Двухдиапазонные оптико-электронные системы обнаружения субъектов браконьерского промысла

Маркушин Г.Н., Коротаев В.В., Кошелев А.В., Самохина И.А., Васильев А.С., Тимофеев А.Н., Васильева А.В., Ярышев С.Н.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Маркушин Г.Н., Коротаев В.В., Кошелев А.В., Самохина И.А., Васильев А.С., Тимофеев А.Н., Васильева А.В., Ярышев С. Н. Двухдиапазонные оптико-электронные системы обнаружения субъектов браконьерского промысла // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 9. С. 36–48. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-09-36-48

Markushin G.N., Korotaev V.V., Koshelev A.V., Samokhina I.A., Vasilev A.S., Timofeev A.N., Vasileva A.V., Yaryshev S.N. Dual-band optoelectronic poaching detection systems [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V.89. № 9. P. 36-48. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-09-36-48

Ссылка на англоязычную версию:

G. N. Markushin, V. V. Korotaev, A. V. Koshelev, I. A. Samokhina, A. S. Vasilev, A. N. Timofeev, A. V. Vasileva, and S. N. Yaryshev, "Dual-band optoelectronic poaching detection systems," Journal of Optical Technology. 89(9), 528-536 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000528

Аннотация:

Предмет исследования. Особенности развития сканирующих двухдиапазонных оптико-электронных систем для мониторинга и обнаружения субъектов браконьерского промысла и возможности применения в исследуемой системе принципов комплексирования изображений и геопозиционирования. Цель работы. Исследование двухдиапазонной оптико-электронной системы авиационного наблюдения, осуществляющей сканирование местности по квазикруговой траектории, которая обеспечивает перекрытие кадров для возможности эффективного комплексирования разноракурсных изображений в единое изображение, по которому выполняются обнаружение и распознавание субъектов браконьерского промысла и их геопозиционирование. Метод. Моделирование и экспериментальные исследования опытного образца системы, включающей телевизионный и тепловизионный каналы, антенну GPS и модули инерциальной навигационной системы, распложенные на единой стабилизированной платформе. Основные результаты. Предложена структура системы, осуществляющей синхронное сканирование поля обзора по квазикруговой траектории телевизионным и тепловизионным каналами и позволяющей расширить поле обзора и обеспечить 30%-ое перекрытие кадров для эффективного комплексирования изображений. Использование гироскопических датчиков единой стабилизированной платформы системы и антенны глобальной навигационной системы обеспечивает требуемую погрешность геопозиционирования носителя и объекта обнаружения. Выявлена зависимость изменения угла визирования системы в единицу времени, обеспечивающая получение результирующего изображения без пропуска строк. Рассмотрены основные составляющие погрешности определения координат носителя при обнаружении объекта. Комбинации методов сканирования поля обзора и использование элементов геопозиционирования обеспечивают распознавание субъектов брако-ньерского промысла и осуществляют привязку их координат с координатами глобальной системы. Подтверждено, что интегрированный прецизионный GPS-приемник (ProPak-V3-424) с инерциальной системой и технологией обработки информации с помощью алгоритмов Tightly Coupled IMU (Inertial Explorer) обеспечивает погрешности определения координат носителя в плане не более 12 м с вероятностью не менее 95%. Практическая значимость. Реализация предложенной схемы в опытном образце позволила путем комплексирования информации в видимом и инфракрасном диапазонах спектра повысить дальность достоверного обнаружения и распознавания в лесном массиве субъектов браконьерского промысла — человека, легкового или грузового автомобиля.

Ключевые слова:

оптико-электронная система, сканирующая система, многоспектральная система, комплексирование изображений, прямое геопозиционирование, алгоритм расчета координат

Коды OCIS: 120.0280, 110.4234, 100.4145

Список источников:

1. Ларичев В.Д., Деревянко Е.О., Мазеин В.Т. Характеристика коррупционных проявлений в сфере использования и охраны естественных природных ресурсов // Адвокат. 2014. № 12. С. 71–90.

2. Конфоркин И.А. Политико-правовые и экономические аспекты лесного браконьерства // В сб. Социально-политические процессы в меняющемся мире / Межвузовский сб. научных трудов. Под ред. Гавриковой В.П. Тверь, 2018. С. 79–82.

3. Сухих В.И. Проблема незаконных рубок в России и пути ее решения // Лесное хозяйство. 2005. № 4. С. 31–53.

4. Гусейнова Э.Д., Максимова Е.В. Проблемы противодействия браконьерству на русско-китайской границе // Актуальные проблемы науки и практики. 2021. № 3. С. 52–55.

5. Скуднева О.В. Беспилотные летательные аппараты в системе лесного хозяйства России // Лесной журнал. 2014. № 6. С. 150–154.

6. Коптев С.В., Скуднева О.В. О возможностях применения беспилотных летательных аппаратов в лесохозяйственной практике // Лесной журнал. 2018. № 1. С. 130–138.

7. Rango A., Laliberte A., Herrick J.E., Winters C., Havstad K., Steele C., and Browning D. Unmanned aerial vehicle-based remote sensing for rangeland assessment, monitoring, and management // J. Appl. Remote Sensing. 2009. V. 3(1). Р. 033542 (1 August). https://doi.org/10.1117/1.3216822

8. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. М.: Университетская книга; Логос, 2007. 192 с.

9. Farrah D., Smith K.E., Ardila D., et al. Review: Far-infrared instrumentation and technological development for the next decade // J. Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems. 2019. V. 5(2). P. 020901 (5 April). https://doi.org/10.1117/1.JATIS.5.2.020901

10. Горяинов В.С., Бузников А.А., Черноок В.И. Возможность применения лидарных систем для контроля состояния природной среды // Известия Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ. 2012. № 9.

11. Мир диагностики. Авиационные системы наблюдения. [Электронный ресурс] // URL: https://diaworld.ru/production/111/

12. Павлов Н.И., Ясинский Г.И. Авиационный малогабаритный многоспектральный сканирующий прибор // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 3. С. 67–72.

13. Еремеев В.В., Москвитин А.Э. Современные проблемы комплексирования изображений от различных систем дистанционного зондирования земли // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 11(21). С. 89–100.

14. Маркушин Г.Н., Коротаев В.В., Кошелев А.В., Самохина И.А., Васильев А.С., Васильева А.В., Ярышев С.Н. Комплексирование изображений в двухдиапазонной сканирующей оптико-электронной системе поиска и обнаружения браконьерского промысла // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 6. С. 57–65.

15. АО ПО УОМЗ. Продукция. Системы оптического наблюдения. 2020. [Электронный ресурс] // URL: http://www.uomz.ru/ru/production/optical-observation-system

16. Yuhan Zhou, Liwen Wang, Kang Jiang, Lianfeng Xue, Feng An, Bangqian Chen, and Ting Yun. Individual tree crown segmentation based on aerial image using superpixel and topological features // J. Appl. Remote Sensing. 2020. V. 14(2). Р. 022210 (20 February). https://doi.org/10.1117/1.JRS.14.022210

17. Effiom A.E., van Leeuwen L.M., Nyktas P., Okojie J.A., and Erdbrügger J. Combining unmanned aerial vehicle and multispectral Pleiades data for tree species identification, a prerequisite for accurate carbon estimation // J. Appl. Remote Sensing. 2019. V. 13(3). Р. 034530 (28 September). https://doi.org/10.1117/1.JRS.13.034530

18. Васильев А.С., Краснящих А.В., Коротаев В.В., Лашманов О.Ю., Лысенко Д.Ю., Ненарокомов О.Н., Широков А.С., Ярышев С.Н. Разработка программно-аппаратного комплекса обнаружения лесных пожаров методом совмещения изображений // Приборостроение. 2012. № 12. С. 50–56.

19. Vasilev A.S., Korotaev V.V. Research of the fusion methods of the multispectral optoelectronic systems images // Proc. SPIE. 2015. V. 9530. Р. 953007-1. DOI: 10.1117/12.2184554

20. Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р. Лазерная локация земли и леса. 2007. http://laserlocation.ru/

21. Алтухов А.И., Коршунов Д.С. Метод поиска изменений состояния земной поверхности по разновременным космическим снимкам // Научно-техн. вест. информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 3. С. 410–416.

22. Белов М.Л., Городничев В.А., Колючкин В.Я., Одиноков С.Б. Оптико-электронные спутниковые системы мониторинга природной среды: уч. пособ. М.: изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 76 с.

23. Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем: научно-техн. изд. Казань: «Унипресс», 1998. 320 с.

24. Медушев С.В., Ремизов В.Е., Шичков В.В. Перспективные варианты построения программируемого двухкоординатного привода сканирующего зеркала // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2008. Т. 107. С. 32–37

25. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов / Изд. 3-е, испр. и доп. Сер. Учебники для вузов. Специальная литература. СПб: Лань, 2010. 697 c.

26. Lettington A.H., Blankson I.M., Attia M., Dunn D. Review of imaging architecture // Proc. SPIE. 2002. V. 4719. P. 327.

27. Коротаев В.В., Мельников Г.С., Михеев С.В., Самков В.М., Солдатов Ю.И. Основы тепловидения: уч. пособ. СПб: НИУ ИТМО, 2012. 122 с.

28. Кульчицкий Н., Наумов А., Старцев В. Современное состояние и тенденции рынка неохлаждаемых микроболометров // Технологии защиты. 2018. Т. 2. С. 55–57.

29. Федоров В.И. Инженерная аэрогеодезия. М.: Недра, 1988. 212 с.

30. Коваленко В.П. Фотограмметрическая обработка материалов видовых средств воздушной разведки. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2003. 95 с.

31. Зотов Р.В. Аэрогеодезия: уч. пособ. в 2 кн. Книга 1. Омск: СибАДИ, 2012. 216 с.

32. Hein G.W. From GPS and GLONASS via EGNOS to Galileopositioning and navigation in the third millennium // GPS Solutions. 2000. V. 3. № 4. P. 39–47.

33. Плюснин Е.А. Преимущества интеграции средств спутникового позиционирования и инерциальных измерительных устройств. 2008. http://www.gisa.ru/49205.html.

34. ГОСТ Р 8.619-2006 Приборы тепловизионные измерительные. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006. 19 с.

35. Грязин Г.Н. Основы и системы прикладного телевидения: уч. пособ. для вузов / под ред. Мальцевой Н.К. СПб: Политехника, 2011. 274 с. ISBN 978-5-7325-0992-2.