СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ПОИСКА МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ПОПЕРЕЧНОГО РАЗМЕРА И ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ В ГРУНТЕ
METHOD FOR REMOTE SEARCH OF UNDERGROUND SERVICE LINES AND DETERMINATION OF THEIR TRANSVERSE DIMENSION AND DEPTH OF GROUND POSITION

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного поиска трасс подземных коммуникаций (трубопроводов, кабелей и т.п.) и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте.
Известны способы [1-7] управления беспилотным летательным аппаратом, обеспечивающие безопасный полет по заданной траектории, на заданной высоте. Данные способы не используются для поиска трасс подземных коммуникаций (трубопроводов, кабелей и т.п.) и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте.
Известны радиолокационные способы дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте [8-9], заключающиеся в том, что на борту летательного аппарата помещают высокочастотный генератор импульсов и передающую антенну, приемник и принимающую антенну, блок управления антеннами, процессор с программным обеспечением и монитор, в процессе полета летательного аппарата осуществляют зондирование подповерхностного слоя земли зондирующими сигналами, принимают сигналы, отраженные от подповерхностных структур, обрабатывают и анализируют принятые сигнала, и по результатам обработки определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания. Радиолокационные способы позволяют получить картину распределения подземных кабелей и труб в большом числе различных видов грунта. Однако даже в благоприятных условиях их применения необходимо иметь соответствующее представление о том, что находится под землей, и затруднительно получить требуемую интерпретацию этой картины. Сложность, высокая стоимость и зависимость от условий применения отличают реализации данных способов по сравнению с методами электромагнитной локации [10]. Необходимо отметить, что для уверенного приема отраженного сигнала требуется достаточно большая мощность передатчика, что обусловливает его значительные массогабаритные характеристики и большое энергопотребление. А это, в свою очередь, ведет к росту требований к грузоподъемности летательного аппарата и, соответственно, увеличению его стоимости и затрат на его эксплуатацию.
Известны способы электромагнитной локации для поиска трасс подземных кабелей, трубопроводов и определения глубины их залегания в грунте. [10-13], заключающиеся в том, что к цепи «проводник-земля» подземного металлического сооружения подключают генератор и передают по этой цепи низкочастотный сигнал. На поверхности земли над подземным сооружением перемещают приемник с приемной антенной, измеряют уровни компонент магнитного поля и по результатам анализа изменений этих уровней определяют местоположение подземного сооружения на трассе и глубину его залегания. Используют два алгоритма поиска - по «максимуму» или по «минимуму». Для улучшения отношения сигнал/помеха и разрешающей способности применяют сдвоенные антенны. Реализация указанных способов требует определенной ориентации приемной магнитной антенны относительно подземного сооружения, что существенно ограничивает возможности размещения приемника с приемной антенной на транспортном средстве.
От этого недостатка свободен способ определения места повреждения кабельной линии [14]. Способ заключается в том, что на одном конце подземного сооружения к его цепи «проводник-земля» подключают генератор низких частот, над поверхностью земли над участком, в пределах которого предположительно проложено подземное сооружение, перемещают приемник с магнитной антенной, измеряют уровень магнитного поля при фиксированных значениях координат расположения приемника с магнитной антенной, но данным измерений строят распределение уровней магнитного поля по поверхности над подземным сооружением и по результатам анализа этого распределения определяют место повреждения кабельной линии. Данный способ может быть использован и для поиска трасс подземных коммуникаций и определения их поперечного размера. К недостаткам способа относится следующее. Реализация способа требует значительных временных затрат и отличается значительной трудоемкостью. Особенно, при выполнении работ на пересеченной местности. Зависимость результатов измерений уровней магнитного поля от взаимной ориентации подземного сооружения и магнитной антенны приемника приводит к погрешностям определения местоположения подземного сооружения. К увеличению погрешностей приводит также ухудшение разрешающей способности при увеличении расстояния от подземного сооружения до плоскости над ним, на которой определяют распределение уровней магнитного поля. Кроме того, способ не позволяет определять глубину залегания подземного сооружения.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте на одном конце подземного сооружения к его цепи «проводник-земля» подключают генератор низких частот, над поверхностью земли над участком, в пределах которого предположительно проложено подземное сооружение, перемещают приемник с магнитной антенной, измеряют уровень магнитного поля при фиксированных значениях координат расположения приемника с магнитной антенной, по данным измерений строят распределение уровней магнитного поля по поверхности над подземным сооружением, причем к приемнику подключают трехкоординатную магнитную антенну, приемник с трехкоординатной магнитной антенной размещают на беспилотном летающем аппарате (БПЛА), положение трехкоординатной магнитной антенны стабилизируют относительно поверхности земли, управляют БПЛА с центральной станции по отдельному каналу связи, управляемый с центральной станции БПЛА перемещают по заданной траектории на заданных высотах над поверхностью земли над участком, в пределах которого предположительно проложено подземное сооружение, с помощью навигационных приборов определяют координаты БПЛА и при известных координатах с помощью приемника с трехкоординатной магнитной антенной измеряют уровни составляющих магнитного поля, данные с результатами измерений по отдельному каналу связи передают на центральную станцию, на которой их обрабатывают и строят распределения уровней компонент магнитного поля по поверхностям над подземным сооружением, получают распределения уровней компонент магнитного поля по поверхностям над подземным сооружением, при этом распределения получают не менее чем для двух значений высоты над поверхностью земли, а затем по данным распределениям определяют местоположение подземной коммуникации, ее поперечного размера и глубины залегания в грунте.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство включает проложенное ниже поверхности земли 1 подземное протяженное металлическое сооружение 2, генератор низких частот 3, центральную станцию 4, отдельный канал связи 5, БПЛА 6, приемник с трехкоординатной магнитной антенной 7, блок навигации на БПЛА 8 и блок навигации на центральной станции 9, блок обработки данных 10 и устройство отображения 11, блок управления БПЛА 12. На одном конце к цепи «провод-земля» подземного протяженного металлического сооружения 2 подключен генератор низких частот 3. Центральная станция 4 через отдельный канал связи 5 соединена с БПЛА 6. При этом центральная станция 4 включает блок навигации на центральной станции 9, блок обработки данных 10, устройство отображения 11 и блок управления БПЛА 12. БПЛА 6 включает приемник с трехкоординатной магнитной антенной 7 и блок навигации на БПЛА 8. На центральной станции канал связи 5 соединен с выходом блока управления БПЛА 12 и первым входом блока обработки данных 10. Второй вход блока обработки данных 10 подключен к выходу блока навигации на центральной станции 9, а выход блока обработки данных 10 подключен ко входу блока отображения 11. На БПЛА канал связи 5 соединен с выходом приемника с трехкоординатной магнитной антенной 7 и выходом блока навигации на БПЛА 8.
Устройство работает следующим образом. Поступающий от генератора низких частот 3 в цепь «провод-земля» подземного протяженного металлического сооружения 2 сигнал создает внешнее магнитное поле. Под управлением блока управления БПЛА 12 центральной станции 9 через отдельный канал связи 5 БПЛА 6 перемещается по заданной траектории на заданных высотах над поверхностью земли 1 на участке, на котором предположительно проложено подземное протяженное металлическое сооружение 2. Приемник с трехкоординатной магнитной антенной 7 регистрирует уровни магнитного поля по трем координатам. С помощью блока навигации на БПЛА 8 и блока навигации на центральной станции 9 определяют координаты БПЛА 6. Данные от приемника с трехкоординатной магнитной антенной 7 и блока навигации на БПЛА 8 по отдельному каналу связи 5 передаются к центральной станции 9 в блок обработки данных 10. В блоке обработки данных 10 выполняется построение распределений уровней компонент магнитного поля на участке над подземным протяженным металлическим сооружением 2 в нескольких плоскостях на заданных высотах над поверхностью земли 1, по которым в блоке обработки данных 10 определяют местоположение подземного протяженного металлического сооружения 2, его поперечного размера и глубины залегания в грунте. Результаты отображаются в блоке отображения 11.
В отличие от известного способа, которым является прототип, приемник с антенной перемещается с помощью БПЛА, что существенно сокращает время выполнения работ и трудоемкость по сравнению с прототипом. Особенно, при выполнении работ на пересеченной местности. В отличие от известного способа, которым является прототип применяют трехкоординатную магнитную антенну, положение которой стабилизируют относительно поверхности земли. При этом, за счет перемещения БПЛА по заданной траектории на заданных высотах над поверхностью земли по результатам измерений строят распределения уровней компонент магнитного поля на участке над исследуемой подземной коммуникацией в нескольких плоскостях для заданных значений высоты над поверхностью земли. Такой подход позволяет повысить помехозащищенность и увеличить разрешающую способность, а, следовательно, снизить погрешности определения местоположения подземной коммуникации и ее поперечного размера по сравнению с прототипом, и, кроме того, в отличие от прототипа позволяет определять глубину залегания подземной коммуникации. При этом, по сравнению с прототипом, снижается влияние на погрешности поиска удаления приемника с антенной от подземного сооружения. Преимущество данного подхода подтверждается широким применением "сдвоенных" антенн в типовых кабелеискателях [10].
ЛИТЕРАТУРА
1. RU 2013/127122
2. RU 164139
3. RU 2189625
4. RU 2390815
5. RU 2523613
6. RU 2571845
7. US 4157544
8. RU 2256941
9. RU 2451954
10. От А до Я локации и поиск повреждений подземных кабелей и труб для начинающих и специалистов. Авторизованный перевод ЗАО "ПЕРГАМ" // Radiodetection, 1999, 163 с.
11. RU 2319179
12. US 3471772
13. US 2006/036376
14. SU 1765791.