Автономный подводный видеомодуль

Полезная модель относится к дистанционно управляемым устройствам подводного видеонаблюдения и может быть использована для мониторинга выбранного объекта наблюдения как в стационарном, так и в буксируемом режимах, например, газового факела путем визуального контроля или, при необходимости, с измерением его физических параметров (температуры, солености, акустических шумов).
Известно, что в процессе как научного, так и прикладного исследования морских районов, имеющих углеводородный потенциал, а это, как правило, достаточно большие площади, в первую очередь ставится задача быстрого и эффективного определения перспективности района, что требует получения достоверных признаков наличия в районе активной углеводородной системы, локализации площадей, которые имеют наибольшую перспективность для разведочного бурения или представляют научный интерес.
Для этого используют различные буксируемые судном и стационарные устройства, способные передавать получаемую информацию по кабелю или радиоканалу и/или записывать получаемую информацию.
Наиболее часто для этих целей используют буксируемые системы, состоящие из погружной буксируемой платформы с видеокамерой и кабель-троса, по которому видеосигнал передается на борт судна. (http://ymg.rosgeo.com/ru/content/%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%8B).
Основным существенным недостатком таких комплексов является неустойчивость их положения в пространстве, склонность к вращению вокруг кабель-троса в рабочем положении, а также малое время наблюдения за выбранными объектами, определяемое скоростью движения судна-носителя.
Для предотвращения вращения с целью повышения качества результатов применяют различные приспособления, например, используя специальную систему опускания платформы с видеоаппаратурой с борта судна. Такая погружная телеметрическая платформа состоит из металлического каркаса, на площадке которой укреплена видеокамера. Платформа движется по двум стабилизирующим тросам, идущим от лебедок через блоки на фальшборте судна в воду. На концах тросов висят металлические утяжелители. Вертикальное перемещение телеметрической платформы осуществляется кабель-тросом (п. РФ №66520 U1).
Известен подводный буксируемый видеомодуль, входящий в состав подводного телеуправляемого комплекса для обнаружения и оценки ресурсов морских газогидратных месторождений, предназначенный для дистанционного видео обследования морского дна в режиме буксировки в районах, перспективных на содержание в осадках газовых гидратов. Видеомодуль оборудован эхолотом, телекамерой и обеспечивает передачу полученной видеоинформации и информации о расстоянии до дна на борт судна по оптоволоконному кабель-тросу и/или записи телевизионного изображения на видеорекордер. Видеомодуль также обеспечивает прицельную постановку исследовательского модуля в выбранное по результатам видеосъемки месте. («Подводный буксируемый видеомодуль комплекса обнаружения и оценки ресурсов морских газогидратных месторождений» Егоров А.В., Афанасьев В.Н, Лежнин В.А., Римский-Корсаков Н.А., Лискин В.А., Пронин А.А XII Международная научно-техническая конференция «Современные методы и средства океанологических исследований» (МСОИ-2011). Москва. ИОРАН. 23-25 ноября 2011. Материалы конференции. Т. 2, С. 69-71).
Наиболее приемлемыми для этих целей являются стационарные устройства подводного видеонаблюдения, которые устанавливают на дне или вблизи дна и которые снабжены блоком регистрации, обработки и записи видеоизображений, например, представленный в п. РФ №24552 U1. Однако, видеонаблюдение с помощью названного подводного видеорегистратора осуществляется не в реальном времени, изображение объекта наблюдения может быть получено только после подъема видеорегистратора на борт судна и считывания информации (изображения) из жесткого диска подводного компьютера. К тому же управление процессом видеосъемки реализовано в виде управляющей программы, параметры которой устанавливаются перед погружением и не могут изменяться в процессе видеосъемки под водой. Полученную информацию анализируют только после поднятия устройства и подключения к стационарному компьютеру.
Наиболее близким к заявляемому является автономный подводный донный видеомодуль, обеспечивающий долговременный мониторинг в фиксированном месте (http://www.sbras.info/articles/overview/podvodnyi-robot-dlya-poiska-gazogidratov-budet-ispytan-letom-na-baikale). Модуль представляет собой рамную конструкцию, снабженную гидроакустической системой связи, измерительным оборудованием, блоками питания и блоком управляющей электроники, а также боксами для осветителей и видеокамер. Для передачи информации требуется, чтобы судно приблизилось к модулю и пробыло над ним время, необходимое для получения информации. Подводный модуль обладает высокой мобильностью, простотой постановки и снятия модуля с исследовательского судна, выполняет все операции автоматически и не нуждается в обслуживающем персонале. Модуль осуществляет долговременный мониторинг параметров среды. Преимущество использования модуля в том, что есть возможность проводить долговременные исследования в морских условиях. Удобно устанавливать и изымать оборудование.
Техническая проблема заключается в расширении арсенала автономных средств для подводного видеонаблюдения.
Технический результат - повышение эффективности и качества получаемой информации за счет управления углом зрения видеокамер в реальном времени с целью выбора наиболее информативного изображения наблюдаемого процесса, происходящего с объектом.
Проблема решается автономным подводным видеомодулем, включающим корпус в виде металлической рамы, основание которого оборудовано помещенными в герметичные контейнеры блоками питания, промышленным компьютером, системами передачи данных и связи, блоками видеокамер и осветителей, при этом основание снабжено поворотным механизмом по азимуту и углу места, выполненным в виде цилиндра, вращающегося вокруг вертикальной оси (в виде неподвижной трубы), снабженного установленной на цилиндре с помощью двух горизонтальных полуосей планкой для размещения осветителей и 2-х видеокамер, одна из которых HD стандарта, а другая - видеокамера высокого разрешения, вращение цилиндра осуществляется с помощью электродвигателя с редуктором, установленным на нижней плоскости основания, а вращение планки по углу места обеспечивает второй электродвигатель с редуктором, установленным на планке таким образом, чтобы выходная шестеренка редуктора двигалась по шестеренке, закрепленной на боковой поверхности цилиндра, система связи устройства является беспроводной, выполненной на основе Wi-Fi, установленного на буе, и связанного кабелем-тросом через систему передачи данных с промышленным компьютером.
За счет установки видеокамер и осветителей на горизонтальной планке поворотного механизма, обеспечивающего движение по азимуту и углу места, удается при любой ориентации устройства на дне оценить окружающую обстановку и точно направить камеры наблюдения на выбранный объект, то есть обеспечить как управление положением видеокамер и осветителей, так и отыскать объект наблюдения при произвольной ориентации на дне устройства после его опускания при установке. Кроме этого, предлагаемая конструкция видеомодуля позволяет использовать его и в буксируемом варианте для исследования и выбора места установки.
В заявляемом модуле при необходимости может быть реализована также и возможность объективного контроля ряда физических параметров среды, в которой осуществляется наблюдение за объектом и которые влияют на динамику таких объектов наблюдения, как, например, подводные газовые факелы. Такие параметры среды как, например, температура воды и верхнего слоя донных осадков, акустические колебания потока всплывающих пузырьков и другие, могут быть непосредственно измерены с помощью соответствующих датчиков, установленных на основании устройства либо определены в лабораторных условиях в результате анализа проб воды, отобранных специальными пробоотборниками, которые также могут быть установлены на основании заявляемого устройства.
На Фиг. схематично изображен один из возможных вариантов заявляемого устройства, где 1 - основание корпуса, 2 - неподвижная труба (вертикальная ось) поворотного механизма; 3 - вращающийся цилиндр с полуосями для крепления планки; 4 - несущая поворотная планка; 5 - шестеренка вращения цилиндра; 6 - шестеренка редуктора вращения цилиндра; 7 - осветители, 8 - видеокамера стандарта HD, 9 - видеокамера высокого разрешения, 10 - двигатель поворота по углу места с редуктором; 11 - контейнеры с аккумуляторами; 12 - контейнер с промышленным компьютером; 13 - контейнер с блоком системы передачи данных; 14 - кабель-трос; 15 - буй с блоком системы передачи данных; 16 - беспроводной радиомост Wi-Fi; 17 - каркас корпуса.
Поворот по азимуту реализуется за счет поворота цилиндра (3), установленного на неподвижной трубе (2) (вертикальная ось). Перпендикулярно оси цилиндра в верхней его части на двух полуосях закреплена планка (4) с редуктором (10). На планке установлены видеокамеры (8, 9) и осветители (7). В нижней части цилиндра закреплена шестерня (5), которая находится в зацеплении с шестеренкой (6) малого диаметра редуктора, установленного на нижней плоскости платформы. С помощью этого редуктора осуществляется круговое движение цилиндра в секторе. Смещение планки с видеокамерам и осветителями по углу места происходит благодаря собственному редуктору (10), закрепленному на пластине (4). Управление перемещением видеокамер и осветителец осуществляет в реальном времени оператор по системе связи WiFi.
Предлагаемое устройство позволяет последовательно решить две задачи: первая - поиск (выбор) объекта наблюдения. В этом режиме устройство погружается с дрейфующего судна-носителя на глубину меньшую, чем глубина акватории на 1-2 м, при этом буй остается на палубе судна, и изображение дна передается по каналу Wi-Fi на монитор оператора, который осуществляет поиск объекта наблюдения. Когда объект наблюдения, например, газовый факел, оказывается в поле зрения видеокамер, несущий кабель-трос (14), удерживающий на весу над дном устройство, отпускается и видеомодуль опускается на дно, а буй (15) до этого момента находившийся на палубе судна опускается на воду. Буй (15) с системой связи Wi-Fi кабель-тросом (14) последовательно соединен с системой передачи данных (13) и промышленным компьютер (12), установленным на платформе (1) устройства. Питание устройства осуществляется за счет аккумуляторных батарей (11).
После установки устройства на дно решается вторая, основная задача: получение качественного изображения выбранного объекта при том пространственном положении устройства, в котором оно оказалось после падения на дно. Для этого с помощью поворотного механизма по азимуту и углу места видеокамерами (8-9) находят объект видеонаблюдения, изображение которого в реальном времени передается на монитор оператора с ip-видеокамеры (8), работающей в HD стандарте, и регулировкой увеличения (zoom) и фокусного расстояния добиваются наиболее четкого изображения объекта на экране монитора. После этого производится настройка видеокамеры высокого разрешения (9), для чего с помощью этой камеры делается несколько снимков в процессе которых настройки видеокамеры подбираются таким образом, чтобы получилось наиболее четкое изображение объекта наблюдения. Снимки с камеры высокого разрешения передаются с задержкой (не в реальнеом времени) из-за большой информационной емкости каждого снимка. После настройки обеих видеокамер устройство для подводного видеонаблюдения переводится в рабочий режим работы, при котором осуществляется запись под контролем оператора изображения объекта наблюдения с ip-видеокамеры, которое передается в реальном времени по Wi-Fi каналу связи на корабль, а изображение высокого разрешения записывается в память электронного блока управления устройства. Запись может продолжаться от нескольких минут до 5 часов.
Все команды управления находящимися под водой видеокамерами и осветителями, а также получение изображения с видеокамер и, при необходимости, управление режимом работы датчиков измеряемых физических параметров, осуществляют с корабля, дрейфующего или маневрирующего недалеко от буя (15), через систему связи Wi-Fi (16), блок которой установлен на буе, плавающем по поверхности воды, и систему передачи данных (13), блоки которой установлены на платформе устройства.
При необходимости изменить объект наблюдения с помощью кабель-троса (14) модуль поднимают на борт корабля и судно может перейти в другую точку или район исследований. В новом районе работа начинается с поиска нового объекта наблюдения.
Заявляемое устройство может быть реализовано с использованием известных, промышленно выпускаемых компонентов. Так, в опытном варианте устройства были использованы: в качестве осветителей - светодиоды Polaroid LED MR 16; HD видеокамеры - камера Tantos Tsi-ple2vpz; а видеокамеры высокого разрешения - AXIS P1428-E; промышленного компьютера - Raspberry Pi 3; система передачи данных создана на базе 2-х Osnovo tr-ip2; установленных на буе и на платформе устройства; а система связи - беспроводной радирмост Wi-Fi, на mikrotik Groove A-52HPn.
Автономный подводный видеомодуль предлагаемой конструкции значительно повышает эффективность и качество работ по длительному в режиме реального времени мониторингу состояния выбранного объекта наблюдения в процессе как научного, так и прикладного исследования.