МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ МОНИТОРИНГОВОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ (МКОПМИ)
MULTIFUNCTIONAL MOBILE COMPLEX FOR PROVISION OF MONITORING INFORMATION TO USERS (MMCPMIU)

1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области информационных систем в мобильном исполнении для решения задач оперативного контроля и прогнозирования состояния окружающей среды, объектов и районов жизнедеятельности с целью выявления потенциально опасных источников аварийных ситуаций. Многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информацией (МКОПМИ) предназначен для обеспечения потребителей мониторинговой информацией о контролируемом объекте (районе, явлении) и прогнозирования развития ситуации вокруг него на территориях, не оборудованных стационарными средствами мониторинга.
Использование МКОПМИ позволяет решать следующие задачи:
- прием космической информации о результатах дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и данных от наземных датчиков контроля;
- видеонаблюдение в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазонах спектра объектов (районов, явлений);
- дистанционное зондирование атмосферы с определением концентрации опасных химических веществ;
- определение параметров метеообстановки в районе развертывания;
- определение координат собственного местоположения и удаленных объектов контроля;
- связь и защищенный обмен данными с удаленными информационными центрами;
- сбор, обработка и документирование комплексной мониторинговой информации.
2. Уровень техники.
В современных условиях негативные факторы техногенного характера представляют одну из наиболее реальных угроз национальной безопасности, международному престижу Российской Федерации, стабильному социально-экономическому развитию страны и повышению качества жизни населения. Поэтому, развитию технических средств решения задач контроля и прогнозирования состояния окружающей среды, объектов и районов жизнедеятельности, потенциальных источников чрезвычайных ситуаций и техногенных катастроф отводится пристальное внимание. При этом, в качестве первоочередных, рассматриваются требования по оперативности получения (в близком к реальному масштабе времени) и комплексному характеру информации о контролируемых территориях и объектах с использованием как наземных датчиковых, так и космических мониторинговых систем.
Важными предпосылками создания мобильных комплексов обеспечения потребителей мониторинговой информации является необходимость:
- приближения средств мониторинга непосредственно к району аварийной ситуации или к районам размещения потенциально опасных объектов;
- контроля состояния объектов и территорий, не оборудованных стационарными средствами мониторинга;
- видеоконтроля участков территории, которые не могут быть отсняты действующими стационарными средствами, в целях формирования архива снимков этих территорий;
- защищенного информационного обмена данными с удаленными информационными центрами;
- адаптации к условиям применения и характеру решаемых задач и др.
За рубежом в США, Канаде, Нидерландах, Франции созданы и успешно используются мобильные станции ДЗЗ для экстренного мониторинга районов, пострадавших от стихийных бедствий, кризисных регионов и для пресечения нелегальной деятельности в морской экономической зоне.
Например, в США с конца 90-х гг. успешно применяются мобильные приемные станции Eagle Vision («Орлиный взор») (Журнал «Национальная оборона», 2008 г., №7 (28), стр. 29-42). Всего Министерство обороны США заказало 6 таких мобильных станций, 3 из них предназначены для информационного обеспечения вооруженных сил за пределами США, еще 3 - для съемки территории США в случае чрезвычайных ситуаций (ЧС). Последние три станции дислоцированы на базах национальной гвардии в штатах Невада, Южная Каролина и на Гавайских островах, откуда обеспечивается съемка 90% территории США. В реальной ситуации станция Eagle Vision применялась в сентябре 2003 г. для оценки последствий урагана «Изабель», который пронесся над штатами Восточного побережья США.
Автоматический мобильный метеокомплекс "Тропосфера-1" (разработчик НПП «НПП «Спецавтоматика», г.Киев, www.sa.ua) осуществляет измерение основных метеопараметров на открытых метеоплощадках в автоматическом режиме. В состав метеокомплекса входит: измеритель атмосферного давления цифровой ИД-1T; измеритель температуры воздуха цифровой ИТ-1Т; измеритель влажности воздуха цифровой ИВ-1T; измеритель скорости и направления ветра цифровой ИСНВ.
В России существуют мобильные станции приема данных и обработки космической информации на базе наземных транспортных средств, представленные рядом готовых или находящихся в стадии создания разработок, которые могут быть рассмотрены в качестве аналогов изобретения.
Известен мобильный автономный комплекс для приема и обработки спутниковой информации ДЗЗ (Меньшиков В.А, Макаров М.И., Пушкарский С.В. Многофункциональная космическая система Союзного государства. М.: НИИ КС, 2007 г., стр.205-207) создан на базе комплекса «УниСкан» и позволяет легко, автономно и надежно организовать оперативный прием и обработку данных ДЗЗ, в том числе в удаленных районах и/или в течение ограниченного периода времени. В функциональный состав мобильного комплекса входят: антенная система для приема спутниковой информации, блок управления, персональный компьютер, комплект программного обеспечения, комплект соединительных кабелей. Разработанные и выпускаемые ИТЦ «СКАНЭКС» наземные станции УниСкан™ позволяют принимать как оптические данные с разрешением от 1 км до 0,7 м (данные спутников Terra, Aqua, SPOT, LANDSAT, FORMOSAT, IRS, CARTOSAT, Resourcesat, EROS, THEOS), так и всепогодные и независимые от времени суток радиолокационные изображения с разрешением от 100 м до 1 м (данные спутников RADARSAT-1, RADARSAT-2, ENVISAT-1, TerraSAR-X и COSMO-SkyMed). Это дает возможность решения широкого спектра прикладных задач в самых разных областях - сельском и лесном хозяйствах, земельном кадастре, метеорологии и картографии, строительстве и других. УниСкан™ - это не только средство приема данных, но и полный набор программных средств для их хранения, обработки и тематического анализа. Аппаратная часть комплекса УниСкан™ универсальна и программируема. Она позволяет принимать информацию в любых форматах, параметры которых лежат в следующих пределах: несущая частота (8025…8400 МГц, 7750…7850 МГц); темп передачи информации (3.5…160 Мбит/с (ФМ-2), 7.0…320 Мбит/с (ФМ-4)); тип модуляции (ФМ-2, ФМ-4, ФМ-4С) (разработка ИТЦ «СканЭкс»).
Известен наземный комплекс приема и обработки данных ДЗЗ (НКПОД) (см. журнал «Геоматика» 2010 г., №2, стр.9-11) предназначен для приема данных ДЗЗ от космических аппаратов, их обработки и хранения. НКПОД обеспечивает: формирование заявок на планирование съемки земной поверхности и приема данных; распаковку информации с сортировкой по маршрутам и выделением массивов видеоинформации и служебной информации; восстановление строчно-линейной структуры видеоинформации, декодирование, радиометрическую коррекцию, фильтрацию, преобразование динамического диапазона, формирование обзорного изображения и выполнение других операций цифровой первичной обработки; анализ качества полученных изображений с использованием экспертных и программных методов; каталогизацию и архивацию информации; геометрическую коррекцию и геопривязку изображений с использованием данных о параметрах углового и линейного движения космических аппаратов (КА) и/или опорных точек на местности; лицензионный доступ к данным, получаемых со многих зарубежных спутников ДЗЗ. В состав базовой конфигурации НКПОД входят: антенный комплекс, приемный комплекс, комплекс синхронизации, регистрации и структурного восстановления. Базовая конфигурация НКПОД комплектуется программно-аппаратными средствами приема информации с космических аппаратов AQUA, TERRA, NOAA. Дополнительно комплекс может быть доукомплектован для приема данных с КА Radarsat-2, «Ресурс-ДК1», а также перспективных отечественных аппаратов «Ресурс-П», «Канопус-В» и др. Прием информации с КА в Х и L диапазонах производится по одному частотному каналу (разработка ОАО «НИИ ТП» совместно с ЗАО «Совзонд»).
Известен мобильный комплекс связи «МИК-МКС» (патент Российской Федерации на полезную модель "Мобильный комплекс связи" №94766 от 27.05.2010 г.) - комплекс аппаратуры и оборудования, предназначенный для организации быстрого развертывания цифровых радиорелейных линий связи и сетей широкополосного беспроводного доступа, способных функционировать как в нормальных условиях, так и в сложной помеховой обстановке и обеспечивать надежной и качественной связью должностных лиц различных уровней, звеньев и пунктов управления. Мобильный комплекс связи «МИК-МКС» создан с использованием передовых достижений в области радиорелейной связи, вычислительной техники, конструкторско-технологических решений, элементной базы и построен по модульному принципу исполнения. Эффективная система жизнеобеспечения, наличие систем автоматики и световой индикации, включая подъем и опускание антенных мачт, дистанционное юстирование антенн по азимуту и углу места с пульта или автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, а также наличие системы технического обслуживания создают комфортные условия работы персонала комплекса. В различных вариантах исполнения комплекса в зависимости от решаемых задач применяется радиорелейное оборудование (РРО) дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. Использование данного комплекса позволяет обеспечить построение многоинтервальных линий и сетей связи при передаче цифровой информации с набором скоростей от 5 до 155 Мбит/с одновременно в четырех направлениях связи и сетей широкополосного беспроводного доступа емкостью до 200 абонентов и скоростью передачи до 37 Мбит/с. Комплекс «МИК-МКС» может работать в оконечном, ретрансляционном и узловом режимах, обеспечивая при этом на каждой станции ввод/вывод необходимого числа каналов связи. Отличительной особенностью комплекса «МИК-МКС» является размещение мачты 32 м и аппаратной части на одном шасси, что уменьшает количество подвижных единиц и повышает мобильность. Оперативно развертываемый мобильный комплекс связи предназначен для: построения подвижной ведомственной транспортной сети связи (полевой опорной сети связи); организации сети широкополосного беспроводного доступа с подвижными объектами, передачи данных и мониторинга объектов службами быстрого реагирования в труднодоступной местности и в районах стихийных бедствий, техногенных катастроф и происшествий; резервирования кабельных магистральных и волоконно-оптических линий связи на случай аварии и чрезвычайных ситуаций; организации временных радиорелейных вставок на поврежденных и ремонтируемых участках линии связи; организации линий привязки подвижных и стационарных узлов связи, мобильных групп, автоколонн, удаленных объектов (гарнизонов) к ведомственной транспортной сети связи и сети связи общего пользования; использования в качестве автономного подвижного узла связи и развертывания на его базе временной сети абонентского доступа в условиях отсутствия или выхода из строя стационарной сети. В состав комплекса входят: шасси типа КАМАЗ 8×8 с установленным кузовом-фургоном и быстроразвертываемым мачтовым устройством с высотой подъема антенн (до четырех шт.) диаметром 0,6 м или 1,0 м на высоту до 32 м; до четырех полукомплектов РРО «МИК-РЛ 4…18Р+»; базовая станция широкополосного беспроводного доступа WiMIC-2000 В, WiMIC-6000 В (WiMAX); АРМ оператора с управляющим компьютером и специальным программным обеспечением; система электроснабжения с гарантированным электропитанием от аккумуляторной батареи (АКБ), обеспечивающая работу РРО при отсутствии электросети ~220 В и выключенном дизель-генераторе в течение до 2…12 часов; автономный дизель-генератор, электроустановка отбора мощности; навигационный приемник (при необходимости); приборы ориентации (электронный компас, датчики уклона, крена и др.); УКВ радиостанция служебной связи (при необходимости); коммутатор Ethernet; мультиплексор комбинированный; коммутатор цифровых сигналов (при необходимости); система жизнеобеспечения (отопитель, фильтровентиляционная установка, кондиционер, спальное место экипажа); ЗИП-О, комплект кабелей и эксплуатационной документации.
Известен мобильный метеорологический комплекс (http://meteo.my1.ru/news/rossijskij_vpk_razrabotal_mobilnyj_meteorologicheskij_kompleks/2010-12-23-99) (разработка российского ВПК) предназначен для предупреждения катастрофических последствий ударов стихии, а также оптимизации действий в сложных погодных условиях. Мобильный метеорологический комплекс может быть развернут в любой точке мира всего за один день. Одно из преимуществ комплекса -мобильность. Его главный конструктивный элемент - метеорологический локатор. С его помощью, например, можно вести метеоразведку ураганов или снегопадов на местности в радиусе 200 километров. Эта система может определить температуру, скорость ветра, облачность, давление не только на самом аэродроме, но и по маршруту всего полета и даже в месте посадки воздушного судна, где бы она ни происходила. Комплекс собирает информацию как по данным наземных наблюдений, так и со спутников и может определять фактическую погоду в любой точке земного шара.
Известен возимый приемоиндикатор КНС ГЛОНАСС/GPS 14Ц821 "Грот-В" (разработчик ФГУП «НИИ КП», г.Москва, www.oaoniikp.ru), предназначенный для использования в составе оборудования автомобильной и бронетанковой техники в целях обеспечения решения координатно-временных задач специального назначения. Перечень сервисных задач - прямая и обратная геодезические задачи, расчет сближения меридианов, решение треугольника, прямая и обратная засечки, перевычисление параметров, расчет поправки в дирекционный угол, пересчет плоских прямоугольных координат в геодезические и обратно. Тип используемых спутниковых сигналов - ГЛОНАСС и GPS. Изделие обеспечивает сохранение характеристик при воздействии динамической пыли (песка), движении потребителя со скоростью до 100 км/ч, углах крена и тангажа до 30 град, углах закрытия менее 8 град.
Известен трекер GLOSPACE SGK-T (разработчик ФГУП «НИИ КП», г.Москва, www.oaoniikp.ru). Автомобильный трекер-логгер GLOSPACE SGK-T определяет координаты по сигналам глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Наличие встроенных GSM и GPRS модулей позволяет определить местоположение и отслеживать перемещения автотранспорта. Автомобиль разработан для стационарного использования в легковых и грузовых автомобилях и обеспечивает: скрытую установку на транспортные средства, диспетчеризацию (мониторинг) ТС. Координатно-временные отсчеты отправляются в Центр мониторинга с заданным шагом (шаг можно удаленно изменять).
Недостатками известных мобильных комплексов обеспечения мониторинговой информации на базе наземных транспортных средств являются ориентация их на сбор, обработку и представление потребителям только одного из видов мониторинговой информации (дистанционного зондирования земли, метеорологической, топогеодезической, навигационной).
В качестве прототипа многофункционального мобильного комплекса обеспечения потребителей мониторинговой информацией выбран мобильный ситуационный центр планирования, приема, обработки и передачи пользователям данных космической съемки (см. журнал «Геоматика» 2010 г., №3, стр.72-74), который предназначен для непосредственного приема, обработки и передачи данных космической съемки земной поверхности различного качества и объема со спутников ДЗЗ российского и иностранного производства. Основные решаемые задачи с использованием комплекса: доставка оборудования и обслуживающего персонала в место проведения сеанса связи; оперативная настройка и юстировка оборудования для проведения сеанса связи и прием метеорологической информации с борта КА ДЗЗ; предварительная оценка качества принимаемой информации, первичная обработка информации; регистрация и хранение обработанной информации; обеспечение двухсторонней связи с различными внешними центрами.
В качестве аппаратной платформы мобильного комплекса используются промышленные ПЭВМ в защищенном исполнении. Четыре ПЭВМ для операторов по управлению комплексом и обработке данных. Два ПЭВМ выполняют функцию серверов (ПЭВМ базы данных и ПЭВМ связи и передачи данных).
В качестве антенно-приемного комплекса используется антенно-поворотная система со следующими характеристиками: диаметр зеркала - 3,1-3,5 м (по согласованию); рабочие диапазоны частот - S, X, Ku, Ka (по согласованию); режимы наведения антенны - «Автосопровождение», «Программа»; пределы наведения, град: по азимуту ±270, по углу места 0…180, по углу наклона ±10; максимальные скорости вращения антенны, град/с: по азимуту 10, по углу места 10, по углу наклона 3, рабочая температура -40…+50; рабочая ветровая нагрузка 25 м/с; предельная ветровая нагрузка 50 м/с.
Прототип имеет кузов-контейнер, автомобильный прицеп со смонтированным на нем антенно-поворотным устройством (разработка ЗАО НПК «БАРЛ») и шасси на базе автомобиля-тягача КАМАЗ.
3. Раскрытие изобретения.
Предлагаемый многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информации (МКОПМИ) имеет ряд существенных отличий от прототипа, которые заключаются в следующем. В состав АРМ видеонаблюдения объектов и районов и документирования полученных данных включены аппаратно-программный комплекс (АПК) видеонаблюдения для видеонаблюдения и координатной привязки объекта контроля к точке наблюдения, а также АПК сбора, тематической обработки и документирования данных, позволяющий через специальный программный комплекс получать комплексную информацию на основе разных видов данных и прогнозировать развитие контролируемой ситуации во времени и в пространстве с привязкой к карте местности. Во входящем в состав АРМ метео- и датчикового контроля состояния окружающей (газовой) среды и объектов АПК химического мониторинга атмосферы используется специальное программное обеспечения для автоматического фиксирования показания газоанализаторов в компьютерной базе данных.
В составе АРМ навигационного и телекоммуникационного обеспечения (связью) используются беспроводные каналы. Их совместное применение обеспечивает резервирование каналов связи, что повышает надежность связи для передачи комплексной мониторинговой информации.
Совокупность указанных существенных признаков обеспечивает достижение следующих технических результатов:
- дальность приема информации от наземных датчиков - не менее 300 м;
- непрерывность датчикового контроля - до 4 часов;
- количество одновременно определяемых опасных химических веществ в атмосфере - не менее 6;
- дальность видеоконтроля объектов - до 3-5 км (с определением координат объекта до 1-2 км);
- оперативность определения метеопараметров - не более 10 с;
- скорость приема информации ДЗЗ формата HRPT (High Resolution Picture Transmission) в диапазоне частот 1,67-1,71 ГГц - 0,66 Мбит/с;
- точность определения координат - не хуже 30 м;
- скорость передачи данных в каналах:
спутниковой связи в диапазоне частот 200/300 МГц - до 2,6 кбит/с;
спутникового Интернета в диапазоне частот 10,95-12,75/13,75-14,5 ГГц - до 1,024/0,512 Мбит/с;
сотовой связи GPRS (General Packet Radio Service) / CDMA (Code Division Multiple Access) в диапазоне частот 800-1900/450 МГц - до 0,118/1,8 Мбит/с; наземной связи радиоэлектронной системы (РЭС) в диапазоне частот 2,3-2,5/4,9-6,1 ГГц-до 8 Мбит/с;
- непрерывность автономного функционирования - до 14 часов.
Указанные выше технические характеристики соответствуют как современным, так и перспективным требованиям, предъявляемым к средствам обеспечения потребителей мониторинговой информацией. Кроме того, предлагаемый многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информацией обладает высокой мобильностью, автономностью и оперативностью получения и доставки информации, адаптивностью к условиям функционирования и наращиванию технических возможностей. МКОПМИ может стать эффективным инструментом при выработке обоснованных управленческих решений в области снижения рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера.
Объектами наблюдения технических средств контроля МКОПМИ могут быть предметы, явления или участки местности различного агрегатного или физического состояния. Мобильность, оперативность и комплексность существенно повышают эффективность обеспечения мониторинговой информацией МЧС, Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации, Министерства природных ресурсов Российской Федерации, а также других заинтересованных министерств и ведомств для принятия соответствующих управленческих решений по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
1.4. Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена блок-схема многофункционального мобильного комплекса обеспечения потребителей мониторинговой информацией (МКОПМИ).
На фиг.2 представлена структурная схема автоматизированного рабочего места видеонаблюдения объектов и районов и документирования полученных данных.
На фиг.3 представлена структурная схема автоматизированного рабочего места метео- и датчикового контроля состояния окружающей (газовой) среды и объектов.
На фиг.4 представлена структурная схема автоматизированного рабочего места АРМ навигационного и телекоммуникационного обеспечения (связью).
На фиг.5 представлена структурная схема комплекса энергообеспечения и телекоммуникационного сопряжения автоматизированных рабочих мест.
1.5. Осуществление изобретения.
Многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информации (МКОПМИ) (1) (фиг.1) состоит из автоматизированного рабочего места (АРМ) видеонаблюдения объектов и районов и документирования полученных данных (2), АРМ метео- и датчикового контроля состояния окружающей (газовой) среды и объектов (3), АРМ навигационного и телекоммуникационного обеспечения (связью) (4), комплекса энергообеспечения и телекоммуникационного сопряжения автоматизированных рабочих мест (5) и транспортного средства повышенной проходимости (6).
В состав АРМ видеонаблюдения объектов и районов и документирования полученных данных (2) (фиг.2) входят три аппаратно-программных комплекса:
- аппаратно-программный комплекс (АПК) видеонаблюдения (2.1);
- аппаратно-программный комплекс (АПК) приема данных дистанционного зондирования Земли (2.2);
- аппаратно-программный комплекс (АПК) тематической обработки и документирования данных (2.3).
АПК видеонаблюдения (2.1) осуществляет видеоконтроль объектов и районов, наблюдение природных и техногенных явлений в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра на удалении до 3-5 км (с определением координат объектов - до 2 км).
Основным элементом аппаратно-программного комплекса видеонаблюдения (2.1) является мобильная видеосистема (2.1.1). Видеокамера высокого разрешения (2.1.1.1) оснащена высокочувствительными ПЗС-элементами, работающими в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра, а также электронным устройством обработки данных, обеспечивающее получение цифрового сигнала, конструктивно крепящий к ней восьмикратный сменный объектив (2.1.1.2), представляющий собой автоматический трансфокатор с электрическим приводом, с помощью которого можно получать с хорошей четкостью видеоинформацию о наблюдаемом объекте. Клавиатура (2.1.1.4) представляет собой пульт управления, предназначенный для наведения видеокамеры (2.1.1.1) на выбранный объект, изменения фокусного расстояния и резкости изображения. Клавиатура дает возможность управлять поворотным устройством (2.1.1.3) с напряжением питания ~230 В и функциями «трансфокатор», «резкость», «диафрагма» объектива. Поворотное устройство (2.1.1.3) представляет собой устройство для поворота камеры в горизонтальной и вертикальной плоскости, используемое для наружной установки в условиях низких температур.
Координатная привязка объекта контроля к точке наблюдения осуществляется по показаниям лазерного дальномера (2.1.1.5) и электронного компаса (2.1.1.6), конструктивно совмещенных с видеокамерой.
Для осуществления видеонаблюдения в труднопроходимой для транспортного средства местности используется переносная цифровая видеокамера (2.1.2). Статические эпизоды видеонаблюдений фиксируются с использованием цифровой фотокамеры с высоким разрешением (2.1.3) или путем кадрирования в процессе видеомонтажа с использованием специального программного обеспечения Pinnacle Studio Plus и Photoshop. Полученная видеоинформация записывается на компьютер для обработки и видеомонтажа сюжетов съемки (2.1.4), представляющих практический интерес.
Наружная аппаратура видеонаблюдения в составе видеокамеры (2.1.1.1), лазерного дальномера (2.1.1.5) и электронного компаса (2.1.1.6) размещается (в зависимости от условий наблюдения) либо на монтажной площадке (H≈3,5 м), смонтированной на крыше КУНГа (6), либо на перевозимой телескопической радиорелейной мачте высотой не менее 15 м (2.1.1.7), устанавливаемой вблизи мобильного комплекса.
Аппаратно-программный комплекс (АПК) приема данных дистанционного зондирования Земли (2.2) позволяет осуществлять прием метеоданных с КА ДЗЗ. Станция приема данных ДЗЗ (2.2.1) осуществляет прием и обработку информации в диапазоне частот 1,67-1,71 ГГц, передаваемой с полярно-орбитальных ИСЗ: NOAA (POES), MetOp, FengYun и обеспечивает решение следующих задач: манипулирование большими объемами данных ДЗЗ различного типа, формата представления и уровня обработки (более 70 различных графических, ГИС и ДЗЗ форматов); автоматическое извлечение метаданных, квиклуков (изображений быстрого просмотра) и геоположения снимков; создание и редактирование пользовательских каталогов (баз данных), обмена информацией о закаталогизированных данных внутри организации и со сторонними пользователями, и организациями доступа к сетевым каталогам в рамках локальной сети; атрибутивный поиск и наглядное отображение результатов выборки информации из каталогов по атрибутам (дате съемки, типа спутника, географического положения и т.д.), в табличной форме и в виде контурных покрытий на карте Мира с возможностью быстрого просмотра квикнула и атрибутивной информации (метаданных) каждого снимка; расчет температуры поверхностного слоя воды; обнаружение очагов крупных лесных пожаров; выделение зон дымового и теплового загрязнения крупными городами; отслеживание крупных техногенных и биологических загрязнений в крупных водоемах; фильтрация данных TLE спутников для формирования их выборки по критерию пригодности для приема и обработки с них информации ДЗЗ; изменение имен спутников для корректного использования TLE-данных при расчете орбиты этих спутников; изменение номера витка некоторых спутников для корректной обработки данных на компьютере (2.2.2) с этих спутников после их приема.
При нахождении этих КА ДЗЗ в зоне радиовидимости станция приема данных ДЗЗ (2.2.1) принимает от них метеоданные в режиме «открытого неба» и автоматически заносит их в компьютерную базу данных. Полученная информация является визуальной формой отображения метеообстановки в масштабе региона (отдельных территорий), поэтому она оперативно (не более 10 с) уточняется (конкретизируется) в месте развертывания мобильного комплекса. Антенна станции приема данных ДЗЗ (2.2.1) размещается на крыше транспортного средства повышенной проходимости (6).
В аппаратно-программном комплексе тематической обработки и документирования данных (2.3.) в качестве периферийного оборудования для подготовки требуемого вида документации используется множительная техника. Плоттер (2.3.1) обеспечивает возможность цветной печати документов большого формата, в первую очередь цифровых карт местности.
Система ввода данных (2.3.2) представляет собой крупноформатный секционный дигитайзер и обычный малоформатный сканер, дополненный средствами привязки к координатной системе дигитайзера для комбинированного ввода изображений в компьютер крупноформатных изображений (карты и планы схемы и др.). В процессе ввода крупноформатного изображения, размещенного на поле дигитайзера, выполняется его пофрагментное сканирование. Отсканированные фрагменты записываются на компьютер обработки данных (2.3.3) в растровом виде в файлы вместе с данными, определяющими положение и ориентацию сканера. По окончании пофрагментного сканирования выполняется программно синтез крупноформатного изображения из фрагментов и запись результата в память в стандартном растровом формате. Швы между фрагментами практически отсутствуют. При наличии на изображении координатной сетки (карты и планы местности и т.п.) в процессе ввода производится автоматическое распознавание ее узлов и программная коррекция оцифрованного изображения, учитывающая возможную деформацию носителя документа. Процесс синтеза выполняется под контролем оператора с минимальным вмешательством. В составе системы ввода данных (2.3.2) используется ГИС программное обеспечение. Комплексная обработка и документирование разнородной мониторинговой информации осуществляется с использованием ГИС программного продукта MapInfo. Сбор, хранение, тематическая обработка и отображение мониторинговой информации об оперативной обстановке в зоне действия мобильного комплекса осуществляется с использованием цифровых карт местности и базы данных контролируемых параметров, структурированных по способу получения, форме представления и тематическому содержанию (видео-, метео-, параметрические и др.) в виде записи соответствующих взаимосвязанных таблиц. Электронная карта представляет собой многослойную структуру, предназначенную для работы с компьютерной базой мониторинговых данных. На отдельно взятом слое карты отображается информация об оперативной обстановке в зоне действия МКОПМИ конкретной тематической направленности (метеообстановка, зона химического заражения, данные видеонаблюдения и т.п.). Отображение ситуации в целом (комплексной мониторинговой информации) в зоне действия МКОПМИ осуществляется путем наложения друг на друга всей совокупности тематических слоев цифровой электронной карты местности. Тематическая обработка мониторинговой информации осуществляется с использованием компьютера (2.1.4). Кроме того, в процессе функционирования реализуется устойчивая программная взаимосвязь между МКОПМИ и информационно-аналитическим центром по двухстороннему обмену информацией.
В состав АРМ метео- и датчикового контроля состояния окружающей (газовой) среды и объектов (3) (фиг.3) входят три аппаратно-программных комплекса:
- аппаратно-программный комплекс метеоконтроля атмосферы (3.1);
- аппаратно-программный комплекс химического мониторинга атмосферы (3.2);
- аппаратно-программный комплекс мониторинга очагов химического заражения (3.3)
- аппаратно-программный комплекс автоматизированного сбора данных (3.4).
Для оперативного определения основных параметров метеообстановки в районе развертывания МКОПМИ в аппаратно-программном комплексе метеоконтроля атмосферы (3.1) используется цифровая профессиональная метеостанция (ЦМС) (3.1.1). Полученные метеоданные непрерывно обновляются, сведения о последней погодной информации отражаются на ЖК дисплее основной станции. Главным связующим звеном метеостанции (3.1.1) является термогигродатчик, так как датчики ветра и дождя указанной метеостанции связаны с термогигродатчиком для получения питания и используются им для связи с основной станцией. Пересылка данных о погоде, идущих от термогигродатчика, может идти посредством радиопередачи частотой 433 МГц (до 25 метров на открытой площади) или по кабельной связи. Полученные погодные данные от основной станции передаются на компьютер для обработки данных (3.1.2). Получив последние данные о погоде от метеостанции (3.1.1) и передав на компьютер (3.1.2) до 175 наборов зарегистрированных основной станцией погодных данных, можно провести статистическую обработку данных и построить диаграммы к таблицам (175 наборов данных сохраняются в базе, даже если компьютер выключен). Само программное обеспечение не устанавливает никаких пределов относительно того, сколько наборов данных могут быть переданы компьютером.
Аппаратно-программный комплекс химического мониторинга атмосферы (3.2) проводит определение наличия и концентрации вредных примесей в газовой среде (атмосфере) с помощью комплекта газосигнализаторов (3.2.1), которые выставляются на расстоянии нескольких метров от мобильного комплекса, оборудованного модулем приема радиоданных (3.2.2). Поступающая информация обрабатывается на компьютере (3.2.3), оснащенном специальным программным обеспечением.
Газосигнализаторы одновременно измеряют концентрации опасных химических веществ в атмосфере промышленных зон предприятий, на рабочих местах, в коммуникациях и для оповещения об опасных уровнях концентраций. Газосигнализаторы представляют собой переносной прибор с автономным питанием и диффузионным методом пробоотбора исследуемого воздуха. При повышении концентрации хотя бы одного из контролируемых газов выше соответствующего установленного порога сигнализации включается сирена и загораются соответствующие сигнальные красные светодиоды на панели прибора.
Аппаратно-программный комплекс мониторинга очагов химического заражения (3.3) в составе модуля химического датчика (3.3.1), контроллера модуля химического датчика (3.3.2), модуля автономного питания (3.3.3), блока метеоданных (3.3.4), блока управления и сигнализации (3.3.5), контроллера блока управления и сигнализации (3.3.6) во взаимодействии с комплексом программ очагов химического заражения обеспечивает: режим постоянного мониторинга, включая постоянную автоматическую регистрацию концентрации аммиака в зоне возможного поражения; регистрацию температуры, скорости и направления ветра в месте размещения МКОПМИ; регистрацию координат с GPS/ГЛОНАСС приемника; постоянную передачу зарегистрированных данных по радиоканалу и проводной линии на компьютер (3.3.7); накопление зарегистрированных данных на компьютере (3.3.7); построение и визуализацию отображения на фоне цифровой карты местности зон загрязнений и зон рисков; формирование ситуационного плана с информацией об аварии, данными для расчета зоны поражения, фрагментом карты с нанесенной обстановкой, перечнем объектов, попавших в зону заражения. Программный комплекс очагов химического заражения разработано на основании методик с последующим автоматическим вводом результатов замеров в компьютерную базу данных через интерфейс RS-232.
Аппаратно-программный комплекс автоматизированного сбора данных (АПК АСД) (3.4) предназначен для автоматизированного дистанционного сбора параметрической информации с датчиков контроля состояния объектов (3.4.7) (например, о потреблении энергоресурсов на объектах ЖКХ). В состав АПК АСД (3.4) входят: компьютер (3.4.1) с программным обеспечением; GSM модем (3.4.2); USB и GSM коммуникаторы (3.4.3); радиоадаптеры (3.4.4); антенно-фидерное и кабельно-интерфейсное оборудование (3.4.5); автономные источники питания (3.4.6); датчики контроля состояния объектов (3.4.7). Функционирование АПК АСД (3.4) основано на реализации технологии построения самоорганизующейся ZigBee сети информационного обмена. Параметры и режимы функционирования сети формируются оператором с использованием компьютера (3.4.1) и установленного на нем программного обеспечения.
В состав АРМ навигационного и телекоммуникационного обеспечения (связью) (4) (фиг.4) входят три аппаратно-программных комплекса:
- аппаратно-программный комплекс спутниковой связи (4.1);
- аппаратно-программный комплекс наземной связи (4.2);
- аппаратно-программный комплекс навигационного обеспечения (4.3).
В аппаратно-программном комплексе спутниковой связи (4.1) прием и передача информации между мобильным комплексом и информационно-аналитическим центром осуществляется с использованием каналов спутниковой, Интернет, мобильной и УКВ связи. Абонентский терминал (AT) (4.1.2) низкоорбитальной космической системы связи (НКСС) осуществляет ввод, прием и передачу информации по каналам хранения и вывода принятой информации на дисплей компьютера (4.1.1). AT обеспечивает прямой доступ к связному ресурсу системы при нахождении спутника в его зоне радиовидимости. Связь со спутником устанавливается автоматически без участия оператора. AT (4.1.2) позволяет осуществлять прием и передачу информации, аварийных и экстренных сообщений, данных от необслуживаемых датчиков из любого уголка земного шара, обеспечивая персональную связь между любой парой абонентов, а также определение координат абонента. Достоинством НКСС является: время развертывания менее 10 мин; связь с о спутником без участия оператора; всенаправленная антенна. При расположении абонентов в зоне радиовидимости спутника передача информации обеспечивается без задержки. С помощью AT пользователям предоставляется ряд телекоммуникационных услуг, ориентированных на передачу сообщений небольшого объема, что позволяет уже сегодня осуществлять прием и передачу сообщений из любой точки Земного шара, обеспечивая персональной связью любую пару абонентов.
В дополнении к аппаратуре НКСС, имеющей ограничения по оперативности, объему и разновидности передаваемой информации в составе мобильного пункта мониторинга, используется мобильная спутниковая система Интернет связи (4.1.3). Мобильная спутниковая система для доступа к сети Интернет посредством спутниковой связи является автоматической системой сканирования, ориентирования луча для складной приемопередающей спутниковой антенны. Автоматическое обнаружение и захват спутникового луча и позиционирование осуществляется на основании данных GPS/ГЛОНАСС и других параметров позиционирования. Мобильная спутниковая система обеспечивает высокоскоростную двустороннюю связь через спутник посредством доступа к сети Интернет на скоростях широкополосной передачи. По команде с компьютера (4.1.1) антенна, размещаемая на крыше транспортного средства повышенной проходимости (6), автоматически раскрывается, захватывает спутник, связывается с терминалом и запускает услугу. После того как система запустилась, осуществляется автоматическое подсоединение к Интернету и обеспечивается передача данных. Услуга становится доступна в среднем в течение 3-х минут по команде с компьютера (4.1.1).
Аппаратно-программный комплекс наземной связи (4.2) предназначен для высокоскоростной передачи информации. В аппаратно-программном комплексе используется комплект аппаратуры сотовой связи (4.2.2). Передача данных осуществляется через беспроводную Internet сеть с использованием модема (4.2.2.1), подключенного к компьютеру (4.2.1). Интернет-модуль представляет собой модем для сетей Сотел с поддержкой EV-DO. Устройство имеет PCMCIA TYPE II интерфейс. Интернет-модуль выводит пользователей Internet с любого места, где сотовый оператор реализует соответствующую услугу.
Для комплекта средств наземной радиосвязи и сетевого информационного обмена форматов CDMA и GPRS/EDGE с удаленными диспетчерскими центрами используется аппаратно-программный комплекс защищенного обмена данными (АПК-НРКЗ) (4.2.2.2). Обмен данными между АПК-НРКЗ и взаимодействующими с ним аппаратно-програмными средствами (АПС) МКОПМИ осуществляется в единой локальной вычислительной сети (ЛВС). АПК-НРКЗ использует для электропитания своих аппаратных средств существующую систему электропитания МКОПМИ. АПК-НРКЗ обеспечивает: организацию предоставляемых по требованию дуплексных каналов связи формата CDMA в диапазоне частот 450 МГц для приема данных со скоростью от 81,6 кбит/с до 3,1 Мбит/с и передачу информации со скоростью от 81,6 кбит/с до 1,8 Мбит/с (в зависимости от поддержки форматов EV-DO); организацию предоставляемых по требованию дуплексных каналов связи формата GPRS (EDGE) в диапазоне частот 800/900/1800/1900 МГц для приема данных со скоростью от 8 до 80 кбит/с (в формате GPRS) или от 8,4 до 236,8 кбит/с (в формате EDGE) и передачу информации со скоростью от 8 до 40 кбит/с (в формате GPRS) или от 8,4 до 118,4 кбит/с (в формате EDGE); стандартное туннелирование с поддержкой протоколов IPsec, L2TP, РРТР и L2F на основе использования унифицированных аппаратно-программных средств VPN; шифрование на основе ГОСТ 28147-89; аутентификацию на основе алгоритма взаимной аутентификации по ГОСТ Р 34.10-2001, технологий RADIUS, LDAP. В составе АПК-НРКЗ функционально используется компьютер (4.2.1) для подключения модемов, установки общего и специального программного обеспечения.
Радиоэлектронная система (4.2.3) применяется для создания территориально-распределенных широкополосных сетей беспроводного абонентского доступа к ресурсам Интернет, телефонии и других сетей общего пользования, а также построения корпоративных и ведомственных сетей с интеграцией голоса, видео, телеметрии и т.д. Радиоэлектронная система спроектирована для работы в сетях связи общего пользования и предназначена для передачи и приема цифровых данных со скоростью от 1 до 108 Мбит/с на расстояниях от 100 м до 60 км и более (при условии обеспечения приемлемой энергетики канала); и может быть использована для создания магистральных скоростных каналов «точка - точка», протяженных линий связи с ретрансляцией или распределенных региональных сетей «точка - многоточка» с несколькими базовыми станциями и множеством клиентов, а также имеет защищенное всепогодное исполнение, позволяющее размещать его прямо под открытым небом в непосредственной близости от приемо-передающей антенны. Всепогодное исполнение конструкции радиоэлектронной системы реализуется с помощью специального корпуса и герметизированных разъемов, которые позволяют применять данную РЭС в диапазоне температур от -50°С до +55°С.
Используемые технологии обеспечивают информационно-аналитический центр достоверной оперативной информацией в режиме реального времени или с высокой частотой прогноза ее развития.
В составе АПК наземной связи (4.2) используются портативные радиостанции (4.2.4). Радиостанция оснащена съемным аккумулятором большой емкости. Усовершенствованная конструкция с высокой чувствительностью обеспечивает хорошее качество передачи голосовых данных на расстоянии до нескольких километров.
Аппаратно-программный комплекс навигационного обеспечения (4.3) предназначен для определения навигационных параметров местоположения МКОПМИ и используемой датчиковой аппаратуры.
Координатно-временное обеспечение абонентского терминала низкоорбитальной космической системы связи (НКСС) (4.3.2) осуществляется с помощью систем GPS/ГЛОНАСС, что обеспечивает возможность использования AT для определения навигационных данных МКОПМИ и передает их на компьютер (4.3.1) с точностью до 100 м.
Навигационная аппаратура потребителей (НАП) (4.3.3) имеет в своем составе антенну и приемник GPS/ГЛОНАСС, интегрированные в единое устройство и определяющие следующие параметры: широта/долгота/высота; скорость; дата/время; оценки погрешности; спутник и состояние приемника.
Бортовая телематическая аппаратура (4.3.4) предназначена для сбора информации о состоянии и местоположении транспортного средства МКОПМИ, автоматической идентификации событий на борту транспортного средства МКОПМИ, выдачи сообщений по каналам связи, а также голосового обмена с транспортным средством МКОПМИ. Информация о местоположении подвижного объекта, получаемая при помощи космических навигационных систем ГЛОНАСС/GPS, после обработки и преобразования в специальный формат (дополнительно включающий также информацию о состоянии различных датчиков, устанавливаемом на подвижном объекте) передается в информационно-аналитический центр для отображения местоположения объекта на электронной карте, а также долговременного хранения.
Для решения задач навигации и ориентирования, в первую очередь при работе с выносной датчиковой аппаратурой, используется профессиональный карманный переносной компьютер (4.3.5) с программным обеспечением, оснащенный встроенным GPS/ГЛОНАСС-приемником и навигационной системой
Для определения местоположения наблюдаемых объектов в составе АПК навигационного обеспечения (4.3) также функционально используются средства позиционирования из состава аппаратно-программного комплекса видеонаблюдения (2.1): лазерный дальномер (2.1.1.5) и электронный компас (2.1.1.6). Путем решения прямой геодезической задачи с помощью соответствующего программного обеспечения измеренные угол и дальность до наблюдаемого объекта при известных координатах собственного местоположения позволяют определить его координаты на местности.
Комплекс энергообеспечения и телекоммуникационного сопряжения автоматизированных мест (5) (фиг.5) включает в себя средства энергообеспечения АРМов (5.1) и локальную вычислительная сеть (ЛВС) (5.2).
В качестве основного источника электроснабжения в полевых условиях функционирования и дополнительного (резервного) при энергопитании от промышленной сети используется бензогенератор (5.1.1). Бензиновая электростанция имеет привод генератора от бензинового двигателя внутреннего сгорания. Электрический ток выдается генератором синхронного или асинхронного типа.
Многофункциональный преобразователь напряжения (5.1.2) представляет собой преобразователь напряжения (мощный двунаправленный инвертор), со встроенным интеллектуальным микроконтроллером, обеспечивающим автоматическое управление режимами и, при необходимости, связь с компьютером. В многофункциональном преобразователе напряжения (5.1.2) заложены три функциональных устройства: преобразователь постоянного напряжения автомобильного аккумулятора (и при необходимости автомобильного генератора) 12 В или 24 В (существует два варианта устройств) в переменное 220 В, с частотой 50 Гц; источник бесперебойного питания устройств подключаемых к стандартной сети 220 В (в том числе персональных компьютеров) от энергии автомобильных аккумуляторов и/или автомобильного генератора; зарядное и пуско-зарядное устройство автомобильных аккумуляторов, питающееся от стандартной сети 220 В.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) МКОПМИ (5.2) обеспечивает варьирование вычислительной мощностью путем свободного наращивания или сокращения состава аппаратных и программных средств и, соответственно, обеспечивает решение различного объема функциональных задач в зависимости от конкретных требований как по количеству контролируемых объектов (целей), так и по количеству возможных источников информации (датчиков и др.). Основными средствами распределенной вычислительной системы на основе ЛВС являются АРМ. В состав ЛВС дополнительно включен сервер достаточной мощности, который выполняет разнообразные функции и предоставляет соответствующие ресурсы АРМ в соответствии с установленными правами доступа, например: управление обменами файлов; обработка изображений и формирование банков данных; выдача данных и управление работой периферийных устройств и т.д.
Транспортное средство повышенной проходимости (6) предназначено для размещения и эксплуатации оборудования, а также для размещения и перевозки оборудования МКОПМИ. Транспортировка может осуществляться при температурах окружающего воздуха от минус 40°С до плюс 50°С.
В районе развертывания МКОПМИ обеспечивает сбор, обработку, хранение и передачу мониторинговой информации о контролируемом районе (объекте, явлении) и прогнозирование развития ситуации вокруг него.
Многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информацией функционирует следующим образом.
В исходном состоянии МКОПМИ находится в пункте постоянной дислокации. В базы данных загружены электронные карты районов возможного патрулирования МКОПМИ. Аппаратно-программные средства мониторинга обесточены и находятся в состоянии для транспортировки в изотермическом кузове унифицированном нормальных габаритов (КУНГ).
При получении целевой задачи МКОПМИ выдвигается в заданный район по маршруту, проложенному с использованием GPS (Global Positioning System)/ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) автомобильного навигатора, установленном в кабине водителя. В составе мобильного комплекса работы выполняются силами расчета из 5-6 человек, включая водителя. По прибытии на место производится развертывание и осуществляется монтаж наружного и внутреннего оборудования.