Національна академія наук України

Інститут електродинаміки

Тишко Сергій Олександрович

УДК: 621.39:621.317

Метрологічне забезпечення інформаційних геодезичних комплексів

Спеціальність 05.11.15 – Метрологія та метрологічне забезпечення

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі метрології та вимірювальної техніки Харківського національного університету радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Крюков Олександр Михайлович, Харківський національний університет радіоелектроніки, провідний науковий співробітник кафедри метрології та вимірювальної техніки.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Камінський Віктор Юлійович, Технічний комітет з акредитації Національної агенції з акредитації України (м. Київ), голова технічного комітету з акредитації;

- кандидат фізико-математичних наук, доцент Мачехін Юрій Павлович, Національний науковий центр „Інститут метрології” Держспоживстандарту України (м.Харків), начальник лабораторії наукового центру термометрії та оптико-фізичних вимірювань.

Провідна установа - Національний технічний університет України “КПІ” Міністерства освіти і науки України (м. Київ), кафедра автоматизації експериментальних досліджень.

Захист дисертації відбудеться „ 13 ” червня 2006 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.02 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 03680, м. Київ-57, просп. Перемоги, 56, тел. 456-91-15.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України (03680, м. Київ-57, просп. Перемоги, 56)

Автореферат розіслано „ 06 ” квітня 2006 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Тесик Ю.Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Якість та своєчасність вирішення задач топографічної прив’язки в будівництві і військовій справі, при експлуатації транспортних магістралей, забезпеченні руху повітряних суден, виконанні геологорозвідувальних робіт та в інших галузях народного господарства в значній мірі залежать від точності і оперативності визначення широти, довготи, висоти заданого пункту на місцевості, а також кута азимутальної орієнтації фізичної або віртуальної осі, зв’язаної з певним об’єктом. Для вимірювання зазначених величин створюються і застосовуються спеціальні автоматизовані мобільні комплекси технічних засобів – інформаційні геодезичні комплекси (ІГК), які можуть розташовуватися на рухомому шасі або входити складовою частиною до інших об’єктів.

В залежності від специфіки завдань, що вирішуються, та режимів функціонування ІГК час та похибки вимірювання геодезичних величин обмежені такими граничними значеннями: похибка вимірювання геодезичних координат – 0,1 … 2,5 м, похибка вимірювання кута азимутальної орієнтації – 0,5' … 1', час вимірювання – 7 … 10 хвилин.

Існуючі та перспективні ІГК мають у своєму складі підкомплекс вимірювання координат (ПВК) на базі комплексованих інерціальної та супутникової навігаційних систем і підкомплекс вимірювання кута азимутальної орієнтації на базі лазерних тахеометричних засобів вимірювання відстані та кутів в горизонтальній і вертикальних площинах та автоматичного гірокомпаса (АГК). Згідно чинної класифікації засобів вимірювальної техніки ІГК може бути віднесений до вимірювальних систем.

Ефективність експлуатації ІГК знаходиться у безпосередній залежності від якості та своєчасності їх метрологічного забезпечення (МЗ). Потрібні точність та єдність вимірювання геодезичних величин у процесі експлуатації ІГК досягаються шляхом контролю їх метрологічних характеристик (МХ) через передавання розмірів одиниць фізичних величин від державних (вихідних) еталонів. Відповідно до Закону України “Про метрологію та метрологічну діяльність” на ІГК розповсюджується Державний метрологічний контроль та нагляд. Виходячи з цього, сукупність операцій з встановлення придатності ІГК до застосування на основі контролю його МХ представляє собою повірку ІГК.

Однак відомі наукові підходи до організації МЗ вимірювальних систем (ВС) не в повній мірі ураховують особливості будови і можливі умови застосування ІГК та засобів повірки (ЗП), а також особливості реалізації контролю МХ в польових умовах. Аналіз показує, що існують фактори, які ускладнюють процес передавання одиниць фізичних величин на нижніх ділянках повірочних схем, тобто при повірці ІГК, та не дозволяють задовольнити вимогам до МЗ. Це зумовлене, зокрема, відсутністю єдиної методології і науково обґрунтованих підходів до організації повірки ІГК, економічною і технічною недоцільністю транспортування ІГК на значні відстані до місць проведення повірки, відсутністю на території країни розгалуженої мережі стаціонарних метрологічних лабораторій, які мають необхідні ЗП ІГК.

Таким чином, проведений аналіз дозволяє стверджувати, що науково-технічна задача удосконалення МЗ ІГК в польових умовах є актуальною, а робота - доцільною для народного господарства України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких знайшли відображення у дисертаційній роботі, виконувались за держбюджетними науково-дослідними роботами по темах: „Військово-наукове супроводження створення та випробувань комплексу “Машина геодезичного забезпечення” (номер державної реєстрації 0101U000112), де автором проведено аналіз методів і засобів контролю МХ засобів вимірювальної техніки машини геодезичного забезпечення, та „Візир” (номер державної реєстрації 0101U000124), де автором запропоновані шляхи удосконалення МЗ засобів вимірювання геодезичних величин у польових умовах.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення ефективності МЗ ІГК за рахунок забезпечення можливості повірки в польових умовах.

Для досягнення мети досліджень було поставлені та вирішені такі задачі:

аналіз відомих наукових досягнень в області МЗ ВС та засобів вимірювання геодезичних величин, обґрунтування напрямів досліджень;

аналіз ІГК, як об’єкта МЗ, обґрунтування методики вибору контрольованих у ході повірки МХ і методики задавання (коригування) періодичності повірки з урахуванням індивідуальних особливостей будови і експлуатації ІГК;

обґрунтування методів передавання розмірів одиниць фізичних величин в польових умовах, розробка системи вимог до складу і характеристик робочих еталонів, синтез схем рішення вимірювальних задач, обґрунтування способів формування еталонних значень фізичних величин на місцевості;

оцінка ефективності МЗ ІГК, яке реалізоване на основі рішень, запропонованих у роботі;

розробка рекомендацій з практичної реалізації МЗ ІГК.

Об’єкт дослідження – процес передчи розміру одиниць фізичних величин на нижньому рівні повірочної схеми від робочих еталонів до ІГК.

Предмет дослідження – методи і засоби контролю МХ ІГК в польових умовах.

Методи досліджень базуються на принципах теорії ймовірностей, теорії надійності, теорії графів та тео-рії ма-сового обслуговування, математичних основах інтеграль-ного й ди-ферен-ціального обчислення, методах визначення похибок опосередкованих вимірювань, теорії ефективності.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в:

- подальшому розвитку математичних моделей похибок результатів вимірювання геодезичних величин. Дані математичні моделі базуються на аналітичному описі процесу обробки вимірювальної інформації та відрізняються від відомих моделей тим, що враховують специфіку складу і структури ІГК;

- подальшому розвитку математичної моделі експлуатації засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) ІГК. В даній моделі, на відміну від відомих, ураховані режими транспортування, зберігання (очікування застосування) та очікування повторного застосування ІГК в розгорнутому стані;

- отримані вперше системи вимог до складу та характеристик полігону для контролю МХ ІГК в польових умовах. Вказана система вимог представлена у вигляді схем контролю і сукупності аналітичних співвідношень для розрахунку значень геодезичних величин та їх допустимих похибок, визначення діапазонів вимірювань, задавання кількості точок контролю МХ ІГК та обґрунтування вимог до характеристик ЗП;

- подальшому розвитку математичної моделі експлуатації ЗП ІГК. В даній моделі, на відміну від відомих, враховано специфічну сукупність станів ЗП ІГК, яка враховує сукупність специфічних станів відтворення еталонного значення фізичної величини. З використанням даної моделі отримано уточнене аналітичне співвідношення для показника оперативності МЗ ІГК.

Практичне значення одержаних результатів.

1.Розроблена методика задавання переліку МХ, контрольованих у ході повірки ІГК у польових умовах.

2. Розроблена методика коригування періодичності повірки ІГК.

3. Створена структура полігону для контролю МХ ІГК в польових умовах, задані вимоги до складу та технічних характеристик ЗП ІГК у польових умовах.

4. Розроблена методика визначення структури ОФ ЗП ІГК.

Окремі на-укові результати досліджень були впроваджені в розробках державного конструкторського бюро “Південне”, при проведені опитної експлуатації геодезичного комплексу „Машина геодезичного забезпечення”, військовій частині А-0161, при обґрунтуванні вимог до перспективних ІГК. Відповідні акти впровадження приведені у додатках до дисертації.

Особистий внесок здобувача. Нові наукові результати дисертації одер-жані здобувачем особисто. В наукових працях, написаних у співавтор-стві, здобувачеві нале-жить: у роботі [1] – розробка математичних моделей похибок результатів вимірювання геодезичних величин; у [2] - створено методику визначення переліку контрольованих МХ ІГК; у [3] – запропоновано способи контролю МХ ІГК в польових умовах; у [4] - запропоновано схеми визначення геодезичних величин опосередкованими методами вимірювань; у [7] – проведено обґрунтування і аналіз наукових задач у галузі МЗ ІГК; у [8] – уточнено математичну модель експлуатації ІГК, а також запропоновано методику визначення та коригування періодичності повірки ІГК.

Апробація результатів дисертації була здійснена на науково-технічних конференціях: “Удосконалення системи та засобів метрологічного забезпечення ОВТ” (м. Харків, 2001 р.; 2003 р.); III Міжнародній науково-технічній конференції "Метрологічне забезпечення в галузі електричних, магнітних та радіовимірювань" (Метрологія в електроніці – 2000) (м. Харків, 2000 р.); ХI Міжнародній науково – технічній конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я” (м. Харків, 2003 р.); I науковій конференції молодих вчених Харківського військового університету (м. Харків, 2002 р.); IV науковій конференції молодих вчених Харківського військового університету (м. Харків, 2004 р.).

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 8 наукових статтях в фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, з них: 1 стаття у науковому журналі, 7 статей у збірниках наукових праць.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та до-да-тків. Загальний обсяг дисертації становить 191 сторінку, у тому числі 131 сторінка основного тексту, 14 рисунків, 1 таблиця, список використаної літератури із 122 найменувань та 6 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, зазначено зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами науково-дослідних робіт. Охарактеризовано наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі проведено аналіз типової структури ІГК та способів вимірювання геодезичних величин. На підставі такого аналізу встановлені режими функціонування.

Визначено типовий перелік ЗВТ ІГК, до яких відносяться засіб вимірювання (ЗВ) кута в горизонтальній площині, ЗВ кута у вертикальній площині, ЗВ відстані, апаратура користувача супутникової радіонавігаційної системи (АК СРНС), АГК, система формування поправок до АК СРНС, допоміжний приймач АК СРНС, інерціальна навігаційна система (ІНС), а також встановлено інформаційний взаємозв‘язок між такими ЗВТ.

Обґрунтовані особливості ІГК, як об’єкта МЗ, сформульовані завдання, які вирішує МЗ ІГК.

Проаналізовані вимоги до МЗ, визначені інтервалові оцінки до показників ефективності МЗ. До МЗ ІГК висуваються наступні вимоги: достовірність повірки має бути в діапазоні 0,90 ... 0,98; час на проведення повірки – в межах 2 … 4 діб, сумарні витрати на МЗ – на рівні 5 ... 20 % від сумарних витрат на створення і експлуатацію ІГК.

Проведено аналіз відомих результатів досліджень у галузі МЗ ВС, дана оцінка можливості практичного їх застосування для досягнення мети роботи. На основі такого аналізу виділені фактори, які обмежують можливість використання відомих наукових рішень для МЗ ІГК. До таких факторів відноситься:

1. Умови експлуатації режими роботи ІГК, які застосовуються для вирішення різноманітних задач, значно відрізняються, що приводить до суттєвого варіювання характеристик метрологічної надійності ІГК, які поступають на періодичну повірку.

2. На території України весь комплекс засобів повірки необхідний для контролю МХ ІГК є в одному екземплярі, та знаходиться у Національному науковому центрі „Інститут метрології” (м. Харків).

3. Відсутність економічної та технічної доцільності транспортування ІГК на значні відстані від місця експлуатації для проведення періодичної повірки.

Визначено напрямки наукових досліджень, пов'язаних із визначенням змісту МЗ ІГК, обґрунтовано актуальність та здійснено формулювання основних задач досліджень, показано взаємозв'язок результатів їх вирішення з розв'язанням наукової задачі в цілому.

У другому розділі для визначення переліку контрольованих МХ з використанням математичного апарату алгебри логіки, теорії ди-ферен-ціального числення, методів визначення похибок опосередкованих вимірювань розроблені математичні моделі похибок результатів вимірювання геодезичних величин.

В основу моделей покладено аналітичний опис процесу обробки вимірювальної інформації. ІГК вимірює кут азимутальної орієнтації в наступних режимах: з використанням АК СРНС, з використанням завчасно підготовлених в геодезичному відношенні районів та у автономному режимі, а також координати у режимі з використанням АК СРНС та у автономному режимі.

СКВ похибок результатів вимірювання геодезичних величин визначаються виразами

де - СКВ похибки результату вимірювання кута азимутальної орієнтації у режимі з використанням АК СРНС; - вагові коефіцієнти; - СКВ похибки вимірювання координат за допомогою АК СРНС; - СКВ похибки ЗВ кута у горизонтальній площині; , - координати, визначені за допомогою АК СРНС;

де - СКВ похибки результату вимірювання кута азимутальної орієнтації з використанням завчасно підготовлених в геодезичному відношенні районів; - СКВ похибки ЗВ кута у вертикальній площині; - СКВ похибки ЗВ відстані; - СКВ похибки вимірювання координат пунктів, підготовлених в геодезичному відношенні; - вагові коефіцієнти; - відстань між одним з підготовлених в геодезичному відношенні пунктів та місцем розташування ІГК, яка визначається ЗВ відстані; - кут між прямими, що з’єднують пункт розташування ІГК та пункт, підготовлений в геодезичному відношенні; - кут перевищення пункту, підготовленому в геодезичному відношенні, та пункту розташування ІГК; , - координати пунктів, підготовлених в геодезичному відношенні;

де - СКВ похибки результату вимірювання кута азимутальної орієнтації у автономному режимі; - СКВ похибки вимірювання азимута еталонного напрямку; - СКВ похибки АГК; - кількість пусків при проведені повірки (еталонування) АГК;

де - СКВ похибки результату вимірювання координат у режимі з використанням АК СРНС; - СКВ шумової похибки приймача АК СРНС; - СКВ шумової похибки допоміжного приймача АК СРНС, розташованого на контрольно-коригуючій станції, яка забезпечує диференційний режим функціонування; - СКВ похибки визначення координат контрольно-коригуючої станції;

де - СКВ похибки результату вимірювання координат у автономному режимі; - інтервал часу коригування ІНС; - СКВ похибки вимірювання координат за допомогою ІНС.

В роботі запропоновано графічне подання математичних моделей похибок результатів вимірювання геодезичних величин, яке відображає механізм формування похибок та вплив характеристик окремих елементів структурної схеми ІГК.

На основі аналізу математичних моделей похибок результатів вимірювання геодезичних величин розроблена методика визначення переліку контрольованих МХ, яка подається такою послідовністю етапів: збір вихідних даних, до яких відносяться інформаційні зв’язки між ЗВТ та фізичними величинами, що визначаються за допомогою ІГК; визначення черговості аналізу кожного з підкомплексів ІГК; визначення ЗВТ, які задіяні в декількох режимах вимірювання геодезичних величин підкомплексу, що аналізується; визначення МХ, що характеризують технічний стан декількох ЗВТ

Коригування періодичності повірки проводиться виходячи з умови забезпечення максимального значення коефіцієнта готовності ІГК.

Для визначення коефіцієнта готовності розроблено математичну модель експлуатації ЗВТ ІГК, особливості якої у порівнянні з відомими полягають в тому, що до розгляду вводяться три но-вих стани – транспортування, зберігання (очікування застосування) та очікування повторного застосування ІГК в робочому положенні. Процес експлуатації ЗВТ ІГК подається у вигляді графу, який наведено на рис. 1. В процесі експлуатації ЗВТ ІГК можуть знаходиться у таких станах: S1- зберігання у справному стані; S2- транспортування у справному стані; S3- вимірювання геодезичних величин у справному стані; S4- перехід з транспортного положення у робоче положення у справному стані; S5- періодична повірка у справному стані; S6- відновлення справного стану; S7 - зберігання з прихованою відмовою; S8- транспортування з прихованою відмовою; S9- перехід з транспортного положення до робочого положення з прихованою відмовою; S10- періодична повірка при наявності прихованої відмови; S11- вимірювання геодезичних величин при наявності прихованої відмови; S12- ремонт справного ЗВТ; S13- очікування повторного застосування за призначенням в робочому положенні у справному стані; S14- очікування повторного застосування за призначенням в робочому положенні при наявності прихованої відмови

Аналіз графу із застосуванням математичного апарату напівмарківських процесів дає можливість подати співвідношення для визначення середнього часу знаходження ЗВТ ІГК в кожному стані у наступному вигляді:

де - тривалість відновлення, хибного відновлення, самоконтролю, повірки; - можлива кількість переходів ЗВТ в стан S2 з S1, в S1 з S2, з S3 в S2, з S3 в S1, з S13 в S2, з S13 в S1; - загальна кількість переходів ЗВТ з стану S1 в S2 та S4, з S2 в S1 та S4, з S3 в S1, S2 або S13, з S13в S1, S2 або S3; , - інтенсивність виникнення явних та прихованих відмов у режимах зберігання, транспортування, визначення геодезичних даних, очікування повторного застосування; - періодичність повірки; , , - середній час знаходження ЗВТ у режимах зберігання, транспортування, вимірювання геодезичних величин; , - умовні ймовірності визнання справного ЗВТ несправним при проведені самоконтролю, повірки; , - умовні ймовірності визнання несправного ЗВТ справним при проведені самоконтролю, повірки.

Співвідношення для визначення марківських імовірностей знаходження ЗВТ ІГК в i-ому стані мають вигляд:

де

Таким чином, коефіцієнт готовності ЗВТ визначатиметься виразом

Методика коригування періодичності повірки ІГК подається такою послідовністю етапів:

1. Визначення інтервалу пошуку максимуму .

2. Визначення максимуму з застосуванням метода Фібоначчі.

3. Визначення виду технічного обслуговування (ТО) ІГК, під час реалізації якого здійснюється повірка.

У третьому розділі розроблена система вимог до складу та технічних характеристик полігона для контролю МХ ІГК в польових умовах. Результат досліджень подано у вигляді сукупності схем контролю, аналітичних співвідношень для визначення значень контрольованих параметрів та їх допустимих похибок, діапазонів вимірювань, кількості точок контролю МХ ІГК та обґрунтування вимог до технічних характеристик робочих еталонів і допоміжного обладнання

Як інформація про технічний стан ІГК при контролі похибки вимірювання кута в горизонтальній площині (рис. 2) використовується похибка визначення кута . ІГК визнається справним, якщо похибка визначення кута (різниця між кутами , визначеним за допомогою ЗВ довжини і ЗВ кута в горизонтальній площині, та , визначеним кутоміром-–робочим еталоном) не перевищує допустимого значення .

Співвідношення для визначення кута за результатами прямих вимірювань має вигляд ...............................де – відстані, які виміряні від точки розташування ІГК до допоміжних точок; – кут між прямими, що з’єднують точку розташування ІГК та допоміжні точки.

Значення СКВ похибки вимірювання ( ) задається із застосуванням традиційних методик визначення похибки опосередкованих вимірювань за виразом , де , , - вагові коефіцієнти; , - СКВ допустимої похибки ЗВ відстані та ЗВ кута в горизонтальній площині відповідно.

Технічні характеристики ЗП для контролю МХ ЗВ кута в горизонтальній площині задаються виходячи з умови досягнення встановленого рівня помилок 1-го та 2-го роду. Аналітичні співвідношення для задавання характеристик ЗП мають вигляд:

де , - ширина діапазонів знаходження похибки ЗВ кута в горизонтальній площині, при яких за результатами контролю може виникнути помилка 1-го та 2-го роду відповідно.

Як інформація про технічний стан ІГК при контролі похибки вимірювання довжини використовується похибка визначення довжини проекції відрізка на горизонтальну площину (рис. 3). ІГК визнається справним, якщо різниця між значенням (визначеним за допомогою ЗВ кута в вертикальній площині, ЗВ кута в горизонтальній площині та ЗВ відстані) та еталонним значенням не перевищує допустимого значення .

Співвідношення для визначення за результатами прямих вимірювань має вигляд .......................................................... де – кут перевищення точки розташування ІГК та допоміжної точки 4.

Вираз для задавання СКВ похибки вимірювання ( ) має вигляд, .......................................................................де , , , - вагові коефіцієнти, - СКВ допустимої похибки ЗВ кута в вертикальній площині.

Технічні характеристики ЗП для контролю цієї МХ задаються виходячи з умови досягнення встановленого рівня помилок 1-го та 2-го роду. Аналітичні співвідношення для задавання технічних характеристик ЗП мають вигляд:

де , - ширина діапазонів знаходження похибки визначення відстані між точками 1 та 2, при яких за результатами контролю може виникнути помилка 1-го та 2-го роду відповідно.

Як інформація про технічний ІГК при контролі похибки вимірювання координат використовуються такі МХ:

А) похибка визначення відстані , де - відстань, що визначена за інформацією ПВК і координатами геодезичного пункту (ГП); - відстань, що виміряна лазерним далекоміром-кутоміром (ЛДК) – робочим еталоном. Значення визначається виразом

де .................................... - координати ГП та місця розташування ПВК відповідно.

Б) похибка визначення азимуту

де - азимут базового напрямку, розрахований за інформацією про координати ГП та ПВК; - азимут базового напрямку, визначений за допомогою робочого еталону. Значення визначається співвідношенням

ІГК визнається справним, якщо , (тут , - СКВ допустимої похибки визначення відстані та кута між напрямком на ПВК і ГП відповідно.

Схема контролю МХ ПВК зображена на рис. 4. Значенья та задаються виразами

де: .........................................................- вагові коефіцієнти; , - СКВ допустимих похибок визначення координат ПВК та ГП відповідно.

Технічні характеристики ЗП задаються виходячи з виразів

де , - співвідношення між похибками визначення координат ГП та ПВК.

Сукупність отриманих схем контролю, аналітичних співвідношень для визначення значень контрольованих параметрів та їх допустимих похибок є основою для створення як стаціонарного, так і мобільного (пересувного) полігонів для повірки ІГК.

В роботі виконано математичне моделювання на ПЕОМ процесу контролю МХ за допомогою мобільного (пересувного) полігону з застосуванням методу Мо-нте-Карло. Сутність математичного моделювання полягала в реалізації синхро-нного змінювання похибок ІГК, що повіряється, та похибок ЗП з наступним отриман-ням інформації про технічний стан ІГК та обчисленням достовірності пові-рки. Результати математичного моделювання показали, що розбіжність між отриманими експериментально та розрахунковими значеннями достовірності пові-рки не перевищує 5 ...7 %, що дозволило зробити висновок про адекватність результатів, отриманих теоретичним шляхом.

Для обґрунтування структури та складу ОФ ЗП ІГК та визначення коефіцієнта готовності ЗП виконано уточнення математичної моделі експлуатації ЗП шляхом урахування специфічної сукупності станів ЗП ІГК, які забезпечують відтворення еталонного значення фізичної величини.

Граф процесу експлуатації ЗП наведено на рис. 5. В процесі експлуатації ЗП ІГК можуть знаходитися у таких станах: S1- очікування проведення повірки ІГК в справному стані; S2- усунення відмови ЗП; S3- очікування проведення повірки ІГК з прихованою відмовою; S4-проведення хибного ремонту ЗП; S5- періодична повірка ЗП у справному стані; S6- періодична повірка ЗП з прихованою відмовою; S7- визначення еталонного значення фізичної величини справним ЗП; S8- визначення еталонного значення фізичної величини ЗП з прихованою відмовою; S9- знаходження у готовності до повірки, еталонні значення фізичної величини визначені з допустимою похибкою; S10- знаходження у готовності до повірки, еталонні значення фізичної величини визначені з похибкою, що перевищує допустиму.

Аналіз графу із застосуванням математичного апарату напівмарківських процесів дає змогу подати співвідношення для визначення ймовірностей переходу ЗП з i-го у j-й стан у наступному вигляді:

де - періодичність повірки ЗП; - інтенсивність виникнення заявок на повірку ІГК. - тривалість повірки ЗП; - умовна ймовірність визнання справного ЗП несправним при його повірці, - умовна ймовірність визнання несправного ЗП справним при його повірці, - тривалість визначення еталонного значення фізичної величини; - тривалість контролю МХ. , - інтенсивність виникнення явних відмов у ЗП при визначенні еталонного значення фізичної величини та зберіганні; , - інтенсивність виникнення прихованих відмов при зберіганні та визначенні еталонного значення фізичної величини.

У четвертому розділі виконано обґрунтування показників та проведено числовий аналіз ефективності МЗ ІГК.

Як показник інформативності МЗ запропоновано використовувати достовірність повірки ІГК ( ). При цьому враховується можливість проведення повірки ІГК як в польових умовах, так і з застосуванням стаціонарних ЗП.

Як показник оперативності МЗ запропоновано застосовувати коефіцієнт технічного використання ІГК. На основі уточненої моделі експлуатації ЗП запропоновано співвідношення для показника оперативності МЗ ІГК:

Як показник економічності запропоновано застосовувати питому вагу об’єму матеріальних ресурсів, що використовуються для реалізації МЗ ІГК.

Узагальнений показник ефективності визначається співвідношенням

де - вагові коефіцієнти для відповідних показників ефективності МЗ .

Проведено числову оцінку показників ефективності для МЗ, яке реалізоване у відповідності до отриманих в роботі результатів, та відповідних показників ефективності для відомих елементів МЗ геодезичних систем. При оцінці ефективності було прийнято .

У висновках викладено найбільш важливі наукові та практичні результати, одержані в дисертації, їх значення для науки і практики. Розкрито методи вирішення поставленої в дисертації наукової задачі, наведено рекомендації щодо наукового та практичного використання одержаних результатів, обґрунтовано їх достовірність.

До додатків включено окремі рекомендації з практичної реалізації МЗ ІГК, проміжні розрахунки, довідкові дані, таблиці допоміжних даних, які отримані або використані в процесі виконання дисертаційної роботи, а також акти впровадження результатів роботи.

висновки

В дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача удосконалення МЗ ІГК в польових умовах.

Найбільш важливими науковими та практичними результатами, одержаними в роботі є:

- математичні моделі похибок результатів вимірювання геодезичних величин в усіх режимах функціонування ІГК, які базуються на аналітичному описі процесу обробки вимірювальної інформації. Методика визначення сукупності контрольованих МХ;

- математична модель експлуатації ІГК, в якій враховані режими транспортування, зберігання (очікування застосування) та очікування повторного застосування в розгорнутому стані. Методика коригування періодичності повірки, яка враховує індивідуальні особливості експлуатації ІГК;

- система вимог до складу та характеристик полігону для контролю МХ ІГК в польових умовах, подана у вигляді схем контролю та сукупності аналітичних співвідношень для визначення значень контрольованих параметрів та їх допустимих похибок, визначення діапазонів вимірювань, встановлення кількості точок контролю МХ ІГК та обґрунтування вимог до технічних характеристик ЗП;

- математична модель експлуатації ЗП ІГК. Уточнене аналітичне співвідношення для показника оперативності МЗ ІГК, методика визначення структури ОФ ЗП ІГК;

- результати числової оцінки ефективності МЗ ІГК, які свідчать про збільшення узагальненого показника ефективності до 10 %;

- результати обчислювального моделювання процесу контролю МХ ІГК, які свідчать про адекватність результатів досліджень, одержаних теоретичним шляхом.

Значення вирішеної задачі для науки і практики полягає у тому, що застосування МЗ ІГК, реалізованого на основі рішень одержаних в роботі, дає можливість проводити контроль МХ ІГК в польових умовах.

Впроваджені наступні основні результати досліджень:

- методика оцінки ефективності МЗ ІГК; модель експлуатації ЗП ІГК; методика коригування періодичності повірки ІГК (військова частина А-0161, м. Київ, акт від 12.01.2004 р.);

- методика контролю МХ підкомплексу вимірювання координат з використанням допоміжного геодезичного пункту та базового азимутального напрямку при проведені технічного обслуговування ІГК (ДКБ “Південне”, м. Дніпропетровськ, акт від 16.08.2003 р);

- методика оптимізації складу контрольованих МХ ІГК; методика визначення складу ОФ ЗП ІГК (Харківський військовий університет, акт от 21.05.2004 р.).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Крюков А.М., Тышко С.А Применение аппаратуры потребителя спутниковой навигации для определения азимутальной ориентации жесткого протяженного объекта // Системи обробки інформації. – 2001. - Вип.4 (14). – С.170-176.

2. Крюков А.М., Тышко С.А Методика определения перечня контролируемых параметров системы подготовки геодезических даннях // Системи обробки інформації. – 2004. - Вип. 4. – С. 122-129.

3. Крюков А. М., Яковлев М. Ю., Тышко С. А., Михайленко О.В. Математическая модель системы контроля параметров комплекса подготовки геодезических даннях // Збірник наукових праць. Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України. – 2004. - Вип. 25. – С. 102-109.

4. Крюков А.М., Тышко С.А Сравнительный анализ способов определения азимутальной ориентации жесткого протяженного объекта // Український метрологічний журнал. – 2000. – Вип.3. – С. 46-48.

5. Тышко С.А Математическая модель эксплуатации системы подготовки геодезических данных // Збірник наукових праць. Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України. – 2003. - Вип. 22. – С. 228-231.

6. Тышко С.А Показатели эффективности системы метрологического обслуживания комплекса подготовки геодезических данных // Системи обробки інформації. – 2004. - Вип. 9 (37). – С. 184 - 189.

7. Крюков А.М., Тышко С.А Актуальные проблемы методологии метрологического обслуживания информационных геодезических комплексов // Системи обробки інформації. – 2004. - Вип. 10 (38). – С. 90-93.

8. Крюков А.М., Тышко С.А Методика задания и корректировки периодичности поверки информационного геодезического комплекса // Системи обробки інформації. – 2005. - № 5 (45). – С. 52-56.

Анотація

Тишко С.О. Метрологічне забезпечення інформаційних геодезичних комплексів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.15 – Метрологія та метрологічне забезпечення. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2006 р.

Дисертацію присвячено питанням удосконалення процесу передачи розміру одиниць фізичних величин на нижніх рівнях повірочної схеми від робочих еталонів до інформаційного геодезичного комплексу, ефективного як з боку досягнення потрібного рівня достовірності, так і з боку досягнення встановленого рівня оперативності повірки. Розроблені математичні моделі похибок результатів вимірювання геодезичних величин. На основі даних моделей розроблена методика задавання переліку МХ, контрольованих у ході повірки. Запропонована математична модель експлуатації ЗВТ ІГК. В даній моделі, на відміну від відомих, ураховані режими транспортування, зберігання (очікування застосування) та очікування повторного застосування ІГК в розгорнутому стані. Для забеспечення можливості повірки ІГК у місцях його постійної дислокації, запропонована система вимог до складу та характеристик полігона для контролю МХ ІГК в польових умовах. Вказана система вимог представлена у вигляді схем контролю і сукупності аналітичних співвідношень для розрахунку значень геодезичних величин та їх допустимих похибок, визначення діапазонів вимірювань, задавання кількості точок контролю МХ ІГК та обґрунтування вимог до характеристик ЗП. Розроблена математична модель експлуатації ЗП ІГК. В даній моделі, на відміну від відомих, ураховано специфічну сукупність станів ЗП ІГК, яка ураховує сукупність специфічних станів відтворення еталонного значення фізичної величини. З використанням даної моделі отримано уточнене аналітичне співвідношення для показника оперативності МЗ ІГК.

Ключові слова: інформаційний геодезичний комплекс, метрологічне забезпечення, засіб повірки, вимірювання, похибка.

Анотация

Тышко С.А. Метрологическое обеспечение информационных геодезических комплексов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.15 – Метрология и метрологическое обеспечение. – Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2006 г.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования метрологического обеспечения (МОб) информационных геодезических комплексов (ИГК), эффективного с точки зрения достижения установленных уровней достоверности и оперативности поверки.

Проведен анализ различных измерительных систем, близких к ИГК (по сложности) показывает, что достовер-ность контроля метрологических характеристик (МХ) для них задается в диапазоне 0,90 ... 0,98; время на про-ведение поверки 2 … 4 суток, суммарные затраты на МОб на уровне 5 ... 20 % от суммарных затрат на создание и эксплуатацию объекта.

Разработаны математические модели погрешностей результатов измерения геодезических величин. При построении математических моделей погрешностей учтено применение нетрадиционных способов измерения геодезических величин, в том числе измерение угла азимутальной ориентации с использованием двух приемников аппаратуры потребителя спутниковой радионавигационной системы (АП СРНС) и участков местности, подготовленных в топогеодезическом отношении, а также применение в составе ИГК комплексированной навигационной системы, состоящей из инерциальной навигационной системы и приемника АП СРНС.

На основе данных моделей предложена методика задания перечня контролируемых МХ. Определение совокупности контролируемых МХ ИГК проводится исходя из условия обеспечения их минимального количества и нахождения ИГК в исправном состоянии.

Предложена математическая модель эксплуатации средств измерительной техники (СИТ) ИГК, отличительной особенностью которой является учет состояний хранения, транспортирования и ожидания применения в развернутом состоянии. На основе данной модели разработана методика корректировки периодичности поверки ИГК. Решение задачи определения и последующей корректировки периодичности поверки ИГК проводится с использованием подхода, заключающегося в поиске такого значения периодичности, при котором обеспечивается максимальное значение коэффициента готовности средств измерительной техники ИГК. Предложенная методика позволяет осуществлять определение и корректировку периодичности контроля МХ средств измерительной техники ИГК с учетом индивидуальных особенностей их эксплуатации, а также учитывает характеристики процесса эксплуатации объекта, на котором размещается ИГК.

Для обеспечения возможности поверки ИГК в местах его постоянной дислокации предложена система требований к составу и характеристикам полигона для контроля МХ ИГК в полевых условиях. Указанная система требований представлена в виде схем контроля и совокупности аналитических соотношений для расчета значений геодезических величин и их допустимых погрешностей, определения диапазонов измерений, задания количества точек контроля МХ ИГК и обоснования требований к характеристикам средств поверки (СП). Характеристики СП и параметры измерительных схем задаются исходя из условия достижения требуемого уровня достоверности контроля МХ.

Совокупность данных схем, условий, аналитических соотношений может быть положена в основу создания так называемого „мобильного полигона” для контроля МХ ИГК.

С целью проверки адекватности разработанной системы требований в работе выполнено вычислительное моделирование процесса поверки ИГК, которое заключалось в программной реализации алгоритма контроля МХ с последующим вычислением его достоверности и срав-нением экспериментальных данных с полученными в работе теоретическими данными. Результаты вычислительного эксперимента показали, что различия между полученными экспериментально и расчетными значениями достовер-ности поверки не превышают 7 %, что позволяет сделать положительный вывод об адекват-ности полученного научного результата.

Предложена математическая модель эксплуатации средств поверки ИГК, учитывающая наличие совокупности состояний, обеспечивающих воспроизведение эталонного значения физической величины на местности. С использованием данной математической модели уточнено аналитическое соотношение для показателя оперативности МОб ИГК.

В работе выполнена числовая оценка эффективности МОб ИГК. В качестве частных показателей эффективности МОб ИГК, а именно – в качестве показателей информативно-сти, оперативно-сти и экономичности, в работе предложено использовать дос-товерность поверки, коэффициент технического использования ИГК в интер-вале периодичности поверки и удельный вес объема материальных ресурсов, расхо-дуемых на проведение МОб. Выбор данных показателей обу-словлен как их простотой и наглядностью, так и тем, что они имеют нормиро-ванный диапазон значений от 0 до 1 и в идеальном случае стремятся к 1. Обобщен-ным показателем эффективности МОб может служить среднее арифметиче-ское указанных частных показателей.

В качестве объектов для сравне-ния использовались элементы МОб комплекса „Машина геодезического обеспечения” и элементы МОб автономных средств топогеодезического обеспечения. Анализ показывает, что МОб, реализуемое на основе результа-тов диссертационной работы, обеспечивает увеличение по-казателя оператив-ности до 20 % либо повышение показателя информативности до 25%, при этом обобщенный показатель эффективности возрастает на 10 %.

Ключевые слова: информационный геодезический комплекс, метрологическое обеспечение, средство поверки, измерение, погрешность.

The summary

Tyshko S.A. Metrological Support of Information geodetic Complexes. –А manuscript.

Dissertation for a degree of Science technical, specialty 05.11.15 – Metrology and metrological maintenance. – The Institute of Elektrodynamics of NAS of Ukraine, Kyiv, 2006.

The thesis is dedicated to the perfection of metrological support of the informational geodesic complexes (IGC), effective from the point of view of the achieving the established levels of checking authenticity and efficiency. Mathematical models of errors of the results of geodesic value measurements have been worked out. On the basis of the present models the methods of setting the list of the controlled metrological characteristics (MC) has been proposed. The mathematical model of the exploitation of the means of the measuring technique (MMT) of the IGC has been offered, the distinctive feature of which is the calculation of the conditions of storing, transportation and waiting for the use in an unfolded condition. On the basis of the present model the methods of the correction of the IGC checking periodicity has been worked out. To ensure the possibility of the IGC checking in the places of its permanent post the system of requirements for the range staff and characteristics for MC of the IGC control in field conditions has been offered. The above-mentioned requirement system is represented in the form of schemes and analytical ratio totality to calculate of geodesic values and their admissible errors, to definite measurement ranges, to set the number of points of the MC and IGC control and substantiate requirements for characteristics of checking means. The mathematical model of the exploitation of the IGC checking means has been offered, which takes into account the presence of the condition totality, ensuring the reproduction of the reference value of the physical value on the area. The analytical ratio for the efficiency index of the IGC metrological support has been precise.

Keywords: information geodetic complex, metrological support, calibration means measurement, error.