НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ СУДНО С БОРТОВЫМ ЦЕНТРОМ УПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ

Полезная модель относится к области судостроения, а именно к конструкциям научно-исследовательских судов рыбопромыслового флота, предназначенных для предотвращения ущерба водным биологическим ресурсам (ВБР), обеспечения их рационального использования, проведения достоверного ихтиологического контроля и управления работой всех научно-исследовательских судов (НИС), находящихся на промысле. Полезная модель также может быть использована в различных областях науки, техники и промышленного производства, которые связаны с судостроением и предполагают использование интегрированных навигационных, коммуникационных и навигационно-промысловых комплексов и систем.
Известны конструкции научно-исследовательских судов (НИС) рыбопромыслового флота, например, НИС проекта 833 (см. «Справочник типовых судов «Флот рыбной промышленности», издание 3, М, «Транспорт», 1990 г., стр. 100-103), предназначенное для проведения научно-исследовательских работ, связанных с изучением морских ресурсов и включающих выполнение контрольных тралений водных биоресурсов (ВБР). Указанное судно содержит профильные лаборатории, конвенционное, научное, специальное, промысловое и коммуникационное оборудование для проведения морских ресурсных исследований, мониторинга среды обитания промысловых гидробионтов, оценки состояния и характера распределения промысловых объектов и их кормовой базы, а также проведения тралово-акустических съемок.
НИС проекта 833 построено на базе типового серийного добывающего судна, адаптированного к выполнению ограниченного перечня функций в процессе научных исследований, не выходящих за рамки управления работой на промысле с помощью сокращенного парка судового комплектующего оборудования, что предопределило его принципиальный недостаток - ограниченные функциональные возможности и инструментальные ресурсы, не позволяющие выполнять оценку запасов ВБР на высоком уровне (с высокой точностью). В частности, суда данного проекта не оснащены многолучевыми гидролокаторами, гидролокаторами кругового обзора, научными эхолотами, профилографами, батискафами, подводной видеотехникой и т.д.
Кроме того, НИС проекта 833 имеет ограниченные возможности в части выполнения процесса сбора, обработки, визуализации и обмена научными данными при проведении рыбохозяйственных исследований на основе компьютерных и информационных технологий, необходимые для информационной поддержки процессов управления судном и его механизмами на должном уровне.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по своему назначению и общей компоновке, принятым за ближайший аналог (прототип) полезной модели, является многоцелевое «Научно-исследовательское судно «Г.О. Саре» (см. Приложение 1 - рекламно-информационный проспект фирмы «Симрад», Норвегия, P.O. Strandpromenaden 50, Box 111, NO-3191 Horten, Norway), предназначенное для проведения биологических и научно-исследовательских работ, в том числе связанных с выполнением контрольных тралений водных биоресурсов (ВБР).
Указанный ближайший аналог-прототип содержит профильные лаборатории, конвенционное, научное, специальное, промысловое и коммуникационное оборудование, а также операционный центр для анализа результатов научных исследований, образующих функциональный контур научных рыбохозяйственных исследований, в котором реализованы возможности рациональной компоновки рабочих мест для изучения морских гидробионтов, включая выполнение контрольных тралений. В общем случае функциональный контур представляет собой совокупность (набор) взаимосвязанных и взаимодействующих между собой судовых приборов, устройств и оборудования, обеспечивающих решение соответствующих, в том числе научно-исследовательских задач. Сбор данных по состоянию водной экосистемы осуществляют с помощью современных гидроакустических научных приборов (гидролокатора и эхолота), орудий лова с датчиками и дистанционно управляемого погружного устройства (ROV), также входящих в состав контура научных рыбохозяйственных исследований. Постройка НИС «Г.О. Саре» является совместным проектом Океанологического института и Университета г. Бергена (Норвегия).
Недостатками ближайшего аналога (прототипа) является наличие в нем лишь одного функционального контура, а именно: контура проведения научных рыбохозяйственных исследований, что существенно ограничивает функциональные возможности НИС с бортовым центром управления научными исследованиями в части сбора, обработки и визуализации данных для информационной поддержки процессов управления научными исследованиями, судном и его механизмами в целом.
Кроме того, недостатком является весьма узкая проблемная ориентация вышеупомянутого операционного центра НИС «Г.О. Саре», что исключает многовариантность его (центра) компоновки в зависимости от задач, решаемых конкретным НИС, условий его работы на промысле и т.д.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение недостатков ближайшего аналога-прототипа, в том числе повышение качества процессов сбора, обработки и визуализации научных данных, расширение функциональных возможностей и сокращение непроизводственных потерь рабочего времени НИС, за счет применения бортового центра управления научными исследованиями (БЦУНИСР), включающего в свой состав, по крайней мере, четыре проблемно-ориентированных функциональных контура с расширенным составом судового комплектующего оборудования, которое имеет многоцелевое назначение и может использоваться одновременно в двух и более контурах, выполненных на основе модульной конструкции, что позволяет устанавливать БЦУНИСР на НИС различного класса, исходя из объема и характера решаемых научно-исследовательских задач.
При этом решена задача создания принципиально нового экономически высокоэффективного научно-исследовательского судна с бортовым центром управления научными исследованиями, которое в отношении количества, надежности и достоверности одновременно измеряемых научных данных, обеспечения безопасности мореплавания и проведения рыбохозяйственных исследований полностью отвечает современным требованиям к конвенционному и научно-техническому оснащению научно-исследовательских судов рыбопромыслового флота.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом научно-исследовательском судне с бортовым центром управления научными исследованиями, включающим профильные лаборатории, аналитический центр и размещенное в них конвенционное, научное, специальное, промысловое и коммуникационное оборудование, образующие контур научных рыбохозяйственных исследований и позволяющие в составе последнего (контура) осуществлять: изучение морских биоресурсов, мониторинг среды обитания промысловых гидробионтов, оценку состояния и характера распределения промысловых объектов и их кормовой базы, а также проведение тралово-акустических съемок, включая выполнение контрольных тралений водных биоресурсов, в отличие от ближайшего аналога-прототипа, бортовой центр управления научными исследованиями дополнительно снабжен, по меньшей мере, тремя функциональными контурами, взаимосвязанными и взаимодействующими между собой и с вышеупомянутым контуром (научных рыбохозяйственных исследований), а именно: контуром навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна; контуром промыслово-навигационного информационного обеспечения и контуром связи, при этом контур навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна включает главный пост управления, штурманский пост, пост добычи и пост швартовки, в составе которых предусмотрены органы управления движением, маневрированием судна, и орудиями лова, в том числе главным двигателем, рулевым устройством, якорным устройством, навигационным, коммуникационным, специальным оборудованием, аварийно-предупредительной сигнализацией и аппаратно-программными средствами; контур промыслово-навигационного информационного обеспечения включает навигационное и промысловое оборудование, одновременно входящее в состав контура научных рыбохозяйственных исследований и контур навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна, образующее функциональный модуль промысловой навигации, модуль автоматического сбора и ввода данных от судовых датчиков и систем, модуль редактора пользовательских слоев и объектов, а также модуль отображения и идентификации результатов обработки данных на электронных картах и бумажных носителях информации, причем в составе упомянутых модулей предусмотрены соответствующие датчики информации и взаимосвязанные с ними аппаратно-программные средства; контур связи содержит средства внутрисудовой связи и средства внешней судовой радиосвязи, в том числе аппаратуру глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности мореплавания, а также средства спутниковой связи для передачи научных данных на береговой центр обработки или по запросам пользователей.
Одной из наиболее эффективных является конструкция НИС, при которой в составе контура научных рыбохозяйственных исследований предусмотрены судовой научно-технический комплекс, обеспечивающий программно-аппаратное оснащение профильных лабораторий и аналитического центра научно-исследовательского судна для автоматизированного сбора, обработки и отображения научной информации, а также судовая интегрированная информационная система, которая объединяет конвенционное, научное, специальное, промысловое и коммуникационное оборудование научно-исследовательского судна с помощью судовой локальной вычислительной сети, многофункциональных мониторов, аппаратно-программных средств и коммуникационных средств взаимного обмена служебной информацией между судами, береговыми научными институтами, центрами мониторинга и ситуационным центром Росрыболовства и обеспечивает сбор, обработку, визуализацию, подготовку и передачу потребителям информации, поступающей от инструментальных средств и приборов автоматизированных рабочих мест профильных лабораторий контура научных рыбохозяйственных исследований.
При этом, поставленные цели также достигаются тем, что описанные выше функциональные контуры выполнены на основе модульной конструкции, т.е. формируются из отдельных съемных модулей, например посредством быстроразъемных соединений.
Контур навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна предусматривает задание режимов и параметров управления движением или позиционированием, обеспечивая выработку навигационных данных для выхода судна в заданную точку, управления движением (позиционированием) судна при работе с буксируемым (телеуправляемым) подводным аппаратом, управления в точке при выполнении научных работ с динамическим позиционированием, управления движением судна по заданной траектории с использованием активных средств, управления перемещением и разворотом по курсу на сверхмалых скоростях в режимах динамической стабилизации и вектором скорости движения при маневрировании и т.д.
В общем случае, предусмотренный на судне бортовой центр управления научными исследованиями (БЦУНИСР) представляет собой совокупность судовых приборов, устройств, систем и оборудования, объединенных единой локальной сетью для обеспечения их интеграции и взаимодействия, а также импорта данных. При этом оборудование и измерительные приборы, а также их репитеры (выносные мониторы), палубно-лабораторный комплекс (лаборатории, ангары, лебедки, кран-балки и т.п.) функционально и конструктивно интегрированы в БЦУНИСР.
Таким образом, предложенная конструкция научно-исследовательского судна с БЦУНИСР предусматривает многофункциональное применение одного и того же оборудования, одновременно используемого в составе двух и более функциональных контуров.
Причем, в основу создания предлагаемого БЦУНИСР положен принцип, в соответствии с которым формируют базовый комплект взаимосвязанного и взаимодействующего между собой оборудования в составе БЦУНИСР, обеспечивающий реализацию следующих функций:
а) осуществление поиска водных биоресурсов, оценку их промысловой значимости;
б) постановку трала в оптимальной точке и вывод на заданную глубину, наведение трала на наиболее плотную часть скопления;
в) выполнение многовидовых тралово-акустических съемок по оценке запасов промысловых гидробионтов;
г) изучение океанологических условий формирования биологической и промысловой продуктивности вод в районах исследований;
д) осуществление мониторинга среды обитания промысловых гидробионтов;
е) проведение оценки состояния и характера распределения кормовой базы, пищевой обеспеченности основных промысловых рыб;
ж) автоматизированный сбор, обработку и отображение информации от судового научного оборудования и приборов;
з) подготовку и представление научному персоналу и судоводителям НИС текущей и обобщенной формализованной и графической информации о результатах выполненных исследований, а также формирование баз данных, необходимых для принятия оперативных и долгосрочных решений;
и) информационное обеспечение промысловой навигации и динамическое управление судном;
к) выработку данных для системы управления динамическим позиционированием в точке при выполнении научных работ;
л) выработку данных для системы управления движением судна под активными средствами по заданной траектории;
м) сбор, нанесение (регистрацию) и редактирование на электронной карте промысловых событий и объектов с объемной визуализацией рельефа дна в интересах повышения эффективности промысла;
н) управление выполнением научных операций (лебедками, кран-балками, выстрелами, откидными площадками);
о) количественную оценку промысловой значимости обнаруживаемых рыбных скоплений;
п) поиск, разведку, исследование и оценку ожидаемой продуктивности промысловых районов Мирового океана;
р) мониторинг состояния морской поверхности и оценку степени загрязненности в районах интенсивного рыболовства и нефтедобычи;
с) мониторинг ледовой обстановки;
т) съемку рельефа дна на обследуемой акватории;
у) формирование массивов данных для подготовки к изданию электронных навигационно-промысловых карт Мирового океана и внутренних морей Российской Федерации;
ф) создание комплексной информационно-справочной системы, включающей проблемно-ориентированные СУБД по научным лабораториям судна;
х) информационный обмен с Отраслевой системой мониторинга (ОСМ) Росрыболовства;
ц) использование данных спутникового дистанционного зондирования океана.
Каждая из вышеуказанных функций обуславливает решение посредством предлагаемой конструкции научно-исследовательского судна с БЦУНИСР соответствующих задач, в том числе:
- предотвращение аварий трала при работе в непосредственной близости от грунта или на сложных промысловых участках путем учета профиля дна, влияния течений и гидрометеорологических условий на движение судна и трала;
- интеграцию конвенционного оборудования и данных, связанных с обеспечением безопасности мореплавания с научным оборудованием и данными;
- импорт навигационных и научных данных, отображаемых на универсальных многофункциональных дисплеях;
- управление процессами судовождения и маневрирования на переходах в районах проведения исследований;
- повышение надежности и безопасности выполнения научных работ в море;
- экономию времени при выполнении научных работ (времени нахождения НИС в море);
- автоматизацию функций управления научными технологическими операциями при проведении исследовательских работ;
- оперативный анализ хода выполнения научных работ;
- обеспечение автоматизированного сбора, обработки, регистрации, архивирования и представления научных данных, получаемых в ходе выполнения рейсового задания, а также от приборов и комплексов, интегрированных в БЦУНИСР.
Кроме того, разработка базовых конструктивно-технологических решений при проектировании БЦУНИСР, обеспечивающих создание универсальных постов и автоматизированных рабочих мест в центре управления НИС у кардинально улучшает эффективность проведения научных исследований, в части:
- повышения точности научных измерений, а также надежности и безопасности выполнения научных работ в море;
- гармонизации приборного состава и компоновки объединенного пульта управления центра и автоматизированных постов операторов для профильных (проблемно-ориентированных) лабораторий;
- внедрения судовых локальных сетей, программного обеспечения, аппаратных средств и интерфейсов связи для сопряжения и оптимального объединения судового конвенционного, научного, специального, промыслового и коммуникационного оборудования.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображено научно-исследовательское судно с бортовым центром управления научными исследованиями с обозначенными основными функциональными контурами БЦУНИСР.
Примером конкретного выполнения заявляемой полезной модели является один из вариантов научно-исследовательского судна с бортовым центром управления научными исследованиями, разработанный ОАО «Гипрорыбфлот». При этом бортовой центр управления научными исследованиями получил коммерческое наименование «Бортовой центр управления научно-исследовательского судна Росрыболовства (БЦУНИСР)».
Научно-исследовательское судно с бортовым центром управления научными исследованиями содержит контур навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна 1, контур научных рыбохозяйственных исследований 2, контур промыслово-навигационного информационного обеспечения 3 и контур связи 4. В состав контура навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна (1) входят главный пост управления 5, штурманский пост 6, пост добычи 7 и пост швартовки 8, в которых размещены органы управления судовым комплектующим оборудованием (на чертеже не показаны) для управления движением, маневрированием судна и орудиями лова, в том числе главным двигателем, рулевым устройством и якорным устройством, а также навигационным, коммуникационным и специальным оборудованием, аварийно-предупредительной сигнализацией и аппаратно-программными средствами (на чертеже не показаны).
В состав контура научных рыбохозяйственных исследований (2) входят судовой научно-технический комплекс (НТК) 9, обеспечивающий программно-аппаратное оснащение профильных лабораторий судна и аналитического центра (на чертеже не показан) для автоматизированного сбора, обработки и отображения научной рыбохозяйственной информации (в части поиска, обнаружения, оценки биомассы, распределения и поведения рыбных скоплений, измерения параметров водной среды, гидробиологических и метеорологических данных) и судовая интегрированная информационная система (СИИС) 10, которая с помощью судовой локальной вычислительной сети (ЛВС), аппаратно-программных средств и коммуникационных средств взаимного обмена служебной информацией между судами, береговыми научными институтами, центром мониторинга и ситуационным центром Росрыболовства (на чертеже не показаны) объединяет навигационное; научное, промысловое и коммуникационное оборудование НИС, обеспечивая сбор, обработку, визуализацию и подготовку информации, поступающей от инструментальных средств, приборов и автоматизированных рабочих мест профильных лабораторий контура научных рыбохозяйственных исследований.
Контур промыслово-навигационного информационного обеспечения (3) БЦУНИСР для эффективного и безопасного проведения тралово-акустических съемок включает часть технических средств, входящих в состав ранее описанного контура навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования (1) судна и контура научных рыбохозяйственных исследований (2), а также промысловое оборудование (на чертеже не показано), образующих функциональный модуль промысловой навигации 11, модуль автоматического сбора и ввода данных от судовых датчиков и систем 12, модуль редактора пользовательских слоев и объектов 13 и модуль отображения и идентификации результатов обработки данных на электронных картах и бумажных носителях информации 14. В состав модулей 11, 12, 13 и 14 включены соответствующие датчики информации и взаимосвязанные с ними аппаратно-программные средства (на чертеже не показаны).
Контур связи (4) БЦУНИСР содержит средства внутрисудовой связи 15 и средства внешней судовой радиосвязи 16, в т.ч. аппаратуру глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности мореплавания (ГМССБ), а также средства спутниковой связи для передачи научных данных на берег в центр обработки или по запросам других пользователей.
Этот же контур обеспечивает обратную связь с судном в направлении «берег-судно» для получения целевых указаний, заданий, оказания консалтинговой помощи и т.д.
Эксплуатацию научно-исследовательского судна с БЦУНИСР осуществляют следующим образом.
Перед проведением работ основная нагрузка падает на контур навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования судна (1), размещенного в ходовой рубке (на чертеже не показан). С помощью выносных мониторов навигационного и специального оборудования, установленных в профильных лабораториях и аналитическом центре (на чертеже не показаны) начальник рейса и научный персонал получают возможность ведения постоянного контроля за ситуацией, чтобы (при необходимости) своевременно поставить перед экипажем новую задачу или остановить процесс. При этом показания приборов, входящих в состав контура навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования 1 передаются на мониторы и средства сбора информации контура научных рыбохозяйственных исследований 2, контура промыслово-навигационного информационного обеспечения 3 и контура связи 4. Таким образом, обеспечивается замкнутый технологический процесс, состоящий из нескольких технологических циклов, исключающий неоправданное дублирование судового комплектующего оборудования, требуемого для решения частных задач конкретного контура. После выхода в заданную точку проведения исследований, измерений или тралово-акустических съемок основная нагрузка переходит к контуру научных рыбохозяйственных исследований 2, аппаратно-программные средства которого (научные приборы и оборудование), установленные в профильных лабораториях, также аналитическом центре НИС, размещенном под ходовой рубкой - палубой ниже (на чертеже не показан). В процессе выполнения исследований показания приборов, входящих в состав контура научных рыбохозяйственных исследований 2 передаются на мониторы и средства сбора информации контура навигационного обеспечения движения и динамического позиционирования 1, а также интегрируются и передаются вместе с данными контура 2 в контур промыслово-навигационного информационного обеспечения 3, что позволяет вахтенному составу и научной группе НИС совместно контролировать процесс проведения тралово-акустических съемок и измерений. Собранные, обработанные, зарегистрированные и подготовленные к передаче данные поступают в контур связи 4 и передаются соответствующим пользователям по установленному списку адресов, в первую очередь, береговым научным институтам, центрам мониторинга и в ситуационный центр Росрыболовства. Береговой научный институт 17, курирующий работу НИС, дает оценку полученным результатам исследований и может поставить перед экипажем и научным персоналом судна новую задачу. При последующих процедурах научных исследований операции выполняются аналогично указанным выше, при этом набор оборудования, систем и приборов, входящих в состав функциональных контуров 1, 2, 3 и 4, а также функциональных модулей 7, 8, 9 и 10 определяют исходя из характера и объема решаемых задач.
Предлагаемое научно-исследовательское судно с БЦУНИСР, который включает в свой состав 4-е функциональных контура и упомянутые функциональные модули, обеспечивающие выполнение современных технических требований к судам данного назначения за счет внедрения новых, экономически обоснованных и высокоэффективных инновационных технологий, использования новых видов оборудования и многовариантной конструкции, позволяет значительно повысить достоверность оценки запасов ВБР с минимизацией физического их изъятия и травмирования, а также улучшить производственные и экономические показатели работы научно-исследовательских судов Росрыболовства в целом.