жГ..-..у -о?тл

Нмюик« Тишмпм Снцпиии Пскж ♦ериуеевребенк Сотмю**«* (Сии "" 'чЛ

tUH~laisil.Mil * ФМ«1 ■ о|д|а!

г..: '/I ¡1-.'- 6 V-; -у-* 1ГЧ- & '* ^ я

£•>» Ним М|и«/*с| еом и«» н и • «Л^. 01500 г** ♦ 2?!4Ч Кма-"* вмгв*«*»»**? Дот« 0М^2000 вомм 1*15)1 ни • 01500 * (♦■¡л 5« Г ■> Пш "всткмвжТГ* | ь^-ьъ^тлАИ/п^илп

Рис 4

На рис 4 приведены изображения, полученные тепловизором "Терма-2", установленном на вертолете МИ-8Т, с высоты 300 м, во второй половине дня в условиях дымки

В работе приводятся наиболее характерные результаты измерений, а на рис (5) приведено одно из таких измерений, полученных на суглинистой почве, являвшейся наиболее характерной для трассы продуктопровода "Москва-Рязань" Отмечено, что существуют точки инверсии, когда температурные контрасты исследуемых объектов равны нулю в определенное время суток, которое зависит от многих обстоятельств, однако продолжительность инверсных переходов составляет, как правило, 10 30 мин, что необходимо учитывать при организации полетов с тепловизором

Перед началом полигонных и натурных исследований возможности применения тепловизионного метода обнаружения врезок с воздушных носителей была проведена оценка потенциальных возможностей базовой модели тепловизора "Терма-2" применительно к поставленной задаче обнаружения достаточно малоразмерных объектов таких как имитатор врезки и тепловая проекция трубопровода

Показано, что для обнаружения тепловой проекции трубопровода диаметром 0,5 м при элементе геометрического разрешения тепловизора с высоты 222 м, равным 0,35 м (1,43 элемента/размер объекта), требуется перепад температур между тепловой проекцией трубопровода и фоном 1°С, а для имитатора врезка с диаметром 1м (3 элемента/размер объекта) приблизительно 0,6°С В этой связи сформулирована одна из целей полигонных и натурных испытаний базовой модели тепловизора Терма-2" -определение необходимых технических параметров специализированного

Рис. 11

самолетного многоспектрального тепловизора, обеспечивающего наиболее эффективный экологический мониторинг магистральных трубопроводов.

Полигонные исследования тепловизора "Терма-2" проводились на полигонах г. Тихорецка (вертолет МИ-8) и на полигоне г. Рязань (самолет Ан-2, вертолет МИ-8). В работе приводятся фотографические изображения полигонов как с незамаскированными имитаторами врезок и отводящих раскопов, так и с замаскированными. Параллельно приводятся тепловизионные изображения этих же полигонов, полученные в спектральном диапазоне 8...13 мкм. Отмечается, что маскировка не мешает обнаруживать нарушение почв, хотя визуально они неразличимы

Показано, что визуально полигон наблюдался, как заросшее высокой травой поле, однако на тепловизионном изображении (рис. 6) выявляются следы врезок и раскопов даже через год после их выполнения, что демонстрирует высокую эффективность предложенного тепловизионного метода с использованием базовой модели тепловизора Терма-2".

Натурные исследования проводились на магистральных трассах "Черномортранснефть" (Адыгея, Северный Кавказ), "Сургутнефтегаз", "Рязаньтранснефтепродукт". Приведены результаты традиционного тепловизионного мониторинга, такие как обнаружение неработающих подземных трубопроводов, определение степени очистки почвы после выброса нефтепродуктов на поверхность Земли, наблюдение очагов пожаров через дым (рис.7), а также многоспектральное обнаружение участков обводнений, возникающих при прокладке новых трубопроводов (рис. 8)

Применительно к основной теме тепловизионного обнаружения несанкционированных врезок, в работе показана возможность обнаружения реальных врезок с отводами (рис 9), следов нарушения почвы в зоне трубопроводов, следы автомобиля в зоне тепловой проекции трубопроводов и нарушения почвы в этой зоне (рис.10). Особый интерес представляет тепловизионное изображение устраненной год назад врезки, неразличимое визуально (рис.11), что хорошо согласуется с результатами полигонных исследований.

Проведенные натурные испытания базовой модели тепловизора Терма-2" показали высокие возможности тепловизионного контроля магистральных трубопроводов и, в частности, выявления несанкционированных врезок, однако, как и следовало ожидать, выявили ряд необходимых доработок, которые позволят использовать специализированный тепловизор наиболее эффективно. Это касается, в первую очередь, увеличения геометрического разрешения, введения дополнительного спектрального канала видимого диапазона, увеличения быстродействия.

Приведены основные технические характеристики специализированного тепловизора для выявления несанкционированных врезок в магистральных трубопроводах с борта воздушного носителя.

Тип сканирования - Line Scan - оптико-механическая развертка изображения по строке.

Спектральные каналы, мкм видимый ближний ИК средний ИК дальний ИК Пороговая энергетическая чувствительность в среднем и дальнем ИК - диапазоне, град Угловое поле обзора, град

Мгновенный угол обзора, рад (угл мин.) Элемент геометрического разрешения с высоты полета 100 м, м Быстродействие, W/H, с"1 Масса ОМБ, кг, не более

Третий раздел посвящен разработке инфракрасного сканирующего устройства для эффективного тушения лесных пожаров с воздушных носителей-танкеров. Показано, что одним из важнейших вопросов экологической безопасности окружающей среды является борьба с лесными пожарами, которой во всем мире уделяется огромное внимание. Огонь за короткие промежутки времени может охватывать большие территории лесов, угодий, уничтожая при этом населенные пункты и промышленные предприятия. Ущерб, причиненный лесными пожарами в России, можно рассмотреть на примере 1997г.

Сложная пожарная обстановка была отмечена в мае, июле и сентябре. Всего на территории лесного фонда России возникло 27356 пожаров. Огнем пройдено 657,5 тыс. га лесной площади, 881 пожар перешел в категорию крупных, которые охватили 82 % площадей. Наибольшая горимость наблюдалась в республиках Алтай, Бурятии, Карелии, в Алтайском, Красноярском, Хабаровском, Приморском краях, Архангельской, Читинской, Иркутской обл. На долю этих регионов приходится 596 крупных пожаров. Распространению огня на значительные площади здесь в значительной степени способствовала сухая жаркая погода с сильными штормовыми ветрами. В ряде случаев ежедневное увеличение площадей, охваченных огнем, составляло более 500 га. В Читинской обл. в Бурятии и Тыве в зону пожара попадали населенные пункты. В 1997г не обошлось без человеческих жертв, в огне погибли работники государственной лесной охраны и местные жители. В целом лесному хозяйству России лесными пожарами нанесен материальный ущерб в 1263 млрд. руб, при этом сгорело и повреждено 19,8 млн. м3 леса на корню и 12,7 тыс. м3 заготовленной древесной продукции.

Авиационную охрану лесов от пожаров выполняли 20 авиабаз и 2 авиа звена-на площади 681,5 млн. га. С помощью авиации обнаружено 7,9 тыс пожаров, из них 3.9 тыс. потушено, при этом отмечается тот факт, что уровень авиации в пожаротушении снижается из-за недофинансирования. В 1997г налет составил 28928 ч, а в 1996г - 41157. Таким образом, не имея возможности повлиять на финансирование авиационных методов пожаротушения, представляется чрезвычайно актуальной попытка повысить эффективность применения авиации при пожаротушении за счет разработки новых инфракрасных приборов.

0,4...0,75 1... 1,2 3... 5 8...13,5

0,1 50

5-Ю"4 (1,85)

0,05 0,39 25

Рассмотрены предпосылки для разработки инфракрасного прибора для эффективного автоматизированного слива жидкости с летных аппаратов-танкеров с учетом существующих способов и устройств. Приводится заключение самолетостроительного предприятия "АНТК им. С.В. Антонова" о том, что эффективность применения самолетов при тушении лесных пожаров зависит от точности попадания огнегасящей жидкости на очаг пожара, но попытки применения оптического прицела НКПБ-7 привела к отрицательным результатам из-за больших угловых перемещений объекта прицеливания на предельно малых высотах полета самолета-танкера при пожаротушении. Предложен способ более эффективного и точного слива жидкости на очаг пожара.

Указанная цель достигается тем, что очаг пожара вводят в поле зрения расположенного на летательном аппарате устройства, построчно сканирующего местность поперек направления полета, определяют момент начала регистрации очага приемным устройством и устанавливают вручную или автоматически временную задержку для срабатывания системы слива огнетушащей жидкости.

Кроме того, с целью исключения ложных сигналов анализируется заданная последовательность однотипных строк сканирования.

Такое решение является новым, не известным в практике тушения лесных пожаров и других очагов возгорания. Способ реализуется следующим

образом (рис. 12).

На летательном аппарате 1 под фюзеляжем или внутри него устанавливается оптико-электронная аппаратура 2, включающая оптико-механический блок 3, приемное устройство 4 и электронный блок 5. Внутри летательного аппарата

размещается пульт 6 управления и система 7 сброса жидкости из наружных емкостей 8.

Установленная аппаратура 2 построчно (см. например, строку 9) сканирует местность 10 с высоты Н и с углом а оси визирования к продольной оси 11 носителя в пределах угла р обзора местности 10. Каждая грань многогранного сканирующего барабана оптико-механического блока 3 направляет в приемное устройство 4 лучистую энергию от каждого участка местности 10. При сканировании участка пожара 12 с повышенной температурой относительно

соседних участков местности в приемном устройстве 4 появляются соответствующие сигналы 13, которые усиливаются электронным блоком 5 и по линии связи 14 передаются на пульт 6

Рис. 12

управления. Сигнальное устройство срабатывает только в том случае, если сигнал от нагретого объекта будет продублирован следующей строкой. Наличие продублированного сигнала является командой на автоматический слив жидкости после установленного заранее времени задержки слива.

В работе проведен расчет спектральных и оптических характеристик инфракрасного прицельного устройства (ИКПУ) "Терма-5".

Разработанное инфракрасное прицельное устройство (ИКПУ) "Терма-5" состояло из оптико-механического блока (ОМБ), блока управления (БУ) и пульта управления (ПУ), ОМП "Терма-5" представляло собой сканирующее устройство с восьмигранным зеркальным барабаном диаметром 60 мм. Объектив представлял собой линзовую систему из кремния. Диаметр входного зрачка был равен 15,3 мм, а относительное отверстие 1:2. В качестве ИК -приемника использовался неохлаждаемый РЬве фоторезистор 300x300 мкм2 со спектральной чувствительностью в диапазоне 3,5...4,2 мкм. Угол обзора был выбран равным 25°, что при наклонной дальности до цели 130 м обеспечивало сканирование полосы местности, перпендикулярной направлению полета, длиной 60 м и шириной 1 м с геометрическим разрешением 1x1 м2 в плоскости предмета.

Угол наклона визирной оси ОМБ к строительной оси носителя выбирался таким образом, чтобы при заданной скорости и высоте полета носителя оставалось время для срабатывания исполнительных механизмов слива с учетом баллистики сброшенной жидкости.

Предварительные летные испытания ИКПУ "Терма-5", проведенные на самолете - танкере АН-26 (г. Адлер) в 1993 г и вертолете МИ-8Т (г. Краснодар) в 1994 г, показали высокую энергетическую чувствительность прибора. Так полузатушенный костер, находящийся под слоем пепла, диаметром 1м2 и воспринимавшийся глазом как серое пятно, давал сигнал захвата цели не только с высоты 40м, что требовалось по техническому заданию, но и с высоты 250м, что увеличивало наклонную дальность со 140 до 875 м, а линейную проекцию мгновенно угла зрения в плоскости предметов с 1 до 39 м2. ИКПУ "Терма-5" имело следующие технические характеристики:

- вероятность захвата очага пожара Р > 0,95

- угловое разрешение 0,4°

- энергетическое разрешение Т 80 С

- угол наклона оси визирования к строительной оси самолета 12°

- угол обзора подстилающей поверхности

в передней полусфере ± 12,5°

- при высоте полета 50м ширина

полосы захвата на местности 100 м

- масса изделия без монтажного комплекта 5,2 кг

- питание от сети постоянного тока 27В, энергопотребление - не более ЗА.

С учетом большой важности разработанного сканирующего устройства, не имеющего аналогов ни в России, ни в мире, в 1995 г. были проведены межгосударственные российско-украинские испытания ИКПУ "Терма-5" на самолете-танкере Ан-32П на полигоне аэродрома Гостомель (г. Киев) и в лесистой местности (Гостомельский лесхоз). Полигон был оснащен рядами водосборных кювет, предназначенных для определения концентрации жидкости, приходящейся на м2 в пятне слива. В центре полигона был размещен макет очага пожара, имеющего практически точечный размер 1x1,5 м2. В работе приводятся результаты 10 сливов жидкости общим объемом 8 м3 каждый с самолета Ан-32П, оборудованного ИКПУ "Терма-5". Результаты оформлены в виде таблиц, где отмечены концентрации жидкости в пятне упавшей

жидкости(л/ м2) и положение очага пожара. Отмечено, что все сливы приводили к тушению очага пожара.

Для более наглядного представления полученных результатов и

возможности дальнейшего анализа была разработана программа,

позволяющая на компьютере выделить в виде серого поля всю поверхность, на

которую попала вода, в виде черного поля ту поверхность на которую попала

вода с концентрацией, достаточной для эффективного тушения Также

появилась возможность определения координат центра масс сброшенной воды

на поверхности земли с привязкой к координатам источника огня.

На рис.13 показан один из

результатов обработки таблиц, где

центр масс сброшенной воды

накрывает макет очага пожара

Испытания ИКПУ "Терма-5" в

условиях леса проводились на

участке хвойного леса с

коэффициентом экранирования

(процентом площади земли,

закрытым кронами деревьев),

равным 0,7, что несколько больше

по отношению к

Рис 13

среднестатистическому значению, равному 0,5.

Проведен анализ результатов испытаний ИКПУ Терма-5" в условиях леса, отмечено, что по мнению комиссии, основные показатели разработанного ИКПУ соответствуют требованиям при работе на открытой, равнинной местности и в редко- ствольных насаждениях. В работе приводится рекомендация приемочной комиссии о проведении эксплуатационных испытаний ИКПУ "Терма-5" на реальных лесных пожарах в различных типах лесов и на различных типах воздушных судов (АН-2П, АН-26П, Бе-12П, а также на вертолетах МИ-8МТ с водосливными устройствами) для определения области и отработки технологии применения ИКПУ.

Для окончательного завершения работ по предложенному образцу ИКПУ Терма-5" было проведено и экспериментальное исследование на нескольких типах вертолетах ( "Пума"-Франция, "БЕЛ-ЮЗ"- Канада) с числом накоплений сигнала, равным 2.

При демонстрации двух комплектов прибора в Португалии в 1997 г в условиях эвкалиптовых лесов было осуществлено обнаружение точечного модельного очага пожара на равнинной местности и обнаружение скрытого очага (под большим слоем пепла) в эвкалиптовом лесу, после чего эти комплекты были закуплены Португальской стороной.

Четвертый раздел посвящен дальнейшему усовершенствованию ИКПУ "Терма-5".

Проведена оценка недостатков ИКПУ, главным из которых является неполная автоматизация процесса пожаротушения с воздушного носителя из-за ручной установки времени задержки начала слива.

При обсуждении технических характеристик и конструктивных особенностей ИКПУ "Терма-5" с руководством Федеральной службы лесного хозяйства России (октябрь 1995г.) было рекомендовано оснастить ИКПУ "Терма-5" бортовым вычислителем для автоматического определения времени задержки слива как функции высоты и скорости полета носителя, угла тангажа и скорости ветра.

Независимо от этого, такое же пожелание было высказано Французской лесопожарной службой (февраль 1995г.) при подготовке испытаний лесопожарного оборудования во Франции.

Ко второму недостатку следует отнести отмеченное нами при демонстрации прибора в Португалии в 1997г. существенное расхождение выбранного времени задержки слива с реально необходимым при тушении в гористой местности.

Действительно, если рассмотреть рис.14, то видно, что при полете над равниной (положение 1) высота соответствует полигонным условиям, в то время как в положении 2 носителя высота полета над очагом меняется на и время задержки слива 1заД1 не соответствует реальному времени ^адг, необходимому для точного попадания на очаг. Возможны 2 пути решения этой задачи. Первый путь - это пробный заход носителя на очаг пожара и определение реальной высоты с последующей

коррекцией времени задержки слива вручную на основании таблицы, составленной на полигоне tзia = f (Н,\/) Второй и наиболее рациональный путь - это постоянное измерение наклонной дальности Ц связанной с высоты полета

и введение измеренной наклонной дальности в бортовой вычислитель

рис. 14

В работе проведена разработка управляющего алгоритма бортового вычислителя с учетом аэродинамики слива жидкости с летательных аппаратов.

Анализ проводился с учетом следующих предпосылок. С воздушного носителя (далее - самолета), находящегося на_высоте Н над поверхностью Земли в горизонтальном полете со скоростью \/с, начиная с момента I = 0, в течение времени I = ^ осуществляется слив жидкости в виде

слитной струи, ориентированной по вектору ^жсо скоростью V» относительно самолета. _ _

При безнапорном истечении жидкости - V* =0. При напорном - вектор V» ориентирован вниз - назад относительно вектора \/с скорости самолета. Ориентация \/ж относительно \/с определяется размещением и углом среза относительно корпуса самолета сливного люка. _

На рис.15 показаны векторы переносного \/с , относительно V* и абсолютного движения элементов струи и декартовы проекции V, Уу являющиеся начальными условиями УсхИ \/еу движения по координатам X и У. Другие начальные условия: при 1 = 0Хо = 0иУо = 0

рис. 15

Под действием встречного потока воздуха струя жидкости разбивается на капли, диаметр которых, вообще говоря, неизвестен, но, очевидно, что чем больше Н, тем дольше происходит падение капель и тем больше шансов, что капли под напором встречного потока воздуха будут разбиты на все более мелкие части. С другой стороны, начиная с некоторого, опять таки нам неизвестного размера, столкновение капель будет приводить к их слиянию и установится некоторое равновесное состояние смеси капель, при котором будет реализовано некоторое статистически стабильное распределение капель по размеру.

Исходя из предположения, что диаметры капель распределены по нормальному (Гауссову) закону в диапазоне от Д,,,,, до Дтах с математическим ожиданием Дер, среднеквадратическое отклонение будет

Дг-Х-Дч.

з 3

Рассмотрены действующие силы и уравнения движения На рис. 16 в декартовых координатах ХОУ показаны ускорения \Л/Х и \Л/У движения капли и все действующие на нее силы

_ Пп ппи У-

„и«= - т \Л/Х - сила инерции

__- сила лобового сопротивления

£,„у=-т\Л/у - сила инерции

Ку - сила лобового сопротивления

Р - вес капли

Все силы, кроме сил лобового сопротивления, тривиальны. Значения сил инерции записаны

ВесР = тд , гдет - масса капли д = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения. Сила сопротивления R может быть принята пропорционально квадрату скорости в форме

р = 1,293 кг/м3 - плотность воздуха; S - площадь поперечного сечения капли (м2); С - аэродинамический коэффициент.

рис. 16

Исходя из того, что принятая форма капель шарообразная, аэродинамического сопротивления будет С, = Су = 0,35 Из условия равенства сил следует:

коэффициент

Переходя от векторной формы к скалярной и произведя необходимые замены, получим уравнение движения по осям X и У

Окончательное уравнение движения для шара диаметром Д и объемом В имеет вид

Значения С и р зависят от высоты над уровнем моря и от температуры воздуха. Для нормальных условий (1° = 20°С, высота над уровнем моря = 0)

р = 1,293 кг/мэ, С = 0,35.

Величина у зависит от вида жидкости и ее температуры. Для воды у = 103 кг/м3 При подстановке указанных значений получим:

Для определения траектории движения капли необходимо дважды проинтегрировать уравнение(5) Движение по оси X

После разделения переменных получаем:

Для интегрирования (8) заменим Ух=~35— , разделим переменные и используем подстановку Т. - 1 + кУо1, откуда

Л= № Также проинтегрируем выражение dx =- с учетом

того, что при t = 0 ¿с = 1 и сделаем обратную подстановку:

X =- In (1 + kV„t) (9)

k

Движение по оси У После разделения переменных в уравнении движения по оси У получаем-

Используя подстановку 7. = V к\/у с учетом того, что при ^ = 0 2о = V к Уоу, интегрируя последнее выражение и производя некоторые преобразования, получим-

Vm= 170^Д - максимальная скорость падения капли dy

Поскольку V =

выражение (10) приводится к:

Наибольший интерес представляет движение для случая V0n = V0, Voy = 0, соответствующее безнапорному истечению жидкости. Для этого случая выражения (9) и (11) упрощаются и имеют вид:

X =- 1п (1 + ад)

к

2У„к« } (12). где

1 +е

У = -Ут1+_1_ 1п_

к 2

значение " к " и " V", определяются в общем случае выражениями (6) и (7).

Из выражений (6), (9), (11) и (15) видно, что траектория полета капли является функцией ее диаметра, а также начальной скорости и высоты полета самолета.

Разрешив второе из уравнений (12) относительно параметра "1" при у = Н, получаем функцию длительности падения капли 1п в зависимости от диаметра капли и начальные условия:

Подставив (13) в первое из уравнений (12), найдем значение максимальной дальности:

Максимальная скорость вычисляется по формуле (15).

\Лп = 170 V Д

Выражения (13) и (14) позволяют анализировать зависимость Хт и 1л в функции от определяющих параметров Ни У0, а также строить распределение по диаметрам Д.

Для оценки полученных теоретических результатов были выполнены рамочные расчеты. Прежде всего зададимся высотой и скоростью полета. Пусть Н =40м, \/0 = 70м/с.

Теперь выберем диаметр капли. Сравним с дождем. Мелкий моросящий дождь-01 мм, летний ливень - 010 мм. Крупнее бывает только град и то лишь потому, что из-за твердости не может распасться на части под действием встречного потока воздуха.*

Для принятых значений Д™ = 1 мм, Дтах = 10 мм, Дер =5,5 мм были выполнены численные расчеты по выражениям (13), (14), (15).

Для нормального распределения 68% событий находится в зоне ±а, т.е. здесь ± 1,5 мм относительно математического ожидания Дер = 5,5 мм, т.е.в диапазоне 4 мм 5 Д 57мм.

Из зависимостей . были установлены вероятные

диапазоны дистанций и времени падения капель (70% выпавшей жидкости)

Х^ = 47,1 м }для определения точки прицеливания

1лср= 4,0 с } основной параметр при оценке сноса при ветре.

Для оценки влияния высоты и скорости полета самолета на характеристики движения проведены расчеты \/т, Хщ для разных У0 и Н при среднем значении диаметра капли Д^ = 5,5 мм.

По результатам проведенного расчета можно принять характеристики движения капли этого диаметра.

Оставляя в выражениях (13) и (14) только параметры V,,, H и Д, получим

а для значения Д = 0,0055 м для дальнейшего расчета используем:

Показано, что диапазоне высот от 30м до 100м время падения tn может быть выражено простой апроксимирующей формулой, tn = 4 + 0,08 (Н - 40) В реальных условиях эксплуатации всегда будет присутствовать ветер. Обозначим скорость ветра Ve в направлении движения самолета и Vb - боковой ветер.

Рассмотрено воздействие ветра, которое сводится к переносному смещению всего облака в направлении его действия на величину, линейно зависящую от времени полета. АХ = Ve tn

} (17)

AZ = Vet»

Знак V» приведет к увеличению или уменьшению дальности полета капли. Хо, = 23 + 0 21Н + 0,23 Va + V> (0,8 + 0,08Н) (18), а боковой снос определяется функцией:

AZ = Ve(0,8 + 0,08H) (19)

Показано, что после ряда преобразований управляющий алгоритм бортового вычислителя приобретает вид-

н t, 1

t3 =— (ctg у0 + 0.27Av) - — - tan--[23+0.21 H+0.23Vo+V„(0 8+0,084 H] (20)

v. 2 V.

Для выбранного режима полета у0 = 14,8°, Н=50м, V0 = 70м/с при te = 1с и ta„ = 0,8с

t3 = 0,7 +0,2 Av + 0,07 • V» , т е. при нулевом ветре и штатном угле тангажа t3 = 0.7.

Каждый градус погрешности в угле тангажа, не учтенный в вычислителе, приводит к ошибке во времени задержки на 0,2с, что соответствует 14м ошибки прицеливания.

Каждый 1м/с попутного (встречного) ветра приводит к ошибке на местности в 5м, т е. требуется коррекция времени задержки на 0,07с.

Например, при выбранных условиях, при попутном ветре V, = 10м/с t3 = 0

При более сильном попутном ветре обеспечить попадание в цель можно путем увеличения угла тангажа или уменьшением аппаратного угла 2. Иначе время задержки будет меньше 0 и в цель попадет не середина, а "хвост" облака.

Аналогичным образом, если не учитывать встречный ветер, облако сместится назад и цель накроет не середина, а "хвост" облака. В обоих случаях надежности попаданий уменьшается.

Для большей наглядности полученного алгоритма была построена зависимость

tj от V<> и Н при принятых значениях te = 1с, ta,, =0,8с, у0 = 14,8° и при нулевых значениях скорости ветра Ve = 0 и погрешности тангажа Av =0.

Обширный экспериментальный материал, полученный во время испытаний ИКПУ "Терма-5" на Украине в 1995 г. на самолете АН-32П позволил сравнить реальные результаты сливов с расчитанными при помощи управляющего алгоритма.

Было установлено, что расчетное время задержки все время превышает реально установленное на величину, находящуюся в пределах 1,4с... 0,75с.

В наиболее очевидных случаях, когда наблюдалось практически полное совмещение центра массы пятна сливаемой жидкости с очагом пожара, .время расхождения, полученное расчетным путем, составляло 0,81с .... 0.75с, что позволяет говорить о хорошем соответствии расчетных и реально полученных результатов.

Представилось целесообразным уменьшить погрешность вычислений с учетом того, что линейный член уравнения 20 ta„n te™«, был выбран достаточно произвольно, основываясь на предположении разработчиков самолета танкера АН-32П. Решив в численном виде уравнение (20), приравняв его нулю, можно получить значение

для + tan ), равное 2,05, что и будет характеристикой сливного

оборудования самолета АН-32П.

t.

Полученное значение (— -Han)было проверено на реальном сливе №7, 2

проведенном в нестандартных условиях (высота полета при сливе составляла

не 50, а 80м).

Итак:

tj= — (ctg 14,8+0,27-2.9)-2,05-— (23+0,21-78+0,23 72,5)=0.09с

Таким образом, разработанный алгоритм позволил получить достаточную для эффективного (в смысле пожаротушения ) точность слива с высоты полета даже вдвое превышающей требуемую по техническому заданию высоту. При этом показано, что ошибка составляет всего 0,09с.

В работе рассмотрено использование ИКПУ "Терма-5" в составе комплекса бортовой аппаратуры воздушных носителей-танкеров и отмечено, что наиболее рациональным способом использования ИКПУ "Терма" в режиме полного автомата является оснащение прибора портативным лазерным дальномером. В этом случае конструктивно дальномер, работающий в спектральном диапазоне 1,06 мкм, может быть размещен в ОМБ ИКПУ с параллаксом не более 100 мм, причем оптическая ось дальномера остается

неподвижной во время развертки оптической оси ИКПУ и направлена в центр образующейся строки на местности

Во время работы сканирующей системы ОМБ ИКПУ дальномером постоянно выдаются значения наклонной дальности, которые воспринимаются бортовым вычислителем только в том случае, когда приходит сигнал от очага пожара. В бортовом вычислителе значения наклонной дальности 1_ пересчитываются в значения соответствующей высоты полета по формуле: Н = 1_-зт(у0 +Ду) с последующей реализацией алгоритма в бортовом вычислителе, схема которого представлена на рис. 17

|Л-рс самолета

i| I | каправл ветра

Г- -I 1

ь -► | ±У' + 2

V.

к исполнительному механизму слива

рис. 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведенный анализ яркостных контрастов природных образований показал, что при использовании тепловизоров для экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф достаточно регистрировать изображения в пяти основных спектральных диапазонах:

0,3...0,38 мкм; 0,45...0,76 мкм; 0,9...1,4 мкм; 3...5 мкм; 8...13,5 мкм.

2. Разработанная оригинальная схема оптико-механического сканирующего устройства позволяет одновременно зарегистрировать все выбранные спектральные диапазоны синхронно и синфазно.

3. Разработанная оригинальная схема оптико-механического сканирования позволила уменьшить массу оптико-механического блока в несколько раз по сравнению с серийным тепловизором "Вулкан" и довести ее в тепловизоре "Терма-2" до 20 кг.

4. Установлено, что магистральные подземные трубопроводы представляют большую угрозу экологии не только из-за возможности утечек нефти и нефтепродуктов, но в первую очередь, из-за возможного выброса нефти или нефтепродуктов в местах несанкционированных врезок в трубопроводы.

5. Установлено наличие температурных контрастов между температурой почвы в месте врезки, температурой почвы над трубопроводом и температурой почвы в стороне от трубопровода. Показана необходимость наземных измерений температур. Разработана методика измерения указанных температурных контрастов.

6. Проведенные наземные измерения температурных контрастов в нескольких регионах России показали, что практически в любое время суток существуют температурные перепады в зоне подземных трубопроводов и врезок в них. Показано, что величина этих температурных перепадов составляет от десятых долей градуса до градусов, что может быть зафиксировано тепловизором.

7. Установлено, что точки инверсных переходов, когда температурные контрасты отсутствуют, наиболее часто отмечаются в утренние и вечерние часы суток, что необходимо учитывать при организации плановых облетов магистральных трубопроводов на воздушных носителях с тепловизором

8. Показано, что вследствие малой продолжительности инверсных переходов (до десятка минут), для уверенного обнаружения и дешифрирования несанкционированных врезок и отводов целесообразно проводить тепловизионную съемку при полетах над магистральными трубопроводами туда и обратно с продолжительностью полета в одну сторону не менее одного часа.

9. Показано, что при существующих методах пожаротушения с воздушных носителях неавтоматизированный слив жидкости на огонь приводит к промаху в 30...50 случаях из 100.

10. Применение оптических прицелов с воздушных носителей для целей пожаротушения чрезвычайно затруднено из-за больших угловых скоростей на малых высотах (40...50м) полета.

11. Применение тепловизионных методов при борьбе с лесными пожарами позволяет производить обнаружение и картирование очагов лесных пожаров, однако не позволяет производить слив огнетушащей жидкости на очаги пожаров.

12. Разработано и защищено патентом РФ инфракрасное прицельное устройство "Терма-5", не имеющее аналогов в мире, обеспечивающее определение точки начала слива и автоматическое включение бортового сливного оборудования воздушного носителя при полетах над равнинной, безлесой и лесистой местностью с коэффициентом полноты леса до 0,7 с высокой вероятностью захвата очага пожара прибором (при правильном выборе курса на цель) и точным попаданием центра тяжести сброшенной жидкости на очаг горения (при установленном заранее времени задержки слива).

13. Показаны области возможного применения ИКПУ при тушении лесных пожаров: тушение одиночных возгораний и тушение наиболее опасной фронтальной кромки (ядра) пожара.

14. Проведенный анализ показал необходимость построения бортового вычислителя для совместной работы с ИКПУ Терма-5".

15. Полученный алгоритм определения времени задержки слива жидкости с самолета позволяет построить относительно простой, линеаризованный по большинству параметров бортовой вычислитель, входными параметрами которого является скорость, наклонная дальность до цели, скорость ветра и отклонение угла тангажа от заданного режима, и выходным параметром - время задержки команды на слив жидкости.

16. Проведенное сравнение расчетных значений времени задержки слива по разработанному алгоритму с реальными значениями при экспериментальных сливах с самолета-танкера АН-32П показали достаточно точное совпадение расчетного с экспериментальным значением времени задержки.

17. Показана необходимость введения в бортовой вычислитель линейного

U

двухчлена , который для каждого типа воздушного носителя будет

индивидуальным.

Установлено, что для самолета-танкера АН-32П значение двухчлена равно 2,05.

18. В результате выполненной работы сформирован новый подход к обеспечению экологической безопасности окружающей среды путем дистанционного обнаружения источников крупных экологических

катастроф - замаскированных врезок в магистральные нефте-продуктопроводы. Разработанный метод дистанционной многоспектральной тепловизионной диагностики позволяет выявлять криминальные врезки независимо от степени их маскировки в любое время суток.

19. В работе показано, что применение разработанного инфракрасного сканирующего устройства, положенного в основу оригинального способа

тушения лесных пожаров с воздушных носителей-танкеров, позволяет с первого захода подавлять очаги пожаров, предотвращая тем самым перерастание их в крупные лесные пожары, приводящие к экологическим катастрофам регионального масштаба.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

1. Широбоков A.M., Товбин Б.С.

Самолетный тепловизор "Терма-2", работающий в четырех спектральных диапазонах, Оптический журнал, №7,1997 г. с 78...80.

2. Широбоков А.М., Товбин Б.С.

Инфракрасный прицел в лесопожарной авиации. Оптический журнал, №11, 1996 г., с 71...73.

3. Широбоков A.M.

Алгоритм управления инфракрасным прицельным устройством, предназначенным для тушения пожаров, Известия ВУЗов "Приборостроение", СПб, ИТМО, том 45, №2,2002 г. с 22...28.

4. Широбоков A.M., Щупак Ю.А., Чуйкин В.М.

Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором Терма-2". Известия ВУЗов, "Приборостроение". ИТМО, том 45, №2,2002г.с17...21.

5. Широбоков А М , Барбашов Е.А, Кавелин Н.Н , Чуйкин В.М. Использование многоспектрального тепловизора Терма-2" для контроля магистральных нефтепроводов. Известия ВУЗов, "Приборостроение". ИТМО, том 45, №2, 2002 г. с 12... 16.

6. Широбоков A.M., Барбашов ЕА

Оптико-электронные приборы инфракрасного диапазона для решения задач экологии, М. Радиотехника вып. Радиосистемы №11,1999 г., с 90...94.

7. Широбоков А.М., Товбин Б.С, Трошкин Ю.С.

Использование фотоприемных устройств на основе InSb и CdHgTe в тепловизорах "Терма-4", "Терма-2" и перспективы их дальнейшего применения, Тезисы доклада на международной конференции" ТеМП-96, СПб, 1996г.с10.. .13.

8. Широбоков А.М., Товбин Б.С.

Инфракрасное прицельное устройство "Терма-5" в лесопожарной авиации. Тезисы доклада на международной конференции ТеМП-96", СПб, 1996 г., с 46...48.

9. Широбоков А.М., Панков ЭД, Пулов Д.И.

Тепловизор с четырьмя спектральными диапазонами. Материалы международного научно-практического семинара "Прикладные вопросы точности приборов и механизмов", СПб, ИТМО, 1997 г.

10. Широбоков А.М., Товбин Б.С, Чуйкин В.М.

Многоспектральный тепловизор Терма-2". Информационный листок СПб ЦНТИ, СПб, 2002 г. Зс.

11. Широбоков А М., Барбашов Е.А., Кавелин Н.Н., Чуйкин В.М.

Контроль магистральных нефтепроводов с помощью многоспектрального тепловизора. ИТМО, СПб, 2002 г., 8С. Деп. в ВИНИТИ 14.02.20 №313-В2002.

12. Широбоков А.М., Щупак Ю.А., Чуйкин В.М.

Методика обработки тепловизионных изображений, ИТМО, СПб, 2002 г., 9 с. Деп. в ВИНИТИ 14.02.02. №314-В2002.

13. Широбоков A.M., Панков Э Д., Пулов Д.И.

Тепловизор с четырьмя спектральными диапазонами, СПб, ИТМО. Сборник научных статей "Оптико-электронные приборы и системы", 1996 г. с 75 ..77.

14. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Пулов Д.И.

Четыри-спектрален сканиращ тепловизор "Терма-2" за екологичен контрол и изследоване на природните ресурси на Землта. Научно-трудове высше военно-общевойсково училище "Васин Левски", книжка "42. Велико Търново, 1996. с.19...21.

15. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Пулов Д.И. Четырехспектральный самолетный сканирующий тепловизор для экологического контроля и исследования природных ресурсов Земли. Тезисы докладов конференции "Методы дистанционного зондирования и

ГНС - технологии для контроля и диагностики состояния окружающей среды", СПб, 1997 г.

16. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Чуйкин В.М. Кавелин Н.Н.

О возможности использования многоспектральных тепловизоров для поиска несанкционированных врезок в нефтепроводы. Материалы российского научно-технического семинара "Концепция обеспечения достоверности экоаналитической информации в России за период до 2020 года (метрология, приборостроение, образование)" СПб, ИТМО, 2001 г.

17. Широбоков A.M., Чуйкин В.М. Кавелин Н.Н.

Об обработке изображений многоспектральных тепловизоров. Материалы конференции "Высокоскоростная фотография и фотоника", М, ВНИИОФИ, 2001 г. ,с47 ...51.

18. Широбоков А.М., Чуйкин В.М., Пулов Д.И. Многоспектральный тепловизор Терма-2" и его метрологические возможности. В сборнике Труды научно-технической конференции ППС ИТМО" СПб, ИТМО, 2002 г. с 121...124.

19. Широбоков A.M., Митин В.П., Товбин Б.С.

Оптическая сканирующая система, Патент РФ №2018169 от 15.08.94 г.

20. Широбоков А.М., Арцыбашев Е.С., Товбин Б.С.

Способ тушения очагов пожара, Патент РФ №213872 от 28.04.97 г.

21. Широбоков A.M.

Повышение эффективности борьбы с лесными пожарами за счет применения уникальных российских технологий раннего обнаружения и оперативного тушения лесных пожаров.

Доклад на Парламентских слушаниях. "Экологические проблемы лесов России", Государственная Дума Российской Федерации, 4.02.2003 г.

Р1 0 7 5 2

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре "Университетские Телекоммуникации". Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233-46-69. Лицензия ПДЛ № 69-182 от 26.11.96 Тираж 100 экз.

Введение

Глава 1 Исследование принципов построения и разработка многоспектрального тепловизора.

1.1. Методы и аппаратура для дистанционного зондирования.

1.1.1. Методы дистанционного зондирования.

1.1.2. Аппаратура для дистанционного зондирования.

1.2. Выбор основных спектральных диапазонов для 17 многоспектрального тепловизора.

1.2.1. Спектральные коэффициенты отражения природных 19 образований

1.2.2. Основные спектральные диапазоны для многоспектрального 30 тепловизора

1.3. Необходимость одновременной регистрации информации 31 в многоспектральном тепловизоре

1.4. Разработка оптической сканирующей системы базовой модели 33 тепловизора

1.5. Разработка многоспектрального тепловизора "Терма-2"

1.5.1. Проведение энергетических расчетов и выбор основных оптических характеристик тепловизора "Терма-2"

1.5.2. Технические характеристики тепловизора "Терма-2" 43 Выводы по первой главе

Глава

Т Применение многоспектрального тепловизора "Терма-2" для контроля нефтепродуктопроводов с воздушных носителей с целью предотвращения экологических катастроф.

2.1. Дистанционный тепловизионный контроль магистральных 46 трубопроводов на предмет подземных утечек нефтепродуктов.

2.2. Дистанционный тепловизионный контроль магистральных 47 трубопроводов на предмет несанкционированных врезок.

2.3. Подготовка тепловизора "Терма-2" к натурным испытаниям 50 2.3.1. Обработка тепловизионных изображений, получаемых 50 многоспектральным тепловизором "Терма-2".

2.3.2. Измерение температурных контрастов в зоне залегания 58 магистральных трубопроводов.

2.4. Оценка потенциальных возможностей тепловизора "Терма-2" 70 применительно к поставленной задаче диагностики магистральных трубопроводов.

2.5. Натурные испытания тепловизора "Терма-2"с целью диагностики 73 магистральных трубопроводов.

2.5.1. Размещение тепловизора "Терма-2" на воздушных носителях.

2.5.2. Полигонные испытания тепловизора "Терма-2".

2.5.3. Натурные исследования с тепловизором "Терма-2".

2.6. Основные технические характеристики специализированного 98 тепловизора для выявления несанкционированных врезок в магистральные трубопроводы с борта воздушного носителя.

Выводы по второй главе

Глава

4 Инфракрасное сканирующее устройство для эффективного тушения лесных пожаров с воздушных носителей - танкеров.

3.1. Предпосылки для создания инфракрасного прицельного Ю1 устройства (ИКПУ)

3.2. Разработка ИКПУ и способа пожаротушения на его основе. юз

3.2.1. Существующие способы и аппаратура для тушения юз лесных пожаров с воздушных носителей.

3.2.2. Способ пожаротушения с использованием ИКПУ. ЮЗ

3.2.3. Расчет основных параметров ИКПУ. Выбор спектрального диапазона. Ю

3.2.4. Технические характеристики и экспериментальные 106 исследования ИКПУ "Терма-5"

Выводы по третьей главе.

Глава

Пути дальнейшего совершенствования инфракрасного прицельного устройства "Терма-5".

4.1. Оценка недостатков ИКПУ "Терма-5"

4.2. Разработка управляющего алгоритма бортового 129 вычислителя с учетом аэродинамики слива жидкости с летательных аппаратов.

4.3. Экспериментальная проверка разработанного алгоритма.

4.4. Использование ИКПУ "Терма-5" в составе комплекса 141 бортовой аппаратуры воздушных носителей - танкеров.

Выводы по четвертой главе.

Научно-технический прогресс и быстрый рост производственных мощностей во всем мире привели к резкому увеличению антропогенной нагрузки на природную среду. В основе развития экологического кризиса лежит тот факт, что экономическое развитие общества пришло в явное противоречие с ограниченными ресурсами, воспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Все виды природопользования - промышленное, сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное и другие сопровождаются не только получением желаемых результатов, но и нежелательными различными экологическими и социальными последствиями. В результате наблюдается истощение ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря различных видов растений и животных, техногенное нарушение биохимических круговоротов веществ, загрязнение всех составляющих природной среды, упрощение и деградация экосистем. [45]

Поэтому среди задач экологического мониторинга и рационального использования ресурсов Земли вопросы, связанные с контролем за состоянием природной среды и вопросы, связанные с ее охраной от возможных экологических катастроф, имеют первостепенное значение.

При этом представляется целесообразным определение основных источников экологических катастроф, которые могут быть предотвращены с помощью приборов, работающих в ПК - диапазоне спектра, причем наиболее оперативно и эффективно. [47] Действительно, с точки зрения расстановки приоритетов, контроль с воздушных носителей за заболеваниями лесов (поражение вредителями - насекомыми) не может быть сопоставим с выявлением несанкционированных врезок в нефтепроводы, [53,48] которые могут приводить к экологическим катастрофам регионального масштаба. С другой стороны, использование того же тепловизора для контроля экологии лесов для обнаружения сквозь дым очагов возгорания в лесу и применение ПК систем для точного попадания пожаротушащей жидкости из самолетов (вертолетов) - танкеров на зарождающийся очаг лесного пожара является одной из самых актуальных задач предотвращения экологических катастроф такого же регионального масштаба. [52]

Поэтому, безусловно, те ИК - приборы, о которых пойдет речь ниже, предназначены для решения, в первую очередь, оперативных задач, что не исключает возможность их использования в народном хозяйстве для других целей. [51]

Автор диссертации отдает себе отчет, что в рамках данной работы невозможно охватить все оптико-электронные приборы, предназначенные для решения указанных выше задач. Поэтому в работе будет рассмотрено несколько направлений, которыми автор занимался в течение последних 10 лет, а именно: разработкой многоспектрального самолетного тепловизора для экологического мониторинга и созданием новых технологий экологического мониторинга с использованием этого тепловизора, а также разработкой инфракрасной аппаратуры для эффективного тушения лесных пожаров с воздушных носителей-танкеров и разработкой методики применения таких приборов.

Широкие возможности для экологического контроля окружающей среды открывают тепловизионные системы наблюдения, базирующиеся на воздушных носителях как на самолетах, так и на вертолетах. Общеизвестно, что тепловизионные методы наблюдения обладают высокой точностью и чувствительностью, имеют широкий динамический диапазон, работают в реальном времени и могут быть использованы в труднодоступных для наземных методов контроля местах, причем в любое время суток и при любых погодных условиях, включая дым и туман. Наличие воздушного носителя позволяет осуществлять построчное сканирование, перпендикулярное движению носителя, а кадровое сканирование производится за счет движения носителя. Именно этот тип тепловизоров со строчным сканированием (тип Line Scan) .будет в дальнейшем рассматриваться. Отсутствие оптико-механического кадрового сканирования, применяемого в тепловизорах "впередсмотрящих" (FLIR), формирующих целиком тепло-визионный кадр, выгодно отличает системы Line Scan тем более с учетом того обстоятельства, что число элементов разложения по строке в системе Line Scan в среднем в 2 раза превышает число элементов разложения по строке в тепловизорах FLIR при одинаковых углах обзора.

Начало разработок тепловизоров строчного сканирования было осуществлено в Государственном Оптическом Институте им. С.И. Вавилова (г. Ленинград) в середине 60-х годов. К концу 60-х годов коллектив сотрудников под руководством д.т.н. проф. М.М. Мирошникова имел законченные разработки самолетных сканирующих тепловизоров "Тепло-4" и "Тепло-М", выполненные при участии автора диссертации. В дальнейшем результаты разработки были переданы на Азовский Оптико-механический завод (АОМЗ), где был налажен мелкосерийный выпуск самолетных (вертолетных) тепловизоров "Вулкан" (подробные характеристики этого изделия будут приведены в первой главе). Далее, по приказу Миноборонпрома автору с группой сотрудников было предложено оснастить двухспектральный тепловизор "Вулкан" третьим спектральным каналом (1.1.3 мкм), а также добиться устранения рассеянного света внутри серийных корпусов тепловизоров "Вулкан" (шифр работы "Проба"). Оснащенный третьим спектральным каналом тепловизор "Вулкан" был передан в Лаборатории аэрометодов в геологии (ЛАЭМ) г. Ленинграда, а доработанная документация была внедрена на АОМЗ.

Несмотря на то, что тепловизор "Вулкан" применялся во многих отраслях народного хозяйства СССР,[8] являясь единственным серийным тепловизором класса Line Scan, к концу 80-х годов стало очевидным, что невысокое геометрическое и энергетическое разрешение прибора, а также запись изображения на фотопленке и большие габариты оптико-механического блока не позволяют в полной мере реализовать все возможности тепловизионного метода дистанционного зондирования с воздушных носителей, особенно с легких самолетов и тем более с беспилотных носителей.

Борьбе с лесными пожарами во всем мире уделяется большое внимание. Как показывает мировая практика, наиболее эффективным способом борьбы с лесными пожарами является авиация, обеспечивающая оперативную доставку огнетушащей жидкости к очагам возгорания, а также картирование очагов возгорания сквозь дым.

По мере развития авиации появились большие возможности для транспортировки к месту пожара огнетушащей жидкости, состав которой видоизменялся от простой воды до сложной химической смеси, повышающей эффективность подавления огня. В настоящее время наиболее крупных успехов в транспортировке добилась Россия, самолеты и вертолеты которой могут оперативно доставлять к месту лесного пожара от 3 до 50т жидкости. [36]

По-видимому, нет смысла останавливаться на вопросах оснащения самолетов и вертолетов лесопожарной авиации резервуарами для доставки жидкости к месту лесных пожаров, на конструкции этих резервуаров и на недостатках, присущих этим конструкциям, Отметим лишь одно обстоятельство - независимо от конструкции и размещения резервуаров на борту воздушного носителя слив жидкости во всем мире осуществляется вручную, т.е. путем механического нажатия пилотом на кнопку сброса жидкости с носителя. По мировой статистике вероятность попадания составляет 50%. Попытки применения известных оптических прицелов (о чем будет доложено во второй главе) наталкиваются на непреодолимые препятствия, связанные с высокими скоростями полета носителя на малых, порядке 40м, высотах. Поэтому, разработка методики и аппаратуры для автоматизированного прицельного слива пожаротушащей жидкости с борта воздушного носителя-танкера без участия человека является наиболее актуальной задачей.

Цель и задачи работы

Целью работы является исследование основных принципов, на базе которых должны быть разработаны и подвергнуты натурным испытаниям инфракрасные сканирующие приборы, предназначенные для эффективного экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф. Указанная цель достигается решением следующих задач.

1. Выявление особенностей построения тепловизоров с одномерным оптико-механическим сканированием.

2. Анализ особенностей тепловизионного тракта в УФ, видимой, ближней 0,8.1,2 мкм; средней 3.5 мкм и дальней 8.13,5 мкм областях ИК- спектра.

3. Анализ спектральных характеристик в УФ, видимой, в ближнем и дальнем ИК -диапазоне различных классов и типов природных образований.

4. Разработка принципиально новой схемы оптико-механического блока тепловизора, обеспечивающего одновременное сканирование в 4 областях спектра (базовая модель).

5. Реализация результатов разработки в экспериментальном базовом образце тепловизора.

6. Проведение натурных испытаний базовой модели с воздушных носителей.

7. Проведение сравнительного анализа существующих методов тушения очагов пожаров с воздушных носителей.

8. Анализ спектральных характеристик очагов горения .

9. Разработка требований к оптико-механической схеме оптико-электронного устройства для автоматизированного сброса жидкости на очаги пожаров.

10. Изготовление автоматизированного оптико-электронного устройства для эффективного пожаротушения и его натурные испытания на воздушных носителях- -танкерах.

Новые научные результаты и основные положения, выносимые на защиту.

1. Анализ спектральных характеристик отражения различных классов и типов природных оьразований по классификации Кринова, проведенный с целью выявления возможных пределов их изменения и зависимости от различных факторов и условий и, как следствие, выявления степени их пригодности для дистанционных исследований.

2. Обоснование выбора схемы четырехспектрального самолетного тепловизора со строчным сканированием на основе анализа основных закономерностей формирования температурного поля земной поверхности и значений теплового и яркостного контраста.

3. Разработка методики дистанционного тепловизионного контроля на предмет выявления несанкционированных врезок в нефте-продуктопроводы. w 4. Обоснование выбора схемы оптико-электронного сканирующего устройства, обеспечивающего автоматический точный сброс жидкости на очаг пожара с воздушного носителя-танкера. Ф 5. Способ тушения лесных пожаров с использованием инфракрасного прицельного устройства.

Практическая ценность работы

1. Разработанный многоспектральный самолетный тепловизор "Терма-2", на схему оптико-механической развертки которого получен Патент РФ, позволил сформировать новый подход к экологическому мониторингу магистральных нефте-продуктопроводов.

2. Предложенная методика дистанционного тепловизионного контроля магистральных трубопроводов для выявления несанкционированных врезок позволяет оперативно предотвращать экологические катастрофы от выброса нефти и нефтепродуктов из мест криминальных нарушений трубопроводов.

3. С учетом полученных практических результатов поступило предложение от Руководства ФСБ РФ о докладе в Совете Безопасности РФ по вопросу воздушной многоспектральной разведке с использованием тепловизионной аппаратуры "Терма-2" и ее модификаций.

4. Разработанное по заказу Федеральной службы лесного хозяйства России ф инфракрасное сканирующее устройство (ИКПУ "Терма"), предназначенное для автоматического слива пожаротушащей жидкости на очаги пожаров без участия человека с самолетов-танкеров, легло в основу нового способа тушения лесных пожаров, защищенного Патентом РФ. • 5. Результаты применения нового способа эффективного подавления очагов пожаров с использованием инфракрасного сканирующего устройства рассмотрен на Парламентских слушаниях в Государственной Думе Российской Федерации.

Апробация работы

Материалы работ докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- международной конференции "Прикладная оптика (1996 г. г. С. Петербург) -2 доклада

- международной конференции "Физике - 96"(1996 г., г. Велико Тырново, Болга

• рия)

- международном научно-практическом семинаре "Прикладные вопросы точности приборов и механизмов" (1997 г., ИТМО, г. С. Петербург)

- конференции "Методы дистанционного зондирования и ГНС - технологии для контроля и диагностики состояния окружающей среды (1997 г., г. С. Петербург)

- российском научно-техническом семинаре "Концепция обеспечения достоверности экоаналитической информации в России за период до 2020 г. (2001 г., ИТМО, г. С. Петербург)

- конференции "Высокоскоростная фотография и фотоника" (2001г., ВНИИОФИ, г. Москва)

- конференции "Научно-техническая конференция ППС ИТМО" (2002 г., ИТМО, г. С. Петербург)

- Парламентских слушаниях "Экологические проблемы лесов России"

0.02.2003 г., Государственная Дума, г. Москва).

Внедрение материалов диссертации.

1. Экспериментальные образецы многоспектрального тепловизора "Терма-2" были внедрены в организации: ЗАО "Котлин-Новатор" холдинговой компании "Ленинец" (г. С. Петербург), НПК "Аэрокосмосгеологический" при Лаборатории аэрометодов в геологии (г. С. Петербург)

2. Работы по экологической безопасности магистральных нефте-продуктопроводов с использованием многоспектрального тепловизора "Терма-2", в том числе по выявлению несанкционированных врезок, выполнялись с интересах ОАО "Черномортранснефть" (ОАО "АК " Транснефть"), ОАО "Сургутнефтегаз", ОАО Рязаньтранснефтепродукт" (ОАО "АК "Транснефтепродукт").

3. Инфракрасное сканирующее устройство ИКПУ "Терма-5" успешно прошло межгосударственные российско-украинские испытания на самолете-танкере Ан-32П.

4. По согласованию с Центральной Базой охраны лесов России ИКПУ "Терма-5" будет установлено на самолет-амфибию БЕ-12П.

5. Документация на установку ИКПУ "Терма-5" в корпусе самолета БЕ-12П внедрена в ОАО "ТАНК" им. Бериева (г. Таганрог).

6. После успешной демонстрации ИКПУ "Терма-5" в Португалии на вертолетах "Пума" и "Bell-205" 2 комплекта аппаратуры были закуплены лесопожарной службой этой стороны.

Публикации

1. На оптико-механический блок тепловизора "Терма-2" получен патент РФ.

2. Способ борьбы с лесными пожарами с использованием ИКПУ "Терма-5" запатентован в РФ.

3. По материалам работы имеется 21 публикация.

Выводы по работе

1. Проведенный анализ яркостных контрастов природных образований показал, что при использовании тепловизоров для экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф достаточно регистрировать изображения в пяти основных спектральных диапазонах:

0,3.0,38 мкм; 0,45.0,76 мкм; 0,9.1,4 мкм; 3.5 мкм; 8.13,5 мкм.

2. Разработанная оригинальная схема оптико-механического сканирующего устройства позволяет одновременно зарегистрировать все выбранные спектральные диапазоны синхронно и синфазно.

3. Разработанная оригинальная схема оптико-механического сканирования позволила уменьшить массу оптико-механического блока в несколько раз по сравнению с серийным тепловизором "Вулкан" и довести ее в тепловизоре "Терма-2" до 20 кг.

4. Установлено, что магистральные подземные трубопроводы представляют большую угрозу экологии не только из-за возможности утечек нефти и нефтепродуктов, но в первую очередь, из-за возможного выброса нефти или нефтепродуктов в местах несанкционированных врезок в трубопроводы.

5. Установлено наличие температурных контрастов между температурой почвы в месте врезки, температурой почвы над трубопроводом и температурой почвы в стороне от трубопровода. Показана необходимость наземных измерений температур. Разработана методика измерения указанных температурных контрастов.

6. Проведенные наземные измерения температурных контрастов в нескольких регионах России показали, что практически в любое время суток существуют температурные перепады в зоне подземных трубопроводов и врезок в них. Показано, что величина этих температурных перепадов составляет от десятых долей градуса до градусов, что может быть зафиксировано тепловизором.

7. Установлено, что точки инверсных переходов, когда температурные контрасты отсутствуют, наиболее часто отмечаются в утренние и вечерние часы суток, что необходимо учитывать при организации плановых облетов магистральных трубопроводов на воздушных носителях с тепловизором.

8. Показано, что вследствие малой продолжительности инверсных переходов (до десятка минут), для уверенного обнаружения и дешифрирования несанкционированных врезок и отводов целесообразно проводить тепловизионную съемку при полетах над магистральными трубопроводами туда и обратно с продолжительностью полета в одну сторону не менее одного часа.

9. Показано, что при существующих методах пожаротушения с воздушных носителях неавтоматизированный слив жидкости на огонь приводит к промаху в 30.50 случаях из 100.

10. Применение оптических прицелов с воздушных носителей для целей пожаротушения чрезвычайно затруднено из-за больших угловых скоростей на малых высотах (40.50м) полета.

11. Применение тепловизионных методов при борьбе с лесными пожарами позволяет производить обнаружение и картирование очагов лесных пожаров, однако не позволяет производить слив огнетушащей жидкости на очаги пожаров.

12. Разработано и защищено патентом РФ инфракрасное прицельное устройство "Терма-5", не имеющее аналогов в мире, обеспечивающее определение точки начала слива и автоматическое включение бортового сливного оборудования воздушного носителя при полетах над равнинной, безлесой и лесистой местностью с коэффициентом полноты леса до 0,7 с высокой вероятностью захвата очага пожара прибором (при правильном выборе курса на цель) и точным попаданием центра тяжести сброшенной жидкости на очаг горения (при установленном заранее времени задержки слива).

13. Показаны области возможного применения ИКПУ при тушении лесных пожаров: тушение одиночных возгораний и тушение наиболее опасной фронтальной кромки (ядра) пожара.

14. Проведенный анализ показал необходимость построения бортового вычислителя для совместной работы с ИКПУ "Терма-5".

15. Полученный алгоритм определения времени задержки слива жидкости с самолета позволяет построить относительно простой, линеаризованный по большинству параметров бортовой вычислитель, входными параметрами которого является скорость, наклонная дальность до цели, скорость ветра и отклонение угла тангажа от заданного режима, и выходным параметром - время задержки команды на слив жидкости.

16. Проведенное сравнение расчетных значений времени задержки слива по разработанному алгоритму с реальными значениями при экспериментальных сливах с самолета-танкера АН-32П показали достаточно точное совпадение расчетного с экспериментальным значением времени задержки.

17. Показана необходимость введения в бортовой вычислитель линейного tc двухчлена ( 9 + tan), который для каждого типа воздушного носителя будет индивидуальным.

Установлено, что для самолета-танкера АН-32П значение двухчлена равно 2,05.

18. В результате выполненной работы сформирован новый подход к обеспечению экологической безопасности окружающей среды путем дистанционного обнаружения источников крупных экологических катастроф - замаскированных врезок в магистральные нефте-продуктопроводы. Разработанный метод дистанционной многоспектральной тепловизионной диагностики позволяет выявлять криминальные врезки независимо от степени их маскировки в любое время суток.

19. В работе показано, что применение разработанного инфракрасного сканирующего устройства, положенного в основу оригинального способа тушения лесных пожаров с воздушных носителей-танкеров, позволяет с первого захода подавлять очаги пожаров, предотвращая тем самым перерастание их в крупные лесные пожары, приводящие к экологическим катастрофам регионального масштаба.

1. Альбедо и угловые характеристики отражения подстилающей поверхности и облаков.

2. Под редакцией К.Я. Кондратьева Л. Гидрометеоиздат, 1981. 232 с.

3. Кондратьев К.Я., Васильев О.Б., Григорьев А.А., Иванян Г.А., Миронова З.Ф., Путинцева Г.А.

4. Карты коэффициентов спектральной яркости типичных подстилающих поверхностей на территории СССР, труда ГГО им. Воейкова, 1980, вып.434, с 72.83.

5. Чапурский Л.И. Отражательные свойства природных объектов в диапазоне 400.2500 нм. Изд-во МО СССР, 1986, 160с.

6. Аэрокосмические исследования Земли.

7. Отв. редактор С.В. Зонн М.: Наука, 1979, 303 с.

8. Аэрокосмические исследования почв и растительности. Опыт практического применения.

9. Сборник научных трудов ВНИЦ "АИУС агроресурсы". Главный ред. П.Ф. Лойко, - М.: Изд-во ВНИЦ "АИУС - агроресурсы", 1989, 184 с

10. Физические основы, методы и средства исследования Земли из космоса. Под ред. Я.Л. Зимана, М.: Изд-во ВИНИТИ, 1987.

11. Винсент Р. Возможное применение тепловых ИК- многополосных сканирующих устройств при дистанционных методах геологических исследований, перевод с англ. Труды Института инженеров по электротехнике и радиотехнике, 1975, т. 63. № 1,с 134.145.

12. Шилин Б.В., Горный В.и., Ясинский Г.И.

13. Тепловая аэрокосмическая съемка, М.: Недра, 1993,128 с.

14. Баррет Э„ Куртис Л. Введение в космическое землеведение, М.: Прогресс, 1979, 368с.

15. Бауэр М.Е. Спектральные методы идентификации и оценки состояния зерновых культур, перевод с англ. Труды института инженеров по электротехнике и радиотехнике. 1985, т. 73, 36, с 185.201.

16. Шилин Б.В. Тепловая аэросъемка при изучении природных ресурсов. -Л. Гидрометеоиздат, 1980, 247 с.

17. ГоссоргЖ. Инфракрасная термография, М.: Мир, 1988, 345 с.

18. Справочник по инфракрасной технике, под ред. У. Вольф, перевод с англ. под ред. Мирошникова М.М, Васильченко Н.В. М.: Мир, 1995, 207.251 с.

19. Богородский В.В. Методы и техника обнаружения нефтяных загрязнений вод Л: Гидрометеоиздат, 1975, 24 с.

20. Кринов Е.Л. Спектральная отражательная способность природных образований. -Л. М.: Изд-во АН СССР, 1947, 271 с.

21. Чапурский Л.И. Отражательные свойства природных объектов в диапазоне 400.2500нм. Изд-во МО СССР, 1986, -160 с.

22. Кондратьев К.Я., Федченко П.П. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности, Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 216 с.

23. Корзов В.И., Красильников Л.В. Некоторые результаты измерений спектральных коэффициентов яркости в области 0,7.2,5 мкм, Труды ГГО им. Воейкова, 1966, вып. 183, с 27.35.

24. Кондратьев К.Я., Федченко П.П. Спектральная отражательная способность некоторых почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, -231 с.

25. Исследование оптических свойств природных объектов и их аэрофотографического изображения под редакцией Д.Я. Янутша, Л.1. Наука, 1970,- 168 с.

26. Радиационные характеристики атмосферы и земной поверхности. Подредакцией К.Я. Кондратьева J1.: Гидрометеоиздат, 1969, -564 с.

27. Кондратьев К.Я., Федченко П.П. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности. J1.: Гидрометеоиздат, 1982, - 216 с.

28. Толчельников Ю.С. Оптические свойства ландшафта (применительно к аэросъемке). Л.: Наука, 1974, - 252 с.

29. Рачкулик В.И., Ситникова М.В. Отражательные свойства и состояние растительного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1981? - 287 с.

30. Радиационные характеристики атмосферы и земной поверхности, Под редакцией К.Я. Кондратьева. Л.: Гидрометеоиздат, 1969, - 564 с.

31. Кисловский Л.Д. Оптические характеристики воды и льда в инфракрасной и радиоволновой области спектра. Оптика и спектроскопия, т.7 вып. 3,с 311.„316.

32. Справочник по инфракрасной технике.

33. Ред. У. Вольф, Г. Цессис, перевод англ. М.: Мир, 1995, - 606 с.28. N.K. Del Crande and other

34. Dual band Infrared Capabilities for Imaging Buried Object Sites, Lawrence Livermore National Laboratory, 15.16.04.93. Orland, Florida.

35. Широбоков A.M., Митин В.П., Товбин B.C. Патент РФ № 2018169 на изобретение.

36. Оптическая сканирующая система. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 15.08.94.

37. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. -Л.: Машиностроение, 1977, 536 с.

38. ПраттУ. Цифровая обработка изображений. М. : Мир, 1982, кн 2 215 с.

39. Слуцкая С.Г. Метод накопления контрастов изображения. Аэрокосмические методы исследования сельскохозяйственных угодий. М.: Гидрометеоиздат, 1986. с 53.60.

40. Виноградов Б.В. Космические методы изучения природной среды. М.: Мысль. 1976. - 286 с.

41. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Челибанов В.П. Приемники излучения, "Папирус", 2003 г. с 359.402

42. Авдеев С.П. Анализ и синтез оптико-электронных приборов, С. Петербург 2000 г., с 591.667.

43. Сергеенко В.Н. Надежнее охранять леса.

44. Теоретический и научно производственный журнал "Лесное хозяйство", 1998 №3 41 с.

45. Указание по обнаружению и тушению лесных пожаров. Государственный комитет лесного хозяйства, Москва, 1976 г.

46. Валендик Э.И., Матвеев П.М., Сафронов М.А. Крупные лесные пожары, М, Наука, 1979 г. 4с.

47. Маетная Е. Спасайся кто может! Комсомольская правда 30.0894 г.

48. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. -Л. : Машиностроение, 1983 с 55.60.

49. Авторское свидетельство №1621958 МПК А62 С 3/02 публ. 1991 г. №3.

50. Авторское свидетельство №1648505 МПК А62 С 3/02 публ. 1991 г. №13.

51. Авторское свидетельство №1681870 МПК А62 С 39/00 публ. 1991 г.№3.

52. Авторское свидетельство №1659868 МПК А62 С 31/00 публ. 1991 г. №24.

53. Порфирьев Л.Ф., Комаров И.Э., Кузнецов Г.М.

54. Некоторые перспективы применения оптико-электронных приборов для оперативного дистанционного мониторинга экосистем., Известия ВУЗов "Приборостроение", СПб, ИТМО, том 45, №2 20020пр 5. 12. г /

55. Кондратьев К.Я., Козодеров В.В., Федченко П.П. Аэрокосмические исследования почв и растительности. Л.:

56. Гидрометеоиздат, 1986 г. 231 с.

57. Геологическое обследование предприятий нефтяной промышленности, под редакцией Шевнина В.А., Модина И.Н., М, 1999 г., 316,322,324 с.

58. Цена бесплатного бензина, журнал "Коммерсант-Деньги", №37, 2002г., с 24.30.

59. Тепловая аэросъемка в гидрогеологии и инженерной геологии, Методические рекомендации, под редакцией Выприцкого Г.С., J1, 1984 г., 9 с.

60. Широбоков A.M., Товбин Б.С.

61. Самолетный тепловизор "Терма-2", работающий в четырех спектральных диапазонах, Оптический журнал, J1, №7, 1997 г., с 78.80.

62. Барбашов Е.А., Широбоков A.M.

63. Оптико-электронные приборы инфракрасного диапазона волн для решения задач экологии, М.: журнал Радиотехника, вып. Радиосистемы №41, №11, 1999 г., С90.94.

64. Широбоков A.M., Товбин Б.С.

65. Инфракрасный прицел в лесопожарной авиации, Оптический журнал, №11, 1996 г. с 71.73.

66. Широбоков A.M., Барбашов Е.А., Кавелин Н.Н., Чуйкин В.М. Использование многоспектрального тепловизора "Терма-2" для контроля магистральных нефтепроводов, Известия ВУЗов "Приборостроение", СПб, ИТМО. том 45, №2 2002 г., с 12.16.

67. Широбоков A.M., Щупак Ю.А., Чуйкин В.М.

68. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором "Терма-2", Известия ВУЗов "Приборостроение", СПб, ИТМО, том 45, №2, 2002 г., с 17.21.

69. Изучение гидроиндикационной роли элементов тектоники тепловой аэросъемкой, Методические рекомендации, под редакцией Выприцкого Г.С.,1. Л, 1989 г., с 16.17.

70. Ллойд Дж„ Мир, М, 1978 г., с 129.132.

71. Russos trazem " milagre" contra fogos correio da monha, Portugal, 16.08.97, с 7.

72. Широбоков A.M., Алгоритм управления инфракрасным устройством, предназначенным для тушения пожаров, Известия ВУЗов

73. Приборостроение", СПб, ИТМО, том 45, №2, 2002 г., с 22.28.59. Широбоков A.M.

74. Способ тушения очагов пожара, патент РФ №2113872, 28.04.97 г.60. Мелешко К.Е.

75. Спектрофотометрические исследования природных покровов Земли, Л, Недра, 1976 г., 112 с.

76. По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

77. Широбоков A.M., Товбин Б.С.

78. Самолетный тепловизор "Терма-2", работающий в четырех спектральных диапазонах, Оптический журнал, №7,1997 г. с 78.80.

79. Широбоков A.M., Товбин Б.С.

80. Инфракрасный прицел в лесопожарной авиации. Оптический журнал, №11, 1996 г., с 71.73.3. Широбоков A.M.

81. Алгоритм управления инфракрасным прицельным устройством, предназначенным для тушения пожаров, Известия ВУЗов "Приборостроение", СПб, ИТМО, том 45, №2, 2002 г. с 22.28.

82. Широбоков A.M., Щупак Ю.А., Чуйкин В.М.

83. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором "Терма-2". Известия ВУЗов, "Приборостроение". ИТМО, том 45, №2, 2002 г. С17.21.

84. Широбоков A.M., Барбашов Е.А., Кавелин Н.Н., Чуйкин В.М. Использование многоспектрального тепловизора "Терма-2" для контроля магистральных нефтепроводов. Известия ВУЗов, "Приборостроение". ИТМО, том 45, №2, 2002 г. с 12.16.

85. Широбоков A.M., Барбашов Е.А.

86. Оптико-электронные приборы инфракрасного диапазона для решения задач экологии, М, Радиотехника вып. Радиосистемы №11, 1999 г., с 90.94.

87. Широбоков A.M., Товбин Б.С., Трошкин Ю.С.

88. Использование фотоприемных устройств на основе InSb и CdHgTe в тепловизорах "Терма-4", "Терма-2" и перспективы их дальнейшего применения, Тезисы доклада на международной конференции " "ТеМП-96, СПб, 1996 г. с 10.13.

89. Широбоков A.M., Товбин Б.С.

90. Инфракрасное прицельное устройство "Терма-5" в лесопожарной авиации. Тезисы доклада на международной конференции "ТеМП-96", СПб, 1996 г., с 46.48.

91. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Пулов Д.И.

92. Тепловизор с четырьмя спектральными диапазонами. Материалы международного научно-практического семинара "Прикладные вопросы точности приборов и механизмов, СПб, ИТМО, 1997 г.

93. Широбоков A.M., Товбин Б.С., Чуйкин В.М.

94. Многоспектральный тепловизор "Терма-2". Информационный листок СПб ЦНТИ, СПб, 2002 г. Зс.

95. Широбоков A.M., Барбашов Е.А., Кавелин Н.Н., Чуйкин В.М.

96. Контроль магистральных нефтепроводов с помощью многоспектрального тепловизора. ИТМО, СПб, 2002 г., 8С. Деп. в ВИНИТИ 14.02.20 №313-В2002.

97. Широбоков A.M., Щупак Ю.А., Чуйкин В.М.

98. Методика обработки тепловизионных изображений, ИТМО, СПб, 2002 г., 9 с. Деп. в ВИНИТИ 14.02.02. №314-В2002.

99. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Пулов Д.И.

100. Тепловизор с четырьмя спектральными диапазонами, СПб, ИТМО, Сборник научных статей "Оптико-электронные приборы и системы", 1996 г. с 75.77.

101. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Пулов Д.И.

102. Четыри-спектрален сканиращ тепловизор "Терма-2" за екологичен контрол и изследоване на природните ресурси на Землта. Научно-трудове высше военно-общевойсково училище "Васин Левски", книжка "42. Велико Търново,1996, с 19.21.

103. Широбоков A.M., Панков Э.Д., Чуйкин В.М. Кавелин Н.Н.

104. Широбоков A.M., Чуйкин В.М. Кавелин Н.Н.

105. Об обработке изображений многоспектральных тепловизоров. Материалы конференции "Высокоскоростная фотография и фотоника", М, ВНИИОФИ, 2001 г., С47.51.

106. Широбоков A.M., Чуйкин В.М., Пулов Д.И. Многоспектральный тепловизор "Терма-2" и его метрологические возможности. В сборнике 'Труды научно-технической конференции ППС ИТМО" СПб, ИТМО, 2002 г. с 121.124.

107. Широбоков A.M., Митин В.П., Товбин Б.С.

108. Оптическая сканирующая система, Патент РФ №2018169 от 15.08.94 г.

109. Широбоков A.M., Арцыбашев Е.С., Товбин Б.С.

110. Способ тушения очагов пожара, Патент РФ №213872 от 28.04.97 г.21. Широбоков A.M.

111. Повышение эффективности борьбы с лесными пожарами за счет применения уникальных российских технологий раннего обнаружения и оперативного тушения лесных пожаров.

112. Доклад на Парламентских слушаниях. "Экологические проблемы лесов России", Государственная Дума Российской Федерации, 4.02.2003 г.

113. ОАО «А К «Транснефтепродукт»

114. РЯЗАНСКОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТЕПРОДУКТОВ

115. ОАО «РЯЗАНЬТРАНСНЕФТЕПРОДУКТ»390035, г. Рязань, ул. Гоголя, д. 35-А, Тел/Факс (0912) 21-47-98, Факс (095) 915-95-47

116. AT 136305 АМУР, E-mail: mailrztnp@aktnp.ru

117. УТВЕРЖДАЮ» licpa^MiLiii директор ^аш/транснефтепродукт»уПоляков C.II.1. ОХ 2004 год1. АКТоб использовании в научно-исследовательской работе ОАО «Рязаньтрапснефтепродукт» материалов докторской диссертации соискателя Широбокова A.M.

118. Председатель комиссии: Члены комиссии: ^

119. В.А.Шмаков Суслов В.В. Иванов Н.И.п(лль"' IftTTP/V'.r.

120. ОАО «А К «ТранснесЬтепродукт»

121. РЯЗАНСКОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТЕПРОДУКТОВ

122. Я ОАО «РЯЗАНЬТРАНСНЕФТЕПРОДУКТ»390035, г, Рязань, ул. Гоголя, д. 35-А, Тел/Факс (0912) 21-47-98, Факс (095) 915-95-47

123. AT 136305 АМУР, E-mail: mailrztnp@aktnp.ruГ1. ОЛШ<Ряза«

124. ДАЮ» ректор фтспродукт» Поляков C.II. 004 год1. АКТоб использовании в научно-исследовательской работе ОАО «Рязаньтраиснефтепродукт» материалов докторской диссертации соискателя Широбокова A.M.

125. Председатель комиссии: Члены комиссии: /

126. В.А.Шмаков Суслов В.В. Иванов Н.И.1. Утверждаюш директор1. PC им. Г.М. Бериева1. В.А. Кобзев1. АКТоб использовании в работе ОАО ТАНТК им. Г.М. Бериева материалов докторской диссертации соискателя Широбокова A.M.

127. РОССИЯ ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО1. Котлин-Новатор»192019,Санкт-Петербург, наб. Обводного канала, дом 14 ИНН 7811075899, р/сч. 40702810512000000964 в филиале "Невский" ОАО ПСБ Тел./факс (812)118-68-70, 118-68-71

128. УТВЕРЖДАЮ Ге^еральный директор Лк гч ^Кот^ий-уоватор1'1. Жукна №отоб использовании в работах ЗАО "Котлин-Новатор" материалов докторской диссертации соискателя Широбокова A.M.

129. Председатель комиссии Члены комиссии1. Е.А. Барбашов1. В.Н. Егоров В.А. Петров

130. Председатель комиссии Члены комиссии1. Е.А. Барбашов1. В.Н. Егоров В.А. Петров