МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Бестугин А. Р., Дворников С. В., Дворников С. С., Киршина И. А.
ПОВЫШЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ ПРИЗНАКОВ В АЛГОРИТМАХ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.1
Аннотация: Беспилотные летательные аппараты (БЛА) успешно используются в различных сферах деятельности человека, в том числе и при ведении экологического мониторинга, а также проведении аварийно-спасательных работ на воде. В таких условиях основной задачей БЛА является получение фото и видеоматериалов, а также проведение первичной обработки полученной информации на борту с целью снижения трафика, передаваемого на посты мониторинга. Для повышения эффективности работы первичных алгоритмов обработки фото и видеоинформации проведены исследования, направленные на повышение контрастности векторов признаков за счет формирования их из кратномасштабных преобразований исходных матриц изображений, полученных на основе применения вейвлета Хаара. Полученные результаты показывают, что с увеличением площади, занимаемой спасательным средством в кадре, различия в контрастности векторов признаков, сформированных на основе гистограмм и кратномасштабного представления изображения, нивелируются. Однако в тех случаях, когда площадь, занимаемая спасательным средством, не превышает 3 %, контрастность векторов признаков на основе вейвлет-преобразования Хаара в 2–3 раза превосходит контрастность векторов, сформированных на основе гистограмм распределения яркости пикселей.
Ключевые слова: БЛА, мониторинг, пространство признаков, обработка изображений.
Bestugin A. R., Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Kirshina I. A.
ENHANCING FEATURE CONTRAST IN IMAGE PROCESSING ALGORITHMS
Abstract: Unmanned aerial vehicles (UAVs) are successfully used in various spheres of human activity, including environmental monitoring and water rescue operations. In such conditions, the main task of UAVs is to obtain photo and video data, as well as to carry out primary processing of the received information on board in the interests of reducing the traffic transmitted to monitoring posts. Within the framework of the considered general problems related to the increase of the efficiency of the primary algorithms of photo and video information processing, this paper presents the results of the study of the possibility of increasing the contrast of feature vectors by forming them from multiple scale transformations of the original image matrices obtained on the basis of Haar wavelet application. The obtained results show that as the area occupied by the life raft in the frame increases, the differences in contrast of feature vectors formed on the basis of histograms and multiple-scale image representation are levelled out. However, in those cases when the area occupied by the raft does not exceed 3 %, the contrast of feature vectors based on the Haar wavelet transform is 2–3 times higher than the contrast of vectors formed on the basis of histograms of pixel brightness distribution.
Keywords: UAV, monitoring, feature space, image processing.
Статкевич А. В.
СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ ПАРАМЕТРОВ … 10
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.2
Аннотация: Разработана математическая модель вертикального перемещения вертолета при изменении структуры объекта. Предложено решение задачи стабилизации высоты при сбросе груза на набранной высоте. Синтезирован регулятор для поддержания высоты полета летательного аппарата при нестационарности объекта, обусловленной изменением массы вертолета в процессе функционирования.
Ключевые слова: система с переменной структурой, математическая модель вертолета, ПИД-регулятор, вертикальный режим полета, нестационарные системы.
Statkevich A. V.
SYNTHESIS OF AIRCRAFT CONTROL SYSTEM UNDER NON-STATIONARITY OF PARAMETERS
Abstract: In this paper a mathematical model of vertical movement of a helicopter at change of object structure is developed. A solution to the problem of altitude stabilization when the cargo is dropped at the gained altitude has been proposed. A regulator for maintaining the aircraft flight altitude under the object nonstationarity caused by the helicopter mass change during operation has been synthesized.
Keywords: variable structure system, helicopter mathematical model, PID controller, vertical flight mode, non-stationary systems.
Костин А. С., Вознесенский Е. А.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ЗАРЯДА БОРТОВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ БЕСПИЛОТНОЙ СИСТЕМЫ … 14
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.3
Аннотация: Представлены результаты анализа и применения автономных базовых станций для заряда бортовых аккумуляторных батарей беспилотной системы мультироторного типа. Для решения данной задачи были разработаны аппаратные средства реализации базовой станции заряда аккумуляторных батарей. В рамках лабораторного испытания были представлены результаты анализа беспроводной передачи энергии для заряда аккумулятора, представлены результаты работы в предельных режимах.
Ключевые слова: автономный полет, беспилотная система, индукционная зарядка, базовая станция.
Kostin A. S., Voznesensky E. A.
RESEARCH OF HARDWARE COMPONENTS FOR SOLVING THE PROBLEM OF CHARGING AN UNPILANTED SYSTEM
Abstract: The article presents the results of the analysis and application of autonomous base stations for charging the on-board batteries of an unmanned multi-rotor system. To solve this problem, hardware for implementing a base battery charging station was presented. As part of the laboratory test, the results of an analysis of wireless energy transfer for battery charging were presented, and the results of operation in extreme modes were presented.
Keywords: autonomous flight, unmanned system, induction charging, base station.
Решетникова Н. В.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРА ТУРБОАГРЕГАРА ПРИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ … 20
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.4
Аннотация: Рассмотрено решение задачи синтеза параметров регулятора для системы управления турбоагрегатом при нестационарности параметров неизменяемой части системы. Проведено экспериментальное исследование влияния дрейфа параметров объекта на показатели качества управления после решения задачи синтеза обобщённым методом Галеркина, распространённым на новый класс систем.
Ключевые слова: параметрическая нестационарность, нелинейные системы, нестационарные системы, обобщенный метод Галеркина, синтез систем автоматического управления, турбоагрегат.
Reshetnikova N. V.
SOLVING THE PROBLEM OF TURBINE UNIT REGULATOR SYNTHESIS UNDER PARAMETRIC NON-STATIONARITY
Abstract: The paper deals with the solution of the problem of synthesis of regulator parameters for the turbine unit control system under non-stationarity of parameters of the unchangeable part of the system. Experimental investigation of the influence of the object parameters drift on the control quality indicators after solving the synthesis problem by the generalized Galerkin method extended to a new class of systems is considered.
Keywords: parametric nonstationarity, nonlinear systems, nonstationary systems, generalized Galerkin method, synthesis of automatic control systems, turbine unit.
Казаков В. И., Параскун А. С., Рывкина Я. А., Кулаков С. В., Куркова О. П.
МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В СИСТЕМЕ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗГОРАНИЙ … 25
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.5
Аннотация: Представлены результаты экспериментальных исследований по изучению характера изменения пространственно-динамических характеристик лазерного пучка при распространении в среде с тепловым конвекционным потоком. Тепловой конвекционный поток приводит к случайным изменениям показателя преломления среды, поэтому при распространении в такой среде профиль распределения интенсивности лазерного пучка будет флуктуировать, что может быть зарегистрировано при соответствующей математической обработке. Разработана структурная схема системы обнаружения теплового конвекционного потока на основе регистрации флуктуаций распределения профиля интенсивности лазерного пучка. Реализован лабораторный макет системы и проведены эксперименты по имитации штатного режима работы и регистрации появления теплового конвекционного потока. Предложено использование интегрально-разностного метода обработки профиля пучка, отражающего попиксельную разность значений отсчетов распределения профиля интенсивности пучка. Исследована и сопоставлена эффективность корреляционного и интегрально-разностного методов обработки пространственных характеристик профиля пучка. Выполнена компьютерная обработка полученных данных о динамике изменения распределения профиля интенсивности пучка и получены графические зависимости, наглядно отражающие начало появления теплового конвекционного потока в эксперименте.
Ключевые слова: тепловой конвекционный поток, лазер, распределение профиля интенсивности, возгорание, взаимно-корреляционная функция, дискретный сигнал.
Kazakov V. I., Paraskun A. S., Ryvkina Y. A., Kulakov S. V., Kurkova O. P.
MODELS AND METHODS OF SPATIAL-DYNAMIC CHARACTERISTICS PROCESSING OF LASER BEAM IN EARLY FIRE DETECTION SYSTEM
Abstract: In this paper the results of experimental research of the dynamics of changes in the spatial and dynamic characteristics of a laser beam during spreading in a thermal convection flow area are showed. The appearance of thermal convective flow leads to random changes in the refractive index of the area. Thus, at spreading in such area, the profile of the laser beam intensity distribution will fluctuate. Which can be registered by appropriate mathematical processing. The structural scheme of the system for detection of thermal convective flow is developed. The developed system is based on registration of fluctuations allocation of laser beam intensity profile. The system and experiments on simulation of the normal operation mode and registration of the thermal convective flow appearance are given. An integral-difference method of beam profile processing, reflecting the pixel-by-pixel difference of beam intensity profile distribution counts are proposed. The efficiency of the correlation and integral-difference methods of processing the spatial characteristics of the beam profile are researched and compared. Computer processing and graphical dependences of the obtained data on the dynamics of changes in the beam intensity profile distribution was carried out. Which shows the beginning of the thermal convective flux in the experiment.
Keywords: fire detector, thermal convection flow, laser, intensity distribution profile, ignition, cross-correlation function, discrete signal.
Жильникова Н. А., Березина А. А., Шишкин И. А.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ … 31
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.6
Аннотация: Определены основные критерии, влияющие на эффективность процесса водоотвода предприятия. Предложена методика, основанная на интеграции оценки жизненного цикла, метода парных сравнений и теории нечетких множеств, позволяющая количественно оценить степень достижения поставленных целей и оптимизировать процессы водоотведения в жизненном цикле продукции. Подобный подход позволит проводить анализ и принимать более обоснованные управленческие решения в области водоотведения, что в итоге способствует улучшению качества управления водными ресурсами и снижению негативного воздействия на окружающую среду.
Ключевые слова: жизненный цикл продукции, водоотведение, оценка жизненного цикла, нечеткие множества, метод парных сравнений, сточные воды, система водоотведения.
Zhilnikova N. A., Berezina A. A., Shishkin I. A.
METHODOLOGY FOR ASSESSING THE EFFECTIVENESS OF ENTERPRISE WATER DISPOSITION SYSTEMS DURING THE PRODUCT LIFE CYCLE UNDER CONDITIONS OF UNCERTAINTY
Abstract: The work identifies the main criteria that influence the efficiency of the enterprise's drainage process. A methodology is proposed based on the integration of life cycle assessment, the method of paired comparisons and the theory of fuzzy sets, which makes it possible to quantify the degree of achievement of set goals and optimize wastewater disposal processes in the product life cycle. Such an approach will allow for analysis and making more informed management decisions in the field of wastewater disposal, which ultimately helps to improve the quality of water resource management and reduce the negative impact on the environment.
Keywords: product life cycle, drainage, life cycle assessment, fuzzy sets, paired comparison method, wastewater, drainage system.
Рубинов В. В., Таратун В. Е., Рощина О. В.
ПОСТРОЕНИЕ АЛГОРИТМА ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОВЫМИ ПЕРЕВОЗКАМИ … 37
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.7
Аннотация: Представлены практические результаты исследования применения автоматизированных алгоритмов информационного взаимодействия в бизнес-процессе системы перевозки грузов автомобильным транспортном. Исследуется процесс создания автоматизированного плана работы с целью оптимизации работы. Для достижения поставленной задачи были проанализированы текущие процессы управления рабочим временем пользователей системы и выявлены основные проблемы и узкие места. Разработан автоматизированный алгоритм, представляющий собой план работы транспортного предприятия на микроуровне, учитывающий особенности логистических операций и требования компании. Проведен сравнительный анализ эффективности новой модели с традиционным методом планирования работы. Была произведена оценка влияния использования автоматизированного плана работы на скорость выполнения логистических операций, качество информационного обмена и экономические показатели компании. Разработан и успешно апробирован автоматизированный план работы транспортного предприятия, представляющий собой систему взаимодействия группы баз данных и информационных систем. Процесс оптимизации привел к существенному улучшению скорости выполнения логистических операций, сокращению временных затрат на планирование и снижению ресурсных затрат компании.
Ключевые слова: логистическая эффективность, автоматизация процессов, планирование рабочего времени, сравнительный анализ, влияния новых технологий, ресурсные затраты, качество информационного обмена, оптимизация логистической коммуникации, технологические инновации в управлении логистикой, улучшение организации процессов, организация производства, автоматизация, управление, информационный обмен, эффективность внедрения автоматизированных систем, сокращение временных затрат в логистике, аналитика, коммунальные отходы, ТКО.
Rubinov V. V., Taratun V. E., Roshchina O. V.
BUILDING AN ALGORITHM FOR A CLOSED SYSTEM FOR FREIGHT TRANSPORTATION MANAGEMENT
Abstract: The article presents the practical results of a study of the use of automated algorithms for information interaction in the business process of the road freight transportation system. This paper explores the process of creating an automated work plan in order to optimize work. To achieve this goal, the current processes for managing the working time of system users were analyzed and the main problems and bottlenecks were identified. An automated algorithm was developed, which represents a work plan for a transport enterprise at the micro level, taking into account the specifics of logistics operations and the requirements of the company. A comparative analysis of the effectiveness of the new model with the traditional method of work planning was carried out. The impact of using an automated work plan on the speed of logistics operations, the quality of information exchange and the economic performance of the company was assessed. As a result of the study, an automated work plan for a transport enterprise was developed and successfully tested, which is a system of interaction between a group of databases and information systems. The optimization process led to a significant improvement in the speed of logistics operations, a reduction in planning time and a reduction in the company's resource costs.
Keywords: logistics efficiency, process automation, working time planning, comparative analysis, influence of new technologies, resource costs, quality of information exchange, optimization of logistics communication, technological innovations in logistics management, improvement of process organization, production organization, automation, management, information exchange, implementation efficiency automated systems, reduction of time costs in logistics, analytics, municipal waste.
Костин А. С., Рубинов В. В., Майоров Н. Н.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПИЛОТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ МОНИТОРИНГА ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В СКЛАДСКОМ КОМПЛЕКСЕ … 44
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.8
Аннотация: Представлены результаты разработки программно-аппаратного комплекса беспилотной системы для решения задачи мониторинга движения объектов в зоне сортировки складского предприятия. В качестве исследуемого объекта выступает сортировочная станция обработки твердых коммунальных отходов, на которой происходит прием груза, сортировка и складирование. Для решения задачи мониторинга движения грузов после сортировки на складском предприятии предложено решение на основе автономной беспилотной системы. С целью автоматизации процесса мониторинга отсортированных объектов внутри склада разработан аппаратный комплекс на базе полетного контроллера, поддерживающего программное обеспечение архитектуры PX4, бортового одноплатного компьютера для запуска программного обеспечения, широкоугольной камеры и лазерных дальномеров, установленных по периметру беспилотной системы. Благодаря разработанному программному обеспечению удалось решить задачу автономной навигации, избегания препятствий в рамках складской инфраструктуры.
Ключевые слова: автономный полет, беспилотная система, лазерный дальномер, избегание препятствий, автономная навигация, складская логистика, твердые коммунальные отходы, автоматизация и управление, ТКО.
Kostin A. S., Rubinov V. V., Maiorov N. N.
DEVELOPMENT OF SOFTWARE AND HARDWARE OF AN UNMANNED SYSTEM FOR SOLVING THE PROBLEM OF MONITORING THE MOVEMENT OF OBJECTS IN A WAREHOUSE COMPLEX
Abstract: The article presents the results of developing a hardware and software complex for an unmanned system to solve the problem of monitoring the movement of objects in the sorting zone of a warehouse enterprise. The object under study is a sorting station for processing solid municipal waste, which solves the problem of receiving cargo, sorting and storing it. To solve the problem of monitoring the movement of goods after sorting at a warehouse enterprise, a solution based on an autonomous unmanned system has been proposed. Through the use of an unmanned system, it becomes possible to automate the process of monitoring sorted objects inside the warehouse. For this purpose, a hardware complex based on a flight controller is proposed, which supports PX4 architecture software, an on-board single-board computer for running software, a wide-angle camera and laser rangefinders installed around the perimeter of the unmanned system. Thanks to the developed software, it was possible to solve the problem of autonomous navigation and avoiding obstacles within the warehouse infrastructure.
Keywords: autonomous flight, unmanned system, laser rangefinder, obstacle avoidance, autonomous navigation, warehouse logistics, municipal solid waste, automation and control, solid waste.
Фролова Е. А., Куркова Н. Ю., Ефремов Н. Ю., Золотухин К. В.
КАЛИБРОВКА ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕЧАТНЫХ ОБРАЗЦОВ … 51
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.9
Аннотация: Представлен процесс создания конструкции и 3D печати детали, применяемой в качестве калибровочного образца в процессе калибровки видеоизмерительной машины (ВИМ). Приведены результаты контроля размеров созданной детали на координатно-измерительной машине. Разработана методика калибровки ВИМ с применением нового образца.
Ключевые слова: калибровка, видеоизмерительная машина, калибровочный образец, методика калибровки.
Frolova E. A., Kurkjva O. P., Efremov N. Yu., Zolotukhin K. V.
CALIBRATION OF VIDEO MEASURING MACHINE USING PRINTED SAMPLES
Abstract: This paper describes the process of designing and 3D printing a component used as a calibration sample in the calibration process of a Video Measuring Machine (VMM). The results of dimensional inspection of the manufactured component on a coordinate measuring machine are presented. A methodology for calibrating the VMM using the new sample is developed.
Keywords: calibration, video measuring machine, calibration sample, calibration methodology.
Мателенок И. В., Агафонов А. Е., Пономарева Е. Д.
УГЛОВАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ПРИ ЛАЗЕРНОМ СКАНИРОВАНИИ В КОРОТКОВОЛНОВОМ ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ … 58
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.4.10
Аннотация: Представлены результаты исследования отражательных свойств снежного покрова в коротковолновом инфракрасном (SWIR) диапазоне в целях оптимизации определения пространственного положения элементов заснеженных поверхностей методом лазерного сканирования. В ходе полевых работ с помощью наземного сканера Trimble X7 и сконструированной авторами экспериментальной установки получены трехмерные точечные представления покрытых снегом объектов. В результате обработки облаков точек с применением специализированного программного обеспечения определен характер зависимости интенсивности отраженного сигнала от угла визирования. Полученные данные позволяют принять гипотезу о доминировании механизмов диффузного рассеяния SWIR излучения снегом в рамках решения задач лазерного сканирования. Определены препятствия для получения координат заснеженных объектов, расположенных на различном расстоянии от сканера. Выдвинуто предположение о целесообразности изучения влияния плотности снега на его отражательные свойства. Результаты могут служить основой дальнейших исследований для выбора оптимальных условий сканирования и определения необходимых поправок.
Ключевые слова: коротковолновое инфракрасное излучение, лазерное сканирование, лидар, отражательная способность, снежный покров, угол падения.
Matelenok I. V., Agafonov A. E., Ponomareva E. D.
REFLECTANCE ANGULAR DISTRIBUTION OF SNOW COVER RETIEVED FROM SWIR TERRESTRIAL LASER SCANNING DATA
Abstract: The paper reports the results of a study of snow cover reflectance in SWIR wavelengths aimed at optimization of measuring the spatial position of elements of snow-covered surfaces using laser scanning. During field work at a test site in the Priozersk district of the Leningrad region and in St. Petersburg, three-dimensional point representations of snow-covered objects were obtained using Trimble X7 terrestrial laser scanner and an experimental facility designed and constructed by the authors. As a result of processing the point clouds with specialized software, the pattern of the dependence of the backscattered signal intensity on the incidence (viewing) angle was determined. The data obtained makes it possible to accept the hypothesis about the dominance of diffuse scattering of SWIR radiation in snowpacks applied to laser scanning. Obstacles to obtaining the coordinates of snow-covered objects located at different distances to the scanner position have been identified. It has been suggested that it is advisable to study the influence of snow density on its reflective properties with laser scanning. The results can serve as the basis for further research to select optimal scanning conditions and determine the necessary corrections.
Keywords: incidence angle, laser scanning, liDAR, reflectivity, snow cover, SWIR.