ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ И ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИ ОННЫХ СИСТЕМ В ПРОЕКТИРОВАНИИ И МОНИТОРИНГЕ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
В статье рассматривается использование глобальных навигационных и географических информационных систем в проектировании и мониторинге объектов энергетики.
This article discusses global navigation and geographic information systems in the design and monitoring of energy facilities.
В большинстве случаев энергетические объекты, в том числе распределительные сети, являются экологически опасными. Причем, пространственная протяженность распределительных сетей, а иногда и труднодоступность, создают большие экономические издержки при классических методах проектирования и мониторинга.
Инновационные технологии в сфере информационных услуг позволяют повысить эффективность работ, как на стадии проектирования таких объектов, так и на стадии их эксплуатации.
В данном случае, речь идет о новых навигационных и картографических технологиях.
На сегодняшний день в полном объеме функционируют две глобальные навигационные системы: американская «NAVSTAR –GPS» и российская «ГЛОНАСС».
Обе системы создавались для целей обороноспособности своих стран, но в настоящее время широко используются при мониторинге гражданских (в основном транспортных) объектов.
На 2015г. запланирован запуск в эксплуатацию чисто коммерческой европейской системы «ГАЛИЛЕО».
Технические характеристики систем представлены в табл.1.
Таблица 1
Сравнительный анализ параметров NAVSTAR, ГЛОНАСС, GALILEO
Параметры
|
GPS
|
ГЛОНАСС
|
GALILEO
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Количество спутников в штатном режиме
|
24
|
24
|
27
|
Количество орбитальных плоскостей
|
6
|
3
|
3
|
Распределение спутников по орбитальным плоскостям
|
4 спутника неравномерное
|
8 спутников равномерное
|
9 спутников равномерное
|
Наклон орбитальных плоскостей
|
53-560
|
64,80
|
540
|
Радиус орбиты (км.)
|
26561,75
|
25471
|
29378
|
Несущая частота радиосигнала Стандартной точности L1, (МГЦ)
|
1575,42
|
1598,0625-1605,375
|
Е1 - 1575,42
|
Несущая частота радиосигнала
Высокой точности L2, (МГЦ)
|
1222,7
|
1242,9375-1248,625
|
_
|
Скорость передачи цифровой информации
|
50; 250 бит/с
|
50 бит/с
|
500 бит/с
|
Период обращения вокруг земли
|
11ч.58мин.
|
11ч. 15мин.
|
|
Эталонное время
|
UTS (NO)
|
UTS (SU)
|
UTS (NO)
|
Метод доступа
|
CDMA
|
FDMA
|
|
Вид модуляции
|
BPSK NRZ
|
BPSK (Манчестер)
|
|
Длина суперкадра в минутах
|
12,5 (25 кадров)
|
2,5 (5 кадров)
|
|
Длина кадра в секундах
|
30 (5 строк)
|
30 (15 строк)
|
|
Длина строки в секундах
|
6
|
2
|
|
Срок активной работы спутника
|
7,5 лет
|
4-7 лет
|
|
Таблица составлена по материалам [1,2]
При анализе характеристик видно, что орбиты всех систем не геостационарны, но достаточно высоки. И сигналы, идущие со спутников, имеют мощность, позволяющую их улавливать малогабаритными антеннами.
Приемники, использующие навигационную информацию спутников, являются пассивными элементами системы, следовательно, передавать свою информацию на спутники GPS и ГЛОНАСС не способны. Для определения своего местоположения в приемнике установлен микропроцессорный контроллер, который, используя сигналы не менее 3-х спутников методом трилатерации, вычислят свое местоположение, и проецирует его на экран дисплея. В простейшем случае это широта и долгота местоположения приемника. В случаях использования более мощного программного обеспечения на экран может быть выведена карта с индикатором положения и направления движения приемника. Подобные автонавигаторы широко используются на личном автотранспорте.
В то же время мы наблюдаем появление целого ряда компаний, предлагающих услуги автомониторинга транспортным предприятиям. Эти компании создают программное обеспечение [3], позволяющее следить за транспортными средствами, оснащенными не автонавигаторами, а трекерами. В отличие от автонавигатора, трекер не имеет дисплея, но кроме GPS приемника имеет возможность цифровой сотовой связи по GSM и GRPS технологиям. Это позволяет данным компаниям принимать сигналы трекера на свой сервер и через интернет обслуживать диспетчерские пункты автотранспортных предприятий.
Большими потенциальными возможностями обладают и современные географические информационные системы (ГИС).
Если в 60г. их использовали для расширения картографических функций, то в настоящее время они находят применение во многих областях народного хозяйства. С появлением широкого доступа к космическим снимкам спутников, трехмерной графики, глобальных навигационных систем, систем автоматизированного проектирования, они становятся отличным инструментом при решении задач в сферах федерального и местного управления, бизнес проектировании, мониторинге транспортных потоков и т. п. Классический пример использования ГИС в программе «Yandex- пробки». Воспользоваться возможностями географических информационных систем мы попытались при проектировании системы энергоснабжения оздоровительного лагеря «Плехановец», находящегося на берегу черноморского побережья.
В нашем случае для создания моделей распределительной электросети лагеря и выбора оптимального варианта была использована программа «ARC ГИС 9». Информация о расположении объектов потребления электроэнергии в лагере была получена из спутниковых снимков с привязкой к координатной сетке широты и долготы программой «SASplanet_110418». Основное достоинство программы в том, что в ней есть возможность сравнения спутниковых снимков различных проектов в частности: Google, Яндекс, Космоснимки, Yahoo!, Virtual Earth, карты Генштаба и др. Причем, программа позволяет скачивать снимки в любых масштабах, в том числе с детализацией 0,2 м/пикс. Наиболее детализированными и точными для данной местности оказались карты спутника Virtual Earth.
Создаваемая в программе «ARC ГИС 9» карта энергосистемы лагеря многослойная (один слой наложен на другой). Нижний растровый был получен переносом оцифрованного спутникового снимка из программы «SASplanet_». Векторные слои (модели распределительной электросети) строились с использованием графических примитивов «ARC ГИС 9». Эти векторные слой могут накладываться или сниматься и тем самым, в нашем случае, обозначать: варианты прокладки линий электропередачи в лагере, места установки силового трансформатора, модели строящихся новых объектов и тому подобное. Электрическая энергия в лагерь поступает от станицы Благовещенская по проводам, которые тянутся вдоль дороги, идущей параллельно побережью по всей линейке лагерей. Каждый лагерь этого побережья должен иметь свой трансформатор, понижающий напряжение 6 кВ. (шесть киловольт) местной линии до стандартных напряжений 380/220В. К трехфазным потребителям желательна прокладка проводов по отдельным веткам от трансформатора трехфазным кабелем. К однофазным потребителям возможна подводка как отдельной веткой, от трансформатора, так и однофазный отвод от щита трехфазного потребителя. В последнем случае, необходимо учитывать, по какой фазе выполнен отвод, так как ток в этой фазе будет складываться из тока трехфазного и однофазного потребителей энергии, сидящих на этой ветви. Для расчетов готовились таблицы по каждому варианту установки лагерного трансформатора и схем прокладки проводов к трехфазным и однофазным потребителям. Длина кабелей в данном варианте измеряется по соответствующему слою фрейма данных карты лагеря. Для примера представлена таблица 2 трех ветвей с однофазными ответвлениями к домикам отдыха студентов, администрации и будке сторожа.
Таблица 2
N ветви
|
N участка
|
Тип участка
|
L-Длина участка (м).
|
Мощность одного приемника подключенного в конец участка (кВт.)
|
Комментарий
|
1
|
Тр-1
|
Трехфазный
|
30
|
80 (столовая)
|
От трансформатора
|
1
|
1-2
|
Однофазный
|
28
|
12 (домик N2)
|
От столовой до первого домика (N2)
|
1
|
2-3
|
Однофазный
|
20
|
12 (домик N3)
|
От первого до второго домика
|
1
|
3-4
|
Однофазный
|
28
|
12
|
От второго до третьего домика
|
2
|
Тр-N7
|
Трехфазный
|
40
|
30 (мастерская)
|
От трансформатора до мастерской
|
2
|
7-8
|
Однофазный
|
120
|
10
|
От мастерской до администрации
|
3
|
Тр- 13
|
Однофазный
|
20
|
3
|
От трансформатора до домика сторожа.
|
Используя установочную мощность однофазных и трехфазных потребителей электроэнергии, определяем ток, идущий к объектам, перечисленным в табл.2. По токам, для каждого участка цепи, подбиралось сечение провода, по длине провода проверяли на допустимое падение напряжения. Затем, по маркам кабелей и стоимости одного метра, определяли финансовые затраты на их приобретение. Проделав расчеты по нескольким вариантам, был определен наименее затратный план прокладки линий передачи и место установки силового трансформатора лагеря. С ноября 2012г. отменены запреты на высокодетальную съемку территории Р.Ф., рассекречены снимки Росскосмоса и в Интернете появляются подробные оцифрованные карты, дающие возможность использовать ГИС в проектировании и мониторинге подобных объектов.
Список использованных источников
Леонид Невдяев ГЛОНАСС – космический радиомаяк России. Журнал «Сети» №.01, 2000г.
Боб Брюин Диапазоны частот американских спутников GPS и Galileo пересекаются. Журнал Мир ПК №02 2002г.
http://reg.wialon.su
|
