Устройство для осуществления глубоководного контроля за подводной средой и подводно-техническими работами
DEVICE FOR DEEP-SEA MONITORING OF UNDERWATER ENVIRONMENT AND UNDERWATER TECHNICAL WORKS

Предлагаемое устройство относится к области водолазного оборудования, в частности к устройствам для видеонаблюдения за подводной средой и контроля проведения подводно-технических работ.
Подводно-технические работы - это особый вид работ, требующих применение квалифицированного водолазного труда и специального оборудования [1]. Современный уровень организации подводно-технических работ не позволяет полностью отказаться от дорогостоящего и не безопасного труда водолазов.
В настоящее время при производстве подводных водолазных работ по обследованию, техническому обслуживанию и ремонту гидротехнических сооружений и разных подводных объектов, в том числе опор автомобильных и железнодорожных мостов, водолаз не имеет полноценной информации о происходящем вокруг него, а применяемые средства визуального контроля не обеспечивают постоянного кругового или сферического обзора.
Известна погружаемая платформа-трансформер и роботизированный комплекс для осуществления подводных работ (RU 2438914 С1), которая представляет собой конструкцию, выполненную из базовых модулей, обеспечивающих возможность монтажа платформы заданной конфигурации, и функциональных модулей, закрепляемых на этой конструкции. Роботизированный комплекс для осуществления подводных работ содержит самоходное надводное средство-транспортировщик роботизированной платформы и погружаемую платформу-трансформер [2].
Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении безопасности и эффективности проведения глубинных подводно-технических и обзорно-поисковых, а также обследовательских работ на стационарных подводных конструкциях различного назначения и затопленных объектах на дне акваторий.
К недостаткам данного изобретения следует отнести сложность конструкции, большие габариты, вес и стоимость, а также ограниченность обзора, что снижает его эффективность.
Известен телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) «Фалкон 1000» для проведения поисковых и осмотровых работ в прибрежных морских и внутренних водах на рабочих глубинах до 1000 м, как в узких тоннельных проходах, так и на открытом морском пространстве.
Аппарат построен на несущей раме из полипропилена, оснащен гидролокационным оборудованием и системой позиционирования, в нем применена современная элементная база, что уменьшает его массогабаритные показатели и энергопотребление. Для связи подводного аппарата и надводного модуля применяется тонкий и гибкий кабель-трос с низким гидродинамическим сопротивлением и близкой к нулевой плавучестью.
Основные технические возможности аппарата обеспечиваются наличием пяти движителей, цветной видеокамеры на наклонной платформе с изменяемым углом наклона ±90° и обратной связью, светодиодными светильниками, одностепенным манипулятором с захватом и надводным блоком управления с монитором. Конструкция аппарата позволяет осуществлять установку на его корпус широкий спектр дополнительного оборудования [3].
К недостаткам данного изобретения также можно отнести сложность конструкции, относительно большие габариты, высокую стоимость, а также угол обзора, ограниченный возможным углом наклона видеокамеры, что также снижает его эффективность.
Также известен малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат (RU 2387570 С1), взятый в качестве прототипа, который содержит раму модульной конструкции, блок плавучести, установленный в верхней части подводного аппарата, движители горизонтального и вертикального хода, светильники, обзорную видеокамеру, установленную посредством кронштейна над поверхностью блока плавучести, стационарную черно-белую видеокамеру [4].
В верхней части подводного аппарата соосно с его вертикальной осью установлен перфорированный контейнер для сбора подводных образцов. Подводный аппарат содержит также снабженный охватом манипулятор и герметичный привод, при этом манипулятор установлен на выходном валу привода. На свободном конце выходного вала привода манипулятора установлена видеокамера таким образом, что ее ось визирования постоянно направлена в центр охвата манипулятора. Повышается эффективность сбора подводных образцов и подъема их на поверхность без ухудшения при этом остойчивости и маневренных качеств самого аппарата.
Таким образом, рассматриваемый аппарат предназначен, в первую очередь, для сбора подводных образцов и подъема их на поверхность. К недостаткам данного аппарата можно отнести сложно-техническое оснащение - множественные узлы технических соединений, большие габариты и вес, что соответственно усложняет его техническое обслуживание и транспортировку. Также недостатком этого аппарата является ограниченный угол обзора.
Целью изобретения является обеспечение постоянного сферического обзора и контроля проведения подводных обследовательских и водолазных работ по техническому обслуживанию и ремонту гидротехнических сооружений и разных подводных объектов, в том числе опор автомобильных и железнодорожных мостов, и как следствие повышение безопасности и эффективности проведения указанных работ.
Это достигается тем, что устройство для осуществления глубоководного контроля за подводной средой и проведения подводных обследовательских и водолазных работ, состоит из подводного модуля с прочным металлическим корпусом и управляющего модуля, размещенного на плавсредстве, а при возможности на берегу, соединенных между собой кабель-тросом связи. Отличие от прототипа состоит в том, что внутри подводного модуля в отсеках расположенных на равных расстояниях по сфере, изолированных друг от друга и имеющих технические окна со стеклами полусферической формы, установлено шесть видеокамер отстоящих друг от друга на 90° и обеспечивающих угол обзора 360° в каждой плоскости. Это обеспечивает постоянный сферический обзор. Камеры через герметично изолированные проемы соединены с концентратором информации и с приемо-передатчиком, который по линии связи передает информацию на приемо-передатчик управляющего модуля с устройством хранения и отображения информации.
Принцип действия устройства и способ контроля поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен внешний вид подводного модуля, на фиг. 2 изображена структурная схема устройства, а на фиг. 3 - общая схема использования предлагаемого устройства.
Подводный модуль 1 предлагаемого устройства, внешний вид которого представлен на фиг. 1, имеет цельнолитой прочный металлический корпус с шестью отсеками внутри, изолированными друг от друга и имеющими технические окна 2 со стеклами полусферической формы, в которых размещаются шесть видеокамер, обеспечивающих круговой обзор. Коммутация между отсеками происходит через герметично изолированные проемы. Несущий кабель-трос крепиться к подводному модулю с помощью четырех креплений 3, а ввод кабеля связи осуществляется через отверстие 4. Лампы освещения и дополнительное оборудование устанавливаются в герметизированные отверстия 5.
Структурная схема устройства, поясняющая принцип действия устройства и способ контроля представлена на фиг. 2. Сигнал с шести видеокамер 6 поступает на вмонтированный в корпус подводного модуля 1 концентратор информации с приемо-передатчиком 7 и далее по кабель-тросу связи 8 поступает на приемо-передатчик 9 управляющего модуля 10 с дальнейшим выводом на устройство хранения и отображения информации 11 (ноутбук).
Видеосъемка может производиться на разных глубинах с углом обзора 360° по двум меридианам, отстоящим на 90°, то есть, обеспечивая сферический обзор. На устройстве хранения и отображения информации управляющего модуля в центре экрана выводится панорамное изображение с возможностью вращения во всех плоскостях, а по краям отдельно изображение с каждой из шести камер, что позволяет контролировать подводную среду во всех направлениях. Видеонаблюдение и управление видеосъемкой производится с управляющего модуля на базе ноутбука, располагаемого на плавсредстве или на берегу, соединенного с подводным модулем посредством самонесущего кабель-троса связи.
Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные возможности:
- дистанционное визуальное обследование гидротехнических сооружений и разных подводных объектов, в том числе опор автомобильных и железнодорожных мостов, за счет обеспечения постоянного кругового обзора;
- осуществление подводного технического надзора, при проведении водолазных работ, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом подводных объектов;
- осуществление постоянного или временного мониторинга акватории различных типов водоемов, в том числе исследование флоры и фауны подводного мира и обследование затонувших объектов в морской зоне, на внутренних водоемах и на реках с разной скоростью течения.
Использование подводного модуля возможно с размещением дополнительного оборудования как внутри, так и снаружи аппарата. В качестве дополнительного оборудования могут быть установлены датчики глубины и температуры воды, дополнительное регулируемое освещение, звукометрическая аппаратура, гидрофон и датчик измерения параметров поверхностных и глубинных течений, гидролокатор бокового обзора.
За счет малых габаритов подводный модуль мобилен в использовании и на малых глубинах может управляться одним оператором. Использование шести камер обеспечивает обзор в 360° (без слепых зон). При использовании подводного модуля нет ограничения времени нахождения его под водой.
При использовании подводного модуля в районе сильных течений возможна установка дополнительного утяжеления в виде свинцовых пластин с креплением и с парусом для стабилизации аппарата при проведении подводных работ. Общая схема использования предлагаемого устройства представлена на фиг. 3.
Подводный модуль 1, соединенный несущим кабель-тросом 8 с управляющим модулем 10, размещенным на плавсредстве. При необходимости дополнительно оснащается утяжелителем и парусом 11.
Это дает следующие дополнительные преимущества при использовании подводного модуля на течении:
- возможность использования с маломерных судов;
- устойчивое удержание подводного модуля в заданной точке в условиях сильного течения;
- безопасность применения подводного модуля в сложных условиях;
- отсутствие необходимости применения водолаза, подвергая его риску на сильном течении;
- для судна не требуется сложная постановка рейдового оборудования.
Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает повышение безопасности и эффективности проведения обследовательских подводных и водолазных работ по техническому обслуживанию и ремонту гидротехнических сооружений и разных подводных объектов, в том числе опор автомобильных и железнодорожных мостов, за счет обеспечения постоянного кругового обзора.
Список использованных источников
1. Справочник водолаза. Вопросы и ответы: 2-е изд. перераб. и. доп. / И.В. Меренов, В.В. Смолин. Л.: Судостроение, 1990. - 400 с.
2. Погружаемая платформа-трансформер и роботизированный комплекс для осуществления подводных работ. Патент на изобретение №2438914. РФ: МПК В63В 35/00, В63С 11/48 / Есаулов Е.И., Култыгин Е.Ю., Гуркин В.Ф., Черников С.Г., Глущенко М.Ю., Белотелов Д.В., Фофанов Д.В., Захаров А.В. Заявл. 27.09.2010 г. Опубл. 10.01.2012 г. Бюл. №1.
3. Необитаемые подводные аппараты и гидроакустические системы. ОАО «ТЕТИС ПРО». Каталог продукции. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tetis-pro.ru/catalog /, свободный - (11.10.2019).
4. Малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат. Патент на изобретение №2387570. РФ: МПК В63С 11/00 / Щербатюк А.Ф., Костенко В.В., Быканова А.Ю. Заявл. 29.12.2008 г. Опубл. 27.04.2010 г. Бюл. №12.