Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методов и устройств для определения характеристик гололедно-изморозевых отложений

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов и устройств для определения характеристик гололедно-изморозевых отложений"

На правах рукописи

Куров Александр Борисович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГОЛОЛЕДНО-ИЗМОРОЗЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Специальность 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Санкт-Петербург , п г < « п

I I 1<||Ч1 ¿У II

2011 г.

4841006

Работа выполнена в государственном учреждении «Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова»

Научный руководитель:

доктор технических наук, Синькевич Андрей Александрович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, Майборода Леонид Александрович,

кандидат физико-математических наук, Кожевников Борис Леонидович

Государственное учреждение «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» (ГУ «ААНИИ») Росгидромета

Защита состоится " 16" марта 2011 г. в 14 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 327.005.01 государственного учреждения «Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова» по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, ул. Карбышева, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государствненного учреждения «Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова»

Автореферат разослан "14" февраля 2011г.

Ученый секретарь

совета по защите докторских ^

и кандидатских диссертаций, ' /

доктор географических наук А. В. Мещерская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Гололедно-изморозевые явления в зимний период оказывают существенное влияние на работу промышленных предприятий, сельское хозяйство, транспорт, авиацию и проч. Основными последствиями образования гололедно-изморозевых отложений являются:

1. снижение сцепления, например, колес автотранспортных средств с поверхностью дорожного полотна;

2. увеличение массы элементов конструкции за счет собственной массы осевшего льда и, как следствие, возрастание механических нагрузок;

3. изменение аэродинамических свойств объектов за счет покрытия их слоем гололедно-изморозевых отложений, что в свою очередь создает увеличение ветровых нагрузок.

На практике это приводит к разрыву проводов линий электропередач и контактных сетей, обламыванию сучьев деревьев, автомобильным авариям и авиакатастрофам, поломке опор линий электропередач, антенно-мачтовых устройств и т.п. В связи с этим очевидна необходимость проведения систематических наблюдений за данными явлениями для оперативного оповещения населения и хозяйственных подразделений. Кроме этого, важной задачей является всестороннее изучение гололедно-изморозевых явлений с целью оценки создаваемых ими нагрузок в различных климатических зонах при проектировании воздушных линий электропередач и связи, контактных электрических сетей железнодорожного и городского транспорта, высотных конструкций и сооружений.

Активные исследования в области изучения гололедно-изморозевых явлений были начаты в нашей стране в 30-40е годы XX века. В этот период систематические наблюдения за этими явлениями велись на метеостанциях и постах с помощью специальной установки - гололедного станка, состоящего из четырех приемников обледенения в виде металлических проводов диамет-

ром 5 мм. В 50-60е годы было выполнено районирование территории СССР по нормативной толщине стенки гололеда, что стало возможным благодаря широкой сети метеостанций. Так, перед началом Великой отечественной войны насчитывалось более 100 станций, осуществляющих инструментальные наблюдения за гололедно-изморозевыми отложениями. В 50-е годы их количество значительно возросло и превысило 1000 станций, а в 60-е - приблизилось к 3000. В 60-70-е годы были начаты систематические наблюдения на высотной мачте Института экспериментальной метеорологии в Обнинске и на Останкинской телевизионной башне в Москве. К сожалению, в настоящее время количество метеостанций, где ведутся подобные наблюдения, существенно сократилось.

В ходе проведения исследований велись работы по совершенствованию и разработке новой измерительной аппаратуры. В 1951 году была усовершенствована конструкция гололедного станка. В 1957 году началось использование на сети станций разработанного В. Е. Бучинским гололедографа М-28. В дальнейшем регистраторы гололедно-изморозевых отложений вошли в состав многих автоматических метеорологических станций. Однако к настоящему времени ни один из разработанных приборов не смог заменить на метеостанциях гололедный станок, который в соответствии с текущей редакцией Наставления гидрометеорологическим станциям и постам по-прежнему является основным инструментальным средством наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями на территории РФ.

Инструментальные наблюдения с помощью гололедного станка выполняются вручную персоналом метеопоста, что ограничивает область его применения и вносит человеческий фактор в получаемые с его помощью данные.

Отметим, что большинство применяемых в настоящее время автоматических приборов и устройств для наблюдения за гололедно-изморозевыми отложениями ограничиваются измерением лишь их веса, не принимая во внимание размеры, плотность и вид. Однако, как показывает практика, по-4

добной информации недостаточно для проведения объективной оценки гололедно-ветровых нагрузок.

Актуальность темы диссертационной работы определяется тем, что в ней рассматриваются вопросы разработки и создания нового автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений. Большое внимание уделяется интерпретации получаемых данных с помощью созданного макета регистратора. Обсуждаются вопросы создания дистанционных средств определения интенсивности обледенения летательных аппаратов. Это особенно важно в связи с отсутствием современных автоматизированных инструментальных средств наблюдений за гололедно-изморозевыми отложениями.

Цель работы состоит в разработке методов и аппаратуры для наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями в атмосфере. В соответствии с этой целью в диссертационной работе поставлены и решаются следующие задачи:

• анализ основных технических характеристик используемых в настоящее время устройств и приборов для наблюдения за характеристиками гололедно-изморозевых отложений в практике метеорологических наблюдений, в промышленности, в народном хозяйстве и авиации.

• теоретическое обоснование способа регистрации характеристик голо-ледно-изморозевых отложений, основанного на методе распознавания образов.

• разработка и создание макета автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений для проведения наземных наблюдений.

• анализ работы макета регистратора гололедно-изморозевых отложений в лабораторных и натурных условиях.

• разработка способа регистрации параметров обледенения летательных аппаратов, использующего метод распознавания образов с возможностью получения данных о влиянии нарастающего слоя льда на аэродинамические свойства воздушного судна.

• оценка возможности расчета интенсивности обледенения летательных аппаратов, базирующегося на результатах лидарного зондирования облаков.

Метод исследования. Поставленные в настоящей работе задачи решались с использованием теории распознавания образов, теории измерений, теории решения обратных задач оптики атмосферы, а также с применением макетирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые применены методы анализа изображений с целью определения параметров обледенения.

2. Разработан и создан макет автоматизированного регистратора для проведения наземных наблюдений за гололедно-изморозевыми явлениями. Прибор позволяет проводить бесконтактное измерение массы и размеров отложений, образовавшихся на его приемниках; определять время начала и окончания процесса обледенения; рассчитывать интенсивность обледенения и таяния; определять вид отложений. Кроме этого, макет регистратора позволяет проводить визуальные наблюдения за процессами, происходящими на приемниках обледенения.

3. Проведены лабораторные и натурные исследования макета автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений. Показано, что макет прибора способен регистрировать образование различных видов отложения: гололедно-изморозевых (гололед, изморозь, мокрый снег), сухого снега, дождя. Результаты испытаний показали возможность работы макета регистратора в различных метеорологических условиях. В частности, экспериментально проверена работоспособность макета в диапазоне температур от -25°С до +25°С, в условиях 100% влажности, при скоростях ветра до 11 м/с. Показана возможность проведения наблюдений за структурой отложений.

4. Предложено новое устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы. Возможность определения формы слоя льда на приемнике обледенения позволяет не только фиксировать момент начала процесса обледенения летательного аппарата, но и проводить оценку влияния обледенения на аэродинамические характеристики воздушного судна.

5. Предложен новый дистанционный метод определения интенсивности обледенения летательных аппаратов, основанный на использовании данных лидарного зондирования. Применение метода позволяет заблаговременно рассчитать интенсивность обледенения воздушного судна с целью оценки степени опасности пересечения им облаков. Практическая ценность состоит в том, что разработанный метод определения характеристик гололедно-изморозевых отложений и макет прибора могут быть использованы для создания серийно выпускаемого автоматизированного регистратора для применения на метеостанциях и постах, а также в труднодоступных местах с целью увеличения зоны покрытия. Важной особенностью прибора является возможность долговременной работы в автоматическом режиме без участия оператора. Устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы может быть использовано в качестве датчика обледенения в составе противообледенительной системы самолетов, в том числе самолетов-лабораторий. Дистанционный метод определения интенсивности обледенения летательного аппарата с помощью лидара может быть использован для оценки возможного обледенения судна во время пролета мощных облаков.

Положения, выносимые на защиту.

1. Метод и макет автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений, базирующихся на теории распознавания образов.

2. Результаты лабораторных и натурных исследований макета регистратора гололедно-изморозевых отложений.

3. Устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы.

Достоверность результатов. Разработанный макет регистратора гололедно-изморозевых отложений был отградуирован с использованием микрометра. Применены апробированные физические, математические и статистические методы исследований, обработки, анализа и обобщения данных.

Личный вклад автора. Основные научные результаты диссертации получены автором лично или при его непосредственном участии. Автором лично проведен анализ литературных источников, анализ погрешностей работы регистратора, разработаны методы расчетов характеристик гололедно-изморозевых отложений, создано специальное программное обеспечение для обработки данных регистратора, выполнена интерпретация проведенных в рамках работы результатов лабораторных и натурных экспериментов. При участии автора была разработана конструкция макета регистратора гололедно-изморозевых отложений и устройства обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы; проведены лабораторные и натурные эксперименты; предложен метод дистанционного определения интенсивности обледенения летательного аппарата, основанный на использовании данных лидарного зондирования.

Апробация полученных результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

1. на всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред», Санкт-Петербург (2005,2009).

2. на конференции «WMO Technical Conference on Meteorological and Environmental Instruments and Methods of Observation», Санкт-Петербург (2008).

3. на специализированной выставке «Наука на службе производства Ленинградской области», Санкт-Петербург (2007,2009).

4. на всероссийской научной конференции «Исследование процессов в нижней атмосфере при помощи высотных сооружений»* - Обнинск (2008).

5. на совещании «Определение основных направлений развития исследований в области искусственного регулирования атмосферных осадков и рассеяния туманов», Долгопрудный (2010).

В 2008 году за научно-исследовательскую работу по теме: «Аппаратно-программный комплекс автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений» присуждена премия Губернатора Ленинградской области и Санкт-Петербургского научного центра Российской академии наук для молодых ученых.

Внедренне результатов исследований. Результаты, представленные в диссертационной работе, были использованы в государственном учреждении «Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова» при выполнении НИР «Сперансы» в 2006 - 2007гг.

Публикации. Результаты исследований и разработок, выполненных автором лично и совместно с другими авторами, отражены в одном патенте на изобретение и семи опубликованных статьях (три из них из списка изданий, рекомендованных ВАК).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы; содержит 144 страницы, включает 2 таблицы, 76 рисунков. Список литературы содержит 108 наименований на русском и английском языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, излагаются цели и задачи исследований, представляется научная новизна и практическая значимость, приведены результаты апробации работы, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится анализ существующих приборов и устройств для проведения наблюдений за гололедно-изморозевыми явлениями. В частности, рассмотрены следующие типы устройств: гололедный станок; гололедные весы (гололедограф); вибрационные датчики; емкостные датчики; инфракрасные и радиоизотопные датчики; оптические приборы; тепловые датчики и механические устройства. Кроме этого, в первой главе рассматриваются дистанционные методы определения зон обледенения летательных аппаратов и расчета интенсивности обледенения по данным метеорологических радиолокаторов и спутникового зондирования.

Показано, что наиболее полный объем информации о гололедно-изморозевых отложениях собирается при проведении измерений с использованием гололедного станка, представляющего собой две пары металлических проводов диаметром 5 мм, выступающих в качестве приемников обледенения. Высота подвеса проводов составляет 2 м. Первая пара проводов располагается в направлении север-юг, а вторая - в направлении запад-восток. С помощью гололедного станка фиксируются следующие характеристики обледенения:

- размеры отложений (малый и большой диаметры);

- масса отложения;

- вид отложения (гололед, кристаллическая или зернистая изморозь, отложение мокрого снега, сложное отложение);

- время начала и окончания процесса обледенения;

Все измерения с помощью станка выполняются персоналом метеостанции вручную, что является его существенным недостатком. Существующие в настоящее время автоматические приборы и устройства для наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями ограничиваются измерением лишь нескольких, но не всех, из представленных выше характеристик.

Во второй главе рассматриваются теоретические вопросы разработки автоматизированного регистратора, в основе работы которого лежит оптический метод измерения характеристик гололедно-изморозевых отложений. В частности, обсуждается вопрос о выборе приемника обледенения. Анализ конструкций используемых в настоящее время регистраторов обледенения показывает, что для проведения наблюдений за атмосферными гололедно-изморозевыми явлениями применяются приемники обледенения в виде цилиндрических стержней различного диаметра, ориентированные либо вертикально (гололедные весы, гололедограф), либо горизонтально (гололедный станок). Показано, что расположение приемника относительно направления воздушного потока существенно влияет на интенсивность его обледенения. В работе отмечается, что размеры приемника обледенения и скорость воздушного потока оказывают влияние на критический радиус капель, способных оседать на его поверхности.

Рассмотрен оптический метод определения размеров отложений. Метод заключается в применении оптического датчика высокого разрешения (например, матрицы, использующие технологию приборов с зарядовой связью (ПЗС)) для получения изображений приемника обледенения с образующимися на нём гололедно-изморозевыми отложениями. Проецирование изображения приемника обледенения на плоскость датчика осуществляется с помощью собирающей оптической системы (объектива). Определение характеристик отложений проводится на последующем этапе обработки и анализа получаемых изображений. В качестве источника излучения может выступать

либо специально разработанная осветительная система, либо естественное освещение.

Приводятся результаты лабораторных экспериментов, показывающих возможность применения данного метода на практике для проведения измерений размеров отложений.

Анализируются погрешности определения диаметра отложения на приемнике обледенения. Показано, что с увеличением толщины слоя наблюдается рост относительной погрешности измерения. Вследствие этого, в разрабатываемом приборе предусматривается возможность удаления отложений с приемника обледенения при превышении критического значения толщины слоя. Сброс отложений может быть проведен за счет прогрева приемника обледенения. Кроме этого, отмечается, что на величину погрешности оказывает существенное влияние выбор параметров оптической системы. Приводятся соотношения для расчета диаметра отложения, позволяющие на этапе обработки данных значительно уменьшить систематическую погрешность измерений малого и большого диаметров отложения.

Для определения массы отложения на приемнике обледенения предлагается использование оптического метода. Для этого приемник обледенения устанавливается на двух динамометрических стойках, обеспечивающих его смещение по вертикали при увеличении веса отложения. При этом масса отложения будет пропорциональна величине смещения приемника обледенения, которая может быть определена в ходе выполнения анализа получаемых изображений.

В третьей главе приводится описание разработанного и созданного макета регистратора гололедно-изморозевых отложений ИО-1, а также выполнен анализ его работы в полевых условиях. Приемниками обледенения в макете служат два металлических цилиндрических стержня диаметром 10 мм. Для получения изображений приемников обледенения в макете используется цифровая фотокамера, оснащенная ПЗС-матрицей высокого разреше-12

ния. Приемники располагаются перпендикулярно друг другу на разной высоте для того, чтобы в поле зрения камеры находилась боковая поверхность первого приемника и торец второго. Для обеспечения работоспособности камеры в сложных погодных условиях и защиты от механических нагрузок, она монтируется внутри специального защитного бокса - блока фоторегистратора. В качестве источников излучения используются мощные светодиоды, расположенные вокруг объектива камеры. Для обеспечения высокой контрастности получаемых изображений используется специальный экран с чернением, располагающийся за приемниками обледенения. Все узлы макета крепятся на жесткой алюминиевой раме. Первый приемник обледенения монтируется на динамометрических стойках. Величина смещения приемника под тяжестью образовавшихся на нем отложений, что требуется для расчета их массы, оценивается по контрольной нити, закрепленной параллельно приемнику.

Рис.

1.

ашшн

Примеры изображений приемников обледенения макета регистратора, а) в отсутствие обледенения; б) при наличии обледенения.

Анализ получаемых с помощью макета регистратора изображений (рис. 1) осуществляется на персональном компьютере. Он позволяет в автоматическом режиме рассчитывать следующие характеристики отложений: толщина слоя отложения, масса отложения, интенсивность роста или таяния

слоя, время начала и конца обледенения. Кроме этого существует возможность проведения визуального наблюдения за процессами, происходящими на приемниках обледенения, в частности, для определения вида отложения. Работа макета регистратора состоит из трех основных этапов:

1. получение изображения приемников обледенения;

2. обработка и анализ изображений с целью извлечения информации об отложениях;

3. сброс отложений при достижении слоем максимально допустимых размеров за счет прогрева приемника обледенения.

Данные этапы циклически повторяются с заданным интервалом времени на всем протяжении работы прибора. Для реализации алгоритма разработано специальное программное обеспечение. Изображения, полученные с помощью макета, сохраняются на компьютере в виде графических файлов и в дальнейшем обрабатываются. Бинаризация позволяет выделить на изображении области, соответствующие контрольной нити и приемникам обледенения с образовавшимися на них гололедно-изморозевыми отложениями, и рассчитать их размеры.

В рамках проведения натурных испытаний было выполнено две серии экспериментов: в период с января по март 2007 года в г.Санкт-Петербург и с января по апрель 2008 года в пос. Воейково Ленинградской области. За время испытаний макета регистратора было проведено более 3400 измерений. При этом на приемниках обледенения фиксировались следующие виды отложений: капли дождя, снег, мокрый снег, изморозь, гололед, включая сложные отложения. Испытания показали принципиальную возможность проведения автоматизированных наблюдений за гололедно-изморозевыми явлениями и измерения характеристик обледенения с применением выбранного оптического метода.

В четвертой главе обсуждается возможная конструкция и особенности работы устройства обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы.

В качестве приемника обледенения в устройстве используется цилиндрический стержень, ось которого расположена перпендикулярно набегающему воздушному потоку. При сильной степени обледенения предусмотрен сброс льда за счет прогрева приемника с помощью встроенного нагревательного элемента. Чувствительным элементом прибора является оптический датчик фоторегистратора, расположенного так, чтобы в его поле зрения попадал торец стержня. Это позволяет определять распределение льда по поверхности приемника обледенения. Благодаря этому появляется возможность не только определения момента начала обледенения и расчета его интенсивности, но и оценки изменения аэродинамических характеристик воздушного судна вследствие отложения льда.

Выполнен анализ возможности применения оптических локаторов (ли-даров) для оценки интенсивности обледенения летательных аппаратов. На основе корреляционной зависимости интенсивности обледенения самолета от дальности видимости в облаках получено выражение, связывающее коэффициент ослабления излучения в видимом диапазоне спектра с интенсивностью обледенения при различных скоростях полета. Коэффициент ослабления может быть рассчитан по данным лазерного зондирования, а, значит, ли-дар может быть использован для дистанционного определения степени опасности пролета через облачность. Показано, что применение лидара возможно лишь в случае решения уравнения оптической локации с учетом многократного рассеяния.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы:

1. Проведенный анализ основных технических характеристик используемых в настоящее время устройств и приборов для наблюдения за голо-

ледно-изморозевыми явлениями в практике метеорологических наблюдений показал необходимость разработки нового автоматизированного регистратора в качестве альтернативы гололедному станку.

2. Теоретически разработан оптический метод регистрации характеристик гололедно-изморозевых отложений. Выполненные расчеты показали возможность проведения измерений размеров отложений и их веса на горизонтально расположенных цилиндрических приемниках обледенения. Предложены варианты уменьшения систематической погрешности измерений, возникающей вследствие применения собирающей оптической системы.

3. Разработан и создан макет автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений, реализующий оптический метод измерений. Макет позволяет в автоматическом режиме проводить измерения размеров отложений на приемниках обледенения, их веса, времени начала и окончания процесса обледенения, его интенсивности. Выходными данными макета являются изображения приемников обледенения с образующимися на них отложениями, обработка и интерпретация которых проводится на подключенном к регистратору персональном компьютере. Вид отложения на этапе макетирования определяется визуально, однако существует принципиальная возможность разработки соответствующих алгоритмов для проведения их автоматической классификации. Применение в конструкции компактной цифровой камеры позволяет существенно снизить затраты на производство прибора.

4. Выполнены лабораторные и натурные исследования разработанного макета регистратора ГИО. Полученные результаты показали применимость оптического метода для решения поставленных задач, а также работоспособность регистратора в натурных условиях. Проведен анализ примененных конструкторских решений, позволивший определить пути доработки прибора.

5. Предложено устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы. В основе работы устройства лежит оптический метод определения характеристик обледенения. Достоинством устройства является возможность оценки распределения льда по поверхности приемника обледенения, что является важным при исследовании влияния обледенения на аэродинамические характеристики самолета. Кроме этого, данная информация позволяет определять время начала и окончания обледенения, а также его интенсивность.

6. Предложен метод расчета интенсивности обледенения летательных аппаратов, базирующийся на результатах лидарного зондирования облаков, позволяющий заранее выполнять оценку степени опасности обледенения воздушных судов в облаках. В частности, на основе экспериментальных данных получено выражение, связывающее интенсивность обледенения с коэффициентом ослабления излучения в видимом диапазоне спектра, которое может применяться при использовании, например, лидаров с лазером на рубине.

Список публикаций по теме диссертации

1. Куров А.Б., Волков H.H., Окоренков В.Ю., Синьксвич A.A., Стена-ненко В.Д. Автоматизированный регистратор гололсдно-изморозсвмх отложений ИО-1. - Труды ГГО, 2007, вып. 556. с.192-201.

2. Куров А.Б. Результаты натурных испытаний регистратора голо-ледно-изморозевых отложений ИО-1. - Труды ГГО, 2009, вып. 559. с.237-251.

3. Сннькевич A.A., Довгалюк Ю.А., Степаненко В.Д., Веремей Н.Е., Волков H.H., Куров А.Б., Пивоварова JI.B. Некоторые аспекты ис-

следования конвективных облаков и осадков. — Труды ГГО, 2009, Вып. 560, с.168-188.

4. Степаненко В.Д., Волков H.H., Куров А.Б., Окоренков В.Ю., Синь-кевнч A.A. Патент №2377496 от 28 июня 2007 г. на изобретение "Устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы", - Бюл. №36,2009.

В других научных журналах и трудах:

5. Куров А.Б. Устройство и результаты испытаний нового регистратора гололедш>изморозевых отложений. - В сб. тезисов всероссийской научной конференции «Исследование процессов в нижней атмосфере при помощи высотных сооружений», Обнинск, Октябрь 2008. с.85-88.

6. Kurov A., Okorenkov V., Sinkevich A., Sokolenko S., Stepanenko V., Volkov N. Automatic icing probe. - Instruments and observing methods, Report No.96. WMO/TD — No.1462.

7. Куров А.Б., Степаненко В.Д., Егоров А.Д., Синькевич A.A. Определение дальности обнаружения аэрозольной атмосферы с помощью самолетного лидара дифференциального поглощения. - Труды XXIII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред», 2005, вып. 5. с.525-528.

8. Довгалюк Ю.А., Синькевич A.A., Степаненко В.Д., Веремей Н.Е., Волков H.H., Куров А.Б. Состояние и перспективы развития лабораторного комплекса ГГО для исследований в области физики облаков и активных воздействий. - В сб. Вопросы физики облаков, СПб.: Астерион, 2008, с.334-361.

Отпечатано с готового оригинал-макета в ЦНИТ «АСТЕРИОН» Заказ № 051. Подписано в печать 08.02.2011 г. Бумага офсетная Формат 60х841Аб. Объем 1,25 пл. Тираж 100 экз Санкт-Петербург, 191015, а/я 83, тел. /факс (812) 275-73-00, 970-35-70 asterion@asterion.ru

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Куров, Александр Борисович

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ существующих методов, приборов и устройств для наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями.

1.1. Гололедный станок.

1.2. Гололедные весы.

1.3. Вибрационные датчики.

1.4. Емкостные датчики.

1.5. Датчики, основанные на явлениях ослабления и отражения излучения слоем ГИО.

1.6. Оптические методы измерений.

1.7. Применение дистанционных методов определения зон обледенения в авиации.

1.8. Другие виды измерений.

Выводы.

2. Теоретические основы измерений параметров гололедно-изморозевых отложений оптическим методом.

2.1. Выбор приемника обледенения.

2.2. Определение основных характеристик гололедно-изморозевых отложений.

2.2.1. Определение размеров отложений.

2.2.2. Определение массы отложений.

2.3. Оценка погрешностей измерений размеров отложений.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методов и устройств для определения характеристик гололедно-изморозевых отложений"

Гололедно-изморозевые явления в зимний период оказывают существенное влияние на работу промышленных предприятий, сельское хозяйство, транспорт, авиацию и проч. Основными последствиями образования гололедно-изморозевых отложений (ГИО) являются:

1. снижение сцепления, например, колес автотранспортных средств с поверхностью дорожного полотна;

2. увеличение массы элементов конструкции за счет собственной массы осевшего льда и, как следствие, возрастание механических нагрузок;

3. изменение аэродинамических свойств объектов за счет покрытия их слоем ГИО, что в свою очередь создает увеличение ветровых нагрузок.

На практике это приводит к разрыву проводов линий электропередач (ЛЭП) и контактных сетей, обламыванию сучьев деревьев, автомобильным авариям и авиакатастрофам, поломке опор ЛЭП, антенно-мачтовых устройств и т.п. В связи с этим очевидна необходимость проведения систематических наблюдений за данными явлениями для оперативного оповещения населения и хозяйствующих подразделений. Кроме этого, важной задачей является всестороннее изучение гололедно-изморозевых явлений с целью оценки создаваемых ими нагрузок в различных климатических зонах при проектировании воздушных ЛЭП и связи, контактных электрических сетей железнодорожного и городского транспорта, высотных конструкций и сооружений.

Активные исследования в области изучения гололедно-изморозевых явлений были начаты в нашей стране в 30-40е годы XX века [6,9,24]. В этот период систематические наблюдения за этими явлениями велись на метеостанциях и постах с помощью специальной установки - гололедного станка, состоящего из четырех приемников обледенения в виде металлических проводов диаметром 5 мм. В 50-60е годы было выполнено районирование территории СССР по нормативной толщине стенки гололеда, что стало возможным благодаря широкой сети метеостанций. Так перед началом Великой отечественной войны насчитывалось более 100 станций, осуществляющих инструментальные наблюдения за ГИО. В 50е годы их количество значительно возросло и превысило 1000 станций, а в 60е - приблизилось к 3000 [25]. В 60-70е годы были начаты систематические наблюдения на высотной мачте Института экспериментальной метеорологии в Обнинске и Останкинской телевизионной башне в Москве. К сожалению, в настоящее время количество метеостанций, где ведутся подобные наблюдения, существенно сократилось.

В ходе проведения исследований велись работы по совершенствованию и разработке новой измерительной аппаратуры. В 1951 году была усовершенствована конструкция гололедного станка. В 1957 году началось использование на сети станций разработанного В. Е. Бучинским гололедографа М-28. В дальнейшем регистраторы ГИО вошли в состав многих автоматических метеорологических станций [1,5]. Однако к настоящему времени ни один из разработанных приборов не смог заменить на метеостанциях гололедный станок, который в соответствии с текущей редакцией Наставления гидрометеорологическим станциям и постам [56] по-прежнему является основным инструментальным средством наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями на территории РФ.

Инструментальные наблюдения с помощью гололедного станка выполняются вручную персоналом метеопоста, что ограничивает область его применения и вносит человеческий фактор в получаемые с его помощью данные. ^

Отметим, что большинство применяемых в настоящее время автоматических приборов и устройств для наблюдения за ГИО ограничиваются измерением лишь веса отложений, не принимая во внимание их размеры, плотность и вид. Однако, как показывает практика, подобной информации недостаточно для проведения объективной оценки гололедно-ветровых нагрузок [25].

Актуальность темы диссертационной работы определяется тем, что в ней рассматриваются вопросы разработки и создания нового автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений. Большое внимание уделяется интерпретации получаемых данных с помощью созданного макета регистратора. Обсуждаются вопросы создания дистанционных средств определения интенсивности обледенения летательных аппаратов. Это особенно важно в связи с отсутствием современных автоматизированных инструментальных средств наблюдений за ГИО.

Цель работы состоит в разработке методов и аппаратуры для наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями в атмосфере. В соответствии с этой целью в диссертационной работе поставлены и решаются следующие задачи:

• анализ основных технических характеристик используемых в настоящее время устройств и приборов для наблюдения за характеристиками ГИО в практике метеорологических наблюдений, в промышленности, в народном хозяйстве и авиации.

• теоретическое обоснование способа регистрации характеристик ГИО, основанного на методе распознавания образов.

• разработка и создание макета автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений для проведения наземных наблюдений.

• анализ работы макета регистратора ГИО в лабораторных и натурных условиях.

• разработка способа регистрации параметров обледенения летательных аппаратов, использующего метод распознавания образов с возможностью получения данных о влиянии нарастающего слоя льда на аэродинамические свойства судна.

• оценка возможности расчета интенсивности обледенения летательных аппаратов, базирующегося на результатах лидарного зондирования облаков.

Метод исследования. Поставленные в настоящей работе задачи решались с использованием теории распознавания образов, теории измерений, теории решения обратных задач оптики атмосферы; с применением макетирования и проч. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые применены методы анализа изображений с целыо определения параметров обледенения.

2. Разработан и создан макет автоматизированного регистратора ГИО для проведения наземных наблюдений за гололедно-изморозевыми явлениями. Прибор позволяет проводить бесконтактное измерение массы и размеров ГИО, образовавшихся на его приемниках; определять время начала и окончания процесса обледенения; рассчитывать интенсивность обледенения и таяния; определять вид ГИО. Кроме этого, макет регистратора позволяет проводить визуальные наблюдения за процессами, происходящими на приемниках обледенения.

3. Проведены лабораторные и натурные исследования макета автоматизированного регистратора ГИО. Показано, что макет прибора способен регистрировать образование различных видов отложения: гололедно-изморозевых (гололед, изморозь, мокрый снег), сухого снега, дождя. Результаты испытаний показали возможность работы макета регистратора в различных метеорологических условиях. В частности, экспериментально проверена работоспособность макета в диапазоне температур от -25°С до +25°С, в условиях 100% влажности, при скоростях ветра до И м/с. Показана возможность проведения наблюдений за структурой отложений.

4. Предложено новое устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы. Возможность определения формы слоя льда на приемнике обледенения позволяет не только фиксировать момент начала процесса обледенения ЛА, но и проводить оценку влияния обледенения на аэродинамические характеристики судна.

5. Предложен новый дистанционный метод определения интенсивности обледенения ЛА, основанный на использовании данных лидарного зондирования. Применение метода позволяет заблаговременно рассчитать интенсивность обледенения ЛА с целью оценки степени опасности при пересечении облака ЛА.

Практическая ценность состоит в том, что разработанный метод определения характеристик ГИО и макет прибора могут быть использованы для создания серийно выпускаемого автоматизированного регистратора для применения на метеостанциях и постах, а также в труднодоступных местах с целью увеличения зоны покрытия. Важной особенностью прибора является возможность долговременной работы в автоматическом режиме без участия оператора. Устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы может быть использовано в качестве датчика обледенения в составе противообледенительной системы самолетов, в том числе самолетов-лабораторий. Дистанционный метод определения интенсивности обледенения ЛА с помощью лидара может быть использован для оценки возможного обледенения воздушного судна во время пролета мощных облаков.

Положения, выносимые на защиту.

1. Метод и макет автоматизированного регистратора ГИО, базирующихся на теории распознавания образов.

2. Результаты лабораторных и натурных исследований макета регистратора ГИО.

3. Устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы.

Достоверность результатов. Разработанный макет регистратора ГИО был отградуирован с использованием микрометра. Применены апробированные физические, математические и статистические методы исследований, обработки, анализа и обобщения данных.

Личный вклад автора. Основные научные результаты диссертации получены автором лично или при его непосредственном участии. Автором лично проведен анализ литературных источников, анализ погрешностей работы регистратора, разработаны методы расчетов характеристик ГИО, создано специальное ПО для обработки данных регистратора, выполнена интерпретация проведенных в рамках работы результатов лабораторных и натурных экспериментов. При участии автора была разработана конструкция макета регистратора ГИО и устройства обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы; проведены лабораторные и натурные эксперименты; предложен метод дистанционного определения интенсивности обледенения ЛА, основанный на использовании данных лидарного зондирования.

Апробация полученных результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

1. на всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред», Санкт-Петербург (2005, 2009).

2. на конференции «WMO Technical Conference on Meteorological and Environmental Instruments and Methods of Observation», Санкт-Петербург (2008).

3. на специализированной выставке «Наука на службе производства Ленинградской области», Санкт-Петербург (2007, 2009).

4. на всероссийской научной конференции «Исследование процессов в нижней атмосфере при помощи высотных сооружений», Обнинск (2008).

5. на совещании «Определение основных направлений развития исследований в области искусственного регулирования атмосферных осадков и рассеяния туманов», Долгопрудный (2010).

В 2008 году за научно-исследовательскую работу по теме: «Аппаратно-программный комплекс автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений» присуждена премия Губернатора Ленинградской области и Санкт-Петербургского научного центра Российской академии наук для молодых ученых.

Публикации. Автором опубликовано 9 работ, из них по теме диссертации - 8 работ, в том числе один патент на изобретение.

1. Куров А.Б., Волков H.H., Окоренков В.Ю., Синькевич A.A., Степаненко В.Д. Автоматизированный регистратор гололедно-изморозевых отложений ИО-1. - Труды ГГО, 2007, вып. 556. с. 192-201.

2. Куров А.Б. Результаты натурных испытаний регистратора гололедно-изморозевых отложений ИО-1. - Труды ГГО, 2009, вып. 559. с.237-251.

3. Степаненко В.Д., Волков H.H., Куров А.Б., Окоренков В.Ю., Синькевич A.A. Патент №2377496 от 28 июня 2007 г. на изобретение "Устройство обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы". - Бюл. №36, 2009.

4. Синькевич A.A., Довгалюк Ю.А., Степаненко В.Д., Веремей Н.Е., Волков H.H., Куров А.Б., Пивоварова JI.B. Некоторые аспекты исследования конвективных облаков и осадков. - Труды ГГО, 2009, Вып. 560, с. 168-188.

5. Куров А.Б. Устройство и результаты испытаний нового регистратора гололедно-изморозевых отложений. - В сб. тезисов всероссийской научной конференции «Исследование процессов в нижней атмосфере при помощи высотных сооружений», Обнинск, Октябрь 2008. с.85-88.

6. Kurov A., Okorenkov Y., Sinkevich A., Sokolenko S., Stepanenko V., Volkov N. Automatic icing probe. - Instruments and observing methods, Report No.96. WMO/TD — No.1462.

7. Куров А.Б., Степаненко В.Д., Егоров А.Д., Синькевич A.A. Определение дальности обнаружения аэрозольной атмосферы с помощью самолетного лидара дифференциального поглощения. — Труды XXIII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред», 2005, вып. 5. с.525-528.

8. Довгалюк Ю.А., Синькевич A.A., Степаненко В.Д., Веремей Н.Е., Волков H.H., Куров А.Б. Состояние и перспективы развития лабораторного комплекса ГГО для исследований в области физики облаков и активных воздействий. - В сб. Вопросы физики облаков, СПб.: Астерион, 2008, с,334-361.

9. Синькевич A.A., Краус Т.В., Степаненко В.Д., Довгалюк Ю.А., Веремей Н.Е., Куров А.Б., Пивоварова JI.B. Исследование динамики наковальни кучево-дождевого облака большой вертикальной протяженности. - Метеорология и гидрология, 2009, №12. с.5-17. Внедрение результатов исследований. Результаты, представленные в диссертационной работе, были использованы в государственном учреждении «Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова» при выполнении НИР «Сперансы» в 2006 - 2007гг.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы; содержит 144 страниц, включает 2 таблицы, 76 рисунков. Список литературы содержит 108 наименований на русском и английском языках.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Куров, Александр Борисович

Выводы.

1. Обледенение ЛА является опасным метеорологическим явлением. Степень опасности данного явления определяется количеством образовавшегося слоя льда, интенсивностью его роста и формой слоя, оказывающей существенной влияние на аэродинамические свойства судна. Наиболее сильное влияние на полет ЛА оказывает обледенение крыльев и винтов. Обледенение ЛА наблюдается при пролете через переохлажденные облака. Основную опасность представляют переохлажденные жидкокапельные облака или смешанные. Обледенение в кристаллических облаках является незначительным.

2. Обледенение крыла ЛА в воздушном потоке может быть двух видов. Первый вид характеризуется тем, что кристаллизация капель происходит на передней кромке крыла непосредственно после контакта с поверхностью, что приводит к образованию выпуклой ледяной корки. При втором виде обледенения наблюдается стекание капель по поверхности крыла с образованием двух выступов, расположенных один - выше, а другой - ниже передней кромки крыла. Второй вид отложения является более опасным для полетов, т.к. наиболее сильно влияет на аэродинамические характеристики крыла.

Интенсивность обледенения ЛА зависит от его формы, размеров, скорости и метеорологических параметров, таких как водность облака, радиус облачных капель и температура воздуха.

3. Предложенная конструкция устройства обнаружения обледенения ЛА, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы позволяет получать информацию, необходимую для оценки опасности обледенения самолета. Устройство дает возможность с помощью оптической системы получать профили слоя льда, образующегося на приемнике обледенения, в качестве которого используется цилиндрический стержень. Это позволяет не только определить количество образующегося на корпусе ЛА льда, но и оценить его влияние на аэродинамические характеристики.

4. Анализ данных, собранных В.Д.Степаненко, о зависимости интенсивности обледенения ЛА от метеорологической дальности видимости показывает, что опасное для полетов обледенение самолетов происходит в очень плотных облаках с видимостью менее 100 метров. Учитывая наличие соотношения между метеорологической дальностью видимости и коэффициентом ослабления излучения, была получена зависимость интенсивности обледенения ЛА от коэффициента ослабления, величина которого может быть определена по данным лидарного зондирования. Корректное получение значения показателя ослабления для таких облаков возможно лишь в случае решения уравнения оптической локации с учетом многократного рассеяния.

Заключение

1. Выполнен анализ основных технических характеристик используемых в настоящее время устройств и приборов для наблюдения за характеристиками ГИО в практике метеорологических наблюдений, в промышленности, в народном хозяйстве и авиации. На протяжении долгого времени основным средством инструментальных наблюдений на сети станций остается гололедный станок, измерение характеристик ГИО с помощью которого проводятся вручную. Гололедный станок позволяет определять следующие параметры ГИО: размер (большой и малый диаметры), удельную массу и вид отложения. Кроме этого отмечается время начала и конца процесса обледенения. Применяемые в настоящее время автоматические регистраторы, как правило, ограничиваются измерением массы отложений и расчетом интенсивности обледенения.

2. Теоретически разработан метод регистрации характеристик ГИО, основанный на применении оптического датчика. С учетом сложившейся практики наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями в нашей стране удобно в качестве приемника обледенения использовать горизонтально расположенный металлический стержень диаметром 5, 10 или 15 мм. Применение оптического датчика позволяет проводить бесконтактные измерения размеров отложений, а при установке приемника обледенения на динамометрические стойки также и массы ГИО. Анализ данных показывает, что погрешность подобных измерений существенно зависит от характеристик оптической системы прибора. В работе предложен вариант уменьшения систематической погрешности измерений за счет специальной обработки результатов измерений. Применение оптического датчика позволяет проводить визуальные наблюдения за гололедно-изморозевыми явлениями, а также обеспечивает принципиальную возможность разработки алгоритмов для автоматического определения вида отложения.

Кроме того, существует возможность создания архива изображений для того, чтобы иметь возможность проведения последующего более детального анализа данных.

3. Разработан и создан макет автоматизированного регистратора гололедно-изморозевых отложений для проведения наземных наблюдений. В макете установлены два приемника обледенения, представляющие собой взаимоперпендикулярные металлические стержни диаметром 10 мм. Первый приемник обледенения смонтирован на двух динамометрических стойках, обеспечивающих его смещение в вертикальном направлении под тяжестью образующихся на нем ГИО. Чувствительным элементом прибора является ПЗС датчика цифровой фотокамеры, в поле зрения объектива которой попадают оба приемника обледенения. При сильной степени обледенения предусмотрен принудительный сброс ГИО за счет нагрева первого приемника обледенения. Для обеспечения высокой контрастности изображений приемников в конструкцию прибора добавлен зачерненный экран, на фоне которого могут быть отчетливо различимы отложения. Жесткость всей конструкции обеспечивается за счет использования прочной алюминиевой рамы. Написано программное обеспечение для расчета параметров обледенения, который производится на основе компьютерного анализа получаемых с помощью цифровой камеры изображений приемников обледенения с образовавшимися на них ГИО.

4. Выполнены лабораторные исследования работы разработанного макета регистратора ГИО. В январе - марте 2007 года и в январе - апреле 2008 года проведены исследования макета регистратора в натурных условиях. За время проведения испытаний выполнено более 3000 измерений. Анализ полученных данных показывает возможность применения макета в сложных погодных условиях для определения следующих параметров ГИО: размеры и масса отложений, вид отложения, время начала / окончания процесса обледенения, интенсивность обледенения / таяния. На этапе макетирования вид отложения определяется визуально. По результатам проведенных исследований получено, что наиболее сильное обледенение наблюдалось при выпадении переохлажденных осадков по сравнению со случаями отложения изморози и выпадения мокрого снега.

5. Предложен метод регистрации параметров обледенения ЛА и предложена конструкция устройства обнаружения обледенения летательного аппарата, измерения интенсивности нарастания льда и определения его формы на базе разработанного автоматизированного регистратора ГИО. Основным достоинством устройства является возможность получения профиля слоя льда на приемнике обледенения, что является необходимым для оценки влияния обледенения на аэродинамические характеристики ЛА. Приемником обледенения в устройстве служит металлический цилиндрический стержень со встроенным нагревательным элементом, предназначенном для сброса льда. Приемник обледенения расположен таким образом, чтобы его ось была перпендикулярна набегающему воздушному потоку. Оптическая система устройства ориентирована таким, образом, чтобы в ее поле зрения попадал торец приемника. Это позволяет фиксировать отложения льда по всей поверхности стержня. Данные о распределении льда находятся из анализа изображений, получаемых с помощью оптического датчика.

6. Предложен метод оценки интенсивности обледенения ЛА, базирующийся на результатах лидарного зондирования облаков. Метод основывается на корреляционной связи между коэффициентом ослабления излучения в видимом диапазоне длин волн и интенсивностью обледенения самолета. Коэффициент ослабления может быть рассчитан по данным лидарного зондирования при решении уравнения оптической локации. Показано, что широко используемый метод логарифмической производной не может быть использован для анализа опасных случаев обледенения ЛА. Как показывают расчеты, для проведения подобных измерений необходимо использование специально разработанного лидарного комплекса, предназначенного для работы в оптически плотных средах. При этом обработка данных зондирования должна проводиться с учетом многократного рассеяния.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Куров, Александр Борисович, Санкт-Петербург

1. Автоматическая станция KP AMC. Под ред. Афиногенова Л.П., Стернзата М.С. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, 218 с.

2. Баранов A.M., Солонин C.B. Авиационная метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 392 с.

3. Белинский В.А., Побияхо В.А. Аэрология. Л.: Гидромет. изд-во, 1962. 464 с.

4. Бойков В.П., Заварина М.В. Зависимость интенсивности отложения зернистой изморози от размеров объекта и его ориентации. Труды ГГО, вып. 334,1975, с.10-17

5. Бронштейн Д.Л., Быстрамович А.Н., Макаренко A.A. Дистанционные метеорологические устройства, их монтаж и эксплуатация. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, 391 с.

6. Бургсдорф В.В. О физике гололедно-изморозевых явлений. Труды ГГО, вып. 3(65), 1947.

7. Бучинский В.Е. Атлас обледенения проводов. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 116 с.

8. Бучинский В.Е. Гололед и борьба с ним. Л.: Гидрометеоиздат, 1960.186 с.

9. Вейнберг Б.П. Снег, иней, град, лёд и ледники. Л.: ОНТИ, 1936.232 с.

10. Глухов В.Г. Метеорологические условия образования гололеда на высотных сооружениях. Л.: Гидрометеоиздат, 1972, 100 с.

11. Глухов В.Г. Об интенсивности обледенения проводов разного диаметра. — Труды ГГО, вып.303, 1973, с. 11-23.

12. Голикова Т.Н. Аэродинамические характеристики проводов, покрытых гололедом. -Труды ГГО, 1976, вып.379, с.20-29.

13. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. - 1072 с

14. ГОСТ 21508-76. Защита от обледенения самолетов и вертолетов. Термины и определения.

15. Данилов А.И., Дмитриев В.Г., Фролов И.Е. Развитие работ и исследований в арктике в области гидрометеорологической безопасности. Проблемы Арктики и Антарктики, №84, 2010. - с.42-52.

16. Датчик сигнализатора обледенения РИО-3. http://cnit.ssau.ru/vertolet/mi8/prillll.htm Дата доступа: 06.04.2010

17. Дащенко А.Ф., Кириллов В.Х., Коломиец JI.B., Оробей В.Ф. Matlab в инженерных и научных расчетах. Одесса: Астропринт, 2003. - 214 с.

18. Дистанционные методы исследования атмосферы. Под ред. В.Е.Зуева. Новосибирск: Изд-во "Наука" Сибирское отд., 1980, 160 с.

19. Долин П.А. Влияние высоты подвески проводов на величину гололедных отложений. -Электрические станции, №4,1958.

20. Егоров А.Д. Зондирование атмосферы оптическими системами Труды ГГО, Вып.462, 1982 - с.68-70.

21. Егоров А.Д., Потапова И.А. Лидарные исследования прозрачности атмосферы Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО), 2004, вып.5(553), с. 131-142.

22. Егоров А.Д., Синькевич A.A., Степаненко В.Д. Исследования ослабления лазерного излучения в облаках с помощью лидара. Труды ГГО, 2002, вып. 500.

23. Заварина М.В. Обледенение самолетов и как его избежать. Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1947, 32 с.

24. Заварина М.В. Оценка методов расчета гололедных и гололедно-ветровых нагрузок и перспективы их совершенствования. Труды ГГО, 1974, вып.333, с.3-14.

25. Заварина М.В., Арнаутов П.К. Коэффициенты пересчета гололедных нагрузок. Труды ГГО, вып.ЗОЗ, 1973, с.154-159.

26. Заварина М.В., Глухов В.Г. О приведении данных гололедного станка к рабочим уровням линий электропередач. Труды ГГО, вып.333, 1974. с.68-71.

27. Зименков П.С. Исследование датчика гололдено-изморозевых отложений. Труды ГГО, 2009, вып. 560. с.268-276.

28. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей. М.: Сов.радио, 1966,318с.

29. Зуев В.Е., Задде Г.О., Кавняков С.И., Кауль Б.В. Об интерпретации лидарных сигналов из области больших оптических толщ. В кн.: Дистанционное зондирование атмосферы. Новосибирск: Наука, 1978, с.60-68.

30. Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 232 с.

31. Зуев В.Е., Наац И.Э. Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы. -Новосибирск: Наука, 1982, 242 с.

32. Ивлев Л.С., Андреев С.Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. Л.: Изд-во Ленинград, ун-та, 1986. 360 с.

33. Игнатенко В.М. Методические вопросы лидарных измерений показателя ослабления атмосферы в горизонтальных и наклонных напрвлениях. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. Л., ГГО, 1985.

34. Игнатенко В.М., Ковалев В.А. К вопросу об использовании некоторых априорных допущений при интерпретации лидарных сигналов. Труды ГГО, вып.445,1980, с.55-62.

35. Качурин JI.Г. Образование гололеда и изморози в переохлажденном тумане. Труды ГГО, 1956, вып. 57 (119). с.50-55.

36. Качурин Л.Г., Смирнов И.А., Гашин Л.И. Обледенение судов. Л.: ЛПИ им. М.И.Калинина, 1980, 56 с.

37. Кожевников Б.Л. Влияние фазовых переходов атмосферной влаги на метеорологические приборы. Труды ГГО, вып.476,1985, с.96-103.

38. Кожевников Б.Л., Резников Г.П., Романов Е.В., Фатеев Н.П. Принципы метрологического обеспечения аэродромных средств измерений. Труды ГГО, вып. 452, 1981, с.3-9.

39. Куров А.Б. Результаты натурных испытаний регистратора гололедно-изморозевых отложений ИО-1. Труды ГГО, 2009, вып. 559. с.237-251.

40. Куров А.Б., Волков H.H., Окоренков В.Ю., Синькевич A.A., Степаненко В.Д. Автоматизированный регистратор гололедно-изморозевых отложений ИО-1. Труды ГГО, 2007, вып. 556. с. 192-201.

41. Кутепов A.B. Меры обеспечения безопасности полетов при обледенении самолетов и ВПП. Проблемы безопасности полетов. ВИНИТИ, №11,1991. с.21-43.

42. Ломилина Л.Е. Влияние физико-географических условий на гололедные нагрузки. -Труды ГГО, вып. 391,1977, с.38-41.

43. Лоусон Р.П., Синькевич A.A. Самолетные исследования слоистого облака в Арктике. Метеорология и гидрология, 2005, N10, с. 43-52.

44. Мазин И.П. Расчет отложения капель на круглых цилиндрических поверхностях. -Труды ЦАО, вып. 7, 1952, с.39-49.

45. Мазин И.П. Физические основы обледенения самолетов. М.: Гидрометеоиздат, 1957, 120 с.

46. Мазин И.П., Невзоров А.Н., Шугаев В.Ф. Распределение показателя ослабления света в облаках различных форм. Метеорология и гидрология. 1983, № 9, с.43-49.

47. Мазурин Н.И. Некоторые вопросы обледенения реактивных самолетов. Труды конференции по проблемам авиационной метеорологии. — Л.: ЛГМИ, 1969, стр. 252-256

48. Майборода Л.А., Школьный Е.П. Атмосфера и управление движением летательных аппаратов. СПб: ВИТИ, 2010. - 572 с.

49. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Дарбинян P.A., Каргин Б.А., Елепов B.C. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Изд-во "Наука". Сибирское отд-е, 1976. - 284 с.

50. Маэно Н. Наука о льде. М.: Мир, 1988. 231 с.

51. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование: Пер. с англ. М.: Мир, 1987 - 550 с.

52. Методические основы автоматизированной системы метеорологических наблюдений. Под ред. Д.П.Беспалова. Л.: Гидрометеоиздат, 1971,120с.

53. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 3. Часть 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 300 с.

54. Никифоров Е.П. Требования к приборам для измерения и регистрации гололедных нагрузок. Труды Межведомственного совещания по гололеду, 1970, стр.67-69.

55. Никифоров Е.П. Экспериментальное исследование влияния скорости ветра на массу, размеры и плотность гололеда. Труды ГГО, вып.391, 1977, с.128-133.

56. Объединенная гидрометеорологическая станция Самара. http://meteocenter.net/ /meteosmrphoto.htm Дата доступа: 04.04.2010

57. Оганесян П.С. О некоторых вопросах организации инструментальных наблюдений за гололедно-изморозевыми отложениями. Труды Межведомственного совещания по гололеду, 1970, стр.65-66.

58. Окоренков В.Ю., Фатеев Н.П. Расчетный метод контроля погрешности средств измерений. Труды ГГО, вып.476, 1985, с.67-70.

59. Павлов A.B. Оптико-электронные приборы. — М.: Энергия, 1974, 360 с.

60. Панов В.В., Лихоманов В.А., Глухов В.Г., Ильчук А.Н., Крупина H.A. Обледенение надводных инженерных сооружений в прибрежной зоне Печорского моря. Труды ААНИИ, т.450,2009, с. 166-190.

61. Пановский Г.А., Брайер Г.В. Статистические методы в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1972,210 с.

62. Попов Н.И., Холодов В.В. К вопросу о точности гололедно-изморозевых наблюдений. -Труды ГГО, вып.408, 1978, с.44-48.

63. Раевский А.Н. Влияние рельефа на распределение гололедно-изморозевых отложений. -Труды ОГМИ, вып.23, 1961, с.56-65.

64. Руднева A.B. Мокрый снег и обледенение проводов на территории СССР. Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1964, 166 с.

65. Руководящий документ. Инструкция . Критерии стихийных гидрометеорологических явлений и порядок подачи штормового сообщения. СПб.: Гидрометеоиздат, 1996. -15 с.

66. Руководящий документ. РД 34.20.510. Методические указания по применению сигнализаторов гололеда и прогнозированию гололедоопасной обстановки.

67. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. Качество измерений: Метрологическая справочная книга. JL: Лениздат, 1987. - 295 с.

68. Сигнализатор СО-1М. Руководство по эксплуатации. 2008. -23 стр.

69. Синькевич A.A. Создание комплекса самолетной метеорологической аппаратуры, разработка методики ее применения и результаты экспериментальных исследований облаков. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. С-Пб., ГГО, 1992, 434 стр.

70. Синькевич A.A., Васильев О.И., Волков H.H., Климин H.H. Автоматизация сбора и обработки данных в камере туманов и на самолете-лаборатории ГГО. Труды ГГО, 1988, вып. 518, с.164-167.

71. Синькевич A.A., Довгалюк Ю.А., Степаненко В.Д., Веремей Н.Е., Волков H.H., Куров А.Б., Пивоварова Л.В. Некоторые аспекты исследования конвективных облаков и осадков. Труды ГГО, 2009, Вып. 560, с. 168-188.

72. Синькевич A.A., Краус Т.В., Степаненко В.Д., Довгалюк Ю.А., Веремей Н.Е., Куров А.Б., Пивоварова Л.В. Исследование динамики наковальни кучево-дождевого облака большой вертикальной протяженности. Метеорология и гидрология, 2009, №12. с.5-17.

73. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. 2008.

74. Современное состояние и перспективы развития инструментальных наблюдений за гололедно-изморозевыми явлениями. Под ред. Завариной М.В. и Клинова Ф.Я. Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1970, 92 с.

75. Степаненко В.Д. Вероятность и интенсивность обледенения самолетов. СПб.: ФОЛ ГГО им. А.И.Воейкова, 1994. 100 с.

76. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1973, 344 с.

77. Степаненко В.Д., Гальперин С.М. Самолетный измеритель обледенения Тр. ЛКВВИА им. А.Ф.Можайского, 1961, вып. 387, с.19-34.

78. Степаненко В.Д., Синькевич А.А., Пуйша А.Э., Михеев П.А, Патент № 2078716 от 10 мая 1997 г. на изобретение "Устройство обнаружения и измерения интенсивности обледенения летательного аппарата". Бюл. №13.

79. Стернзат М.С., Сапожников А.А. Метеорологические приборы, наблюдения и их обработка. Л.: Гидромет. изд-во, 1959. 520 с.

80. Трунов O.K. Наземное обледенение. Гражданская авиация, №1,1988, 30 с.

81. Трунов O.K., Хачатрян С.П. Об условиях обледенения транспортных самолетов по данным рейсовых полетов. Тр. Гидрометцентра СССР, 1972, вып. 95, стр. 44 50

82. Хинкли Э.Д. Лазерный контроль атмосферы М.: Мир, 1979. - с.416.

83. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 568 с.

84. Шапиро Л. Компьютерное зрение. -М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 752 с.

85. Baumgardner D., Rodi A. Laboratory and Wind Tunnel Evaluations of the Rosemount Icing Detector. J. Atmos. Oceanic Technol., 1989, Vol.6, p.p.971-979.

86. Cober S.G., Isaac G.A., Korolev A.V. Assesing the Rosemount Icing Detector with In Situ Measurements. J. Atmos. Oceanic Technol., 2001, Vol. 18. - 515 - 528.

87. COST 727: Atmospheric Icing on Structures. Measurements and data collection on icing: State of the Art. MeteoSwiss, 2006, N75,1 Юр.

88. CPIveiw: CPI data processing software. SPEC Inc. Boulder, Colorado, 2005

89. Drage, M. A. and de Lange, Т., 2005. Instrumentation for measuring atmospheric icing. Reports in meteorology and oceanography, Report No. 2-2005.

90. ISO 12494: Atmospheric icing of structures. ISO/ТС 98/SC 3,2000-07-20

91. Kano J.M. On the determination of backscattered and extinction coefficient of the atmosphere by using a laser radar Papers Meteorology and Geophysics, v. 19, No.l, 1968 - p. 121-129.

92. Kurov A., Okorenkov V., Sinkevich A., Sokolenko S., Stepanenko V., Volkov N. Automatic icing probe. Instruments and observing methods, Report No.96. WMO/TD - No. 1462

93. Minnis P., Smith W.L., Nguyen L., Khaiyer M.M., Spangenberg D.A. A real-time satellite-based icing detection system. Proceedings of 14th International Conference on Clouds and Precipitation, Bologna, Italy, 18-23 July 2004.

94. Otsu N., A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Vol. 9, No. 1, 1979, pp. 62-66.

95. Overall W.W. Пат. U.S.Patent 3,873,927. System for detecting wet and icy surface conditions. Mar. 25, 1975.

96. Partanen P., Haavisto V., Haavasoja T. Laboratory and field test results from a pavement sensor, http://ams.confex.com/ams/pdfpapers/52420.pdf Дата доступа: 19.09.2010г.

97. Scott P. Weatherproofmg Air Travel. Sci. Amer. Pres., 2000, Vol.11, N1, p.70-75.

98. Sinkevich A.A., Egorov A.D., Boytsov P.P., Stepanenko V.D., Shumacov L.I. Some results of aircraft lidar sounding of ice-crystall clouds. 15 International Laser-Radar Conference, Tomsk, 1990, p.382.

99. Statistical Summary of Commercial Jet Airplane Accidents (Worldwide Operations 1959-2005). Aviation Safety Boeing Commercial Airplanes, May 2006.

100. T 26 icing-rate sensor. User Guide. HoloOptics, 2006. 37 c.

101. Tsai R.I. A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3D machine vision metrology using off-the-shelf TV cameras and lenses. IEEE J.Robot.Automat., Vol. RA-3, No.4, August, 1987, p.323-344.

102. Wang H. A survey of thresholding techniques. March, 1997.

103. Weinstein L.M. Пат. U.S.Patent 4,766,369. Ice detector. Aug. 23, 1988.

104. WMO Manual on Codes: International Codes. Volume 1.1 (Annex II to WMO Technical Regulations). Part A Alphanumeric Codes. WMO, No.306.