СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПОДВОДНОГО ПЛАВСРЕДСТВА ПО ТРАССЕ ПОДВОДНОГО КАБЕЛЯ ИЛИ ТРУБОПРОВОДА
METHOD FOR NAVIGATIONAL ORIENTATION OF UNDERWATER FLOATING VEHICLE ON ROUTE OF UNDERWATER CABLE OR PIPELINE

Изобретение относится к способам навигационного ориентирования подводными плавсредствами (ППС) при движении по заданному маршруту.
В настоящее время освоение обширных арктических районов прилегающими к ним государствами требует существенного расширения их транспортной системы и транспортного обеспечения всей Арктической инфраструктуры с применением авиации, ледокольного флота, подводных обитаемых и необитаемых плавсредств.
Обеспечение точности навигационного ориентирования подводного плавсредства в арктических районах необходимо по следующим причинам [9]:
- увеличение погрешностей навигационных приборов ППС с течением времени следования по назначенному маршруту;
- непредвиденное изменение скорости и/или направления течения, изменяющие параметры движения ППС;
- наличие ледового покрова, препятствующего всплытию ППС на поверхность для уточнения места.
Особенно актуальной является задача обеспечения точности навигационного ориентирования ППС при следовании между пунктом отправления и пунктом назначения, маршрут между которыми следует через архипелажные районы с промежуточными островами, что приводит к многократным изменениям направления маршрута, вплоть до отсутствия прямолинейных участков и необходимости движения по траектории сложной криволинейной форме. Назначаемый маршрут ППС представляет собой последовательность прямолинейных галсов заданных направлений и протяженности. Поэтому в указанных условиях назначение маршрута ППС будет затруднено или становится невозможным.
Вместе с тем, между пунктом отправления и пунктом назначения обычно проложены подводные кабели и трубопроводы, проложенные по дну морей, которые могут служить навигационными ориентирами и использоваться в целях навигации ППС при назначении маршрута между пунктами, связанными подводными кабелями и трубопроводами.
Для навигационного ориентирования ППС по подводным кабелям и трубопроводам могут использоваться подводные трассоискатели. Так, например, известен трассоискатель или георадар, служащий для дистанционного обнаружения положения и направления трубопроводов и кабелей, расположенных под землей и на дне водоемов [2, 8]. Он представляет собой кабельный локатор, имеющий индуктивный щуп с генератором сигнала и идентификатор кабеля или трубопровода. С его помощью могут быть трассированы любые кабели и трубопроводы, вплоть до волоконно-оптических, особенно если они имеют металлические проводник (трос) или оплетку. Причем подводные оптоволоконные кабели практически всегда оснащены металлическими проводником или оплеткой. Не имеющие их оптоволоконные кабели снабжаются маркировочными лентами или маркерами с резонансными электромагнитными контурами, которые также обеспечивают их обнаружение с помощью трассоискателей.
Трассоискатели регистрируют электромагнитное поле, либо порождаемое сигналом в самом кабеле, либо возбужденное генератором электромагнитных колебаний, входящим в состав трассоискателя, и отраженное (рассеянное) трубопроводом, кабелем или маркерами [2, 5.]. Сигнал, поступающий в трассоискатель, усиливается и обрабатывается, в результате чего на фоне естественных помех выделяется полезный сигнал от металлического троса или оплетки.
В случае использования пары генератор-трассоискатель поиск называется активным. При поиске токоведущих кабелей трассоискатель может использоваться в пассивном режиме. Пассивным способом могут быть обнаружены и трассированы линии электропитания 50 Гц под нагрузкой, трубопроводы с катодной защитой (100 Гц), телефонные кабели по сигналам сигнализации (2-18 кГц), линии одно- или трехпрограммных радиотрансляционных сетей (300 Гц - 130 кГц), а также любые проводящие объекты, в которых электромагнитное поле порождается работающими в диапазоне длинных волн (140-300 кГц) радиопередатчиками и др. [3]. Для этих линий генератор сигнала не требуется, и поиск производится в пассивном режиме.
Подводные оптические кабели, как правило, бронированы [6]. Армирование защищает оптику от деятельности морских обитателей, а также сетей, тралов и якорей рыболовецких судов. Армирующая стальная оплетка располагается поверх слоя кевларовой защиты и придает кабелю достаточные жесткость и прочность для противодействия агрессивным механическим воздействиям извне.
Известные трассоискатели ТИС-5 (НТФ «Гидромастер») и ТИЭМ (НЛП «Форт-М») позволяют ППС обнаруживать подводные коммуникации. Так, судовой электромагнитный трассоискатель ТИЭМ определяет пространственное положение трубопроводов и кабелей на подводных переходах при глубинах водоема до 30 м [5].
Существует автоматизированный комплекс с электромагнитным судовым трассоискателем АМК СКАТ-ТИЭМ, который одновременно с электромагнитными измерениями выполняет и эхолотный промер [1]. Он может использоваться для динамического позиционирования ППС относительно кабеля и трубопровода по глубине на безопасном расстоянии от дна моря, не ающем дальность действия подводного трассоискателя. Малые массогабаритные характеристики и сравнительно большая дальность действия (до 30 м) трассопоисковой системы позволяют использовать ее в качестве навигационной системы подводного плавсредства при следовании его вдоль трассы трубопровода или кабеля, уложенного на дно водоема.
Известен способ обнаружения и определения положения и направления трассы трубопровода или кабеля, уложенного на дно водоема, принятый за прототип изобретения, основанный на применении трассопоисковой системы. Он предусматривает следующие действия [1, 4, 7]:
- вывод плавсредства в район расположения трассы кабеля или трубопровода, обеспечивающий их первоначальное обнаружение;
- перемещение плавсредства по акватории над трассой кабеля или трубопровода по системе ряда смежных взаимообратных галсов, пересекающих кабель или трубопровод;
- регистрация моментов пересечения трассы и с помощью расчетной программы определение положения и направления трассы кабеля или трубопровода.
Способ предназначен для определения положения кабеля или трубопровода и направления их трассы только в одном месте и не пригоден для обеспечения движения плавсредства вдоль трассы с ее использованием в качестве навигационного ориентира вследствие того, что система смежных взаимообратных галсов делает движение плавсредства вдоль трассы неэффективным по времени и затратам энергоресурсов.
Технической задачей и целью изобретения является разработка способа навигационного ориентирования подводного плавсредства по трассе подводного кабеля или трубопровода при назначении маршрута между пунктами отправления и назначения, связанными этим кабелем или трубопроводом. Способ ориентирован на применении именно на подводном плавсредстве в условиях отсутствия других средств навигационного обеспечения, например, при наличии ледового покрова в арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ). Обычные надводные плавсредства в этих условиях для навигационного ориентирования могут использовать навигационное оборудование театра, например, радионавигационную систему [10].
Для достижения цели изобретения предлагается способ навигационного ориентирования подводного плавсредства по трассе подводного кабеля или трубопровода при назначении маршрута между пунктами отправления и назначения, связанными этим кабелем или трубопроводом, при котором:
- выводят подводное плавсредство в район расположения трассы кабеля или трубопровода,
- позиционируют подводное плавсредство по глубине на безопасном расстоянии от дна моря, не превышающем дальность действия подводного трассоискателя,
- перемещают подводное плавсредство по акватории до первого пересечения кабеля или трубопровода,
- регистрируют пересечение трассы,
отличающийся тем, что
- по известному направлению трассы кабеля или трубопровода в начальной точке маршрута подводного плавсредства задают курс первого галса с малым отклонением от направления трассы, обеспечивающий пересечение трассы,
- по окончании первого галса после пересечения трассы изменяют курс подводного плавсредства в противоположную сторону с удвоенным отклонением для обеспечения повторного пересечения трассы кабеля или трубопровода,
- при отсутствии пересечения с трассой кабеля или трубопровода в расчетное время повторно изменяют курс подводного плавсредства с удвоенным отклонением от предыдущего галса в том же направлении до момента пересечения с трассой кабеля или трубопровода,
- повторяют маневрирование подводного плавсредства по этим правилам по максимально спрямленному зигзагообразному маршруту с последовательными пересечениями трассы в противоположных направлениях до момента достижения подводным плавсредством пункта назначения.
Реализация способа навигационного ориентирования подводного плавсредства по трассе подводного кабеля или трубопровода при назначении маршрута между пунктами отправления и назначения, связанными этим кабелем или трубопроводом, показана на фиг. 1. Цифрами обозначены: 1 - пункт отправления подводного плавсредства, 2 - пункт назначения подводного плавсредства, 3 - трасса подводного кабеля или трубопровода, совпадающая с маршрутом подводного плавсредства, 4 - зигзагообразный маршрут подводного плавсредства с системой прямолинейных галсов вдоль трассы подводного кабеля или трубопровода с последовательными пересечениями трассы в противоположных направлениях.
Техническим результатом изобретения служит способ навигационного ориентирования подводного плавсредства по трассе подводного кабеля или трубопровода, позволяющий ему в необеспеченных навигационным оборудованием районах перемещаться в пункт назначения вдоль трассы проложенного подводного кабеля или трубопровода при назначении маршрута между пунктами отправления и назначения, связанными этим кабелем или трубопроводом.
Источники информации, использованные при выявлении изобретения и составлении его описания:
1. АМК «СКАТ» для подводных переходов. НПП «Форт XXI». М.: 2006. URL:.https://www.fort21.m/kom - Дата обращения 05.10.2021.
2. Иванцов И. Трассировка и идентификация кабельных линий // Открытые системы. - Журнал сетевых решений LAN. 2002, №07-08.
3. Классификация оптических кабелей связи // Статьи о кабеле и электротехнике. - URL: https://kabel-s.ru/blog/interesnoe-o-kabele/klassifikaciya-opticheskih-kabeley-svyazi/ - Дата обращения 06.10.2021.
4. Метод позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата в процессе приведения к причальному устройству. / М.П. Колесников, Л.А. Мартынова, И.В. Пашкевич, П.С.Шелест // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2015. Вып. 11. Ч. 2.
5. Научно-производственное предприятие «Форт XXI». - URL: https://www.fort21.ru/ - Дата обращения 05.10.2021.
6. Оптоволоконные. Как устроен оптоволоконный кабель.-DieselStaff. -URL: https://m-gen.ru// -- Дата обращения 06.10.2021.
7. Павин A.M. Разработка алгоритмов поиска и обследования искусственных протяженных объектов с помощью автономного необитаемого подводного аппарата. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Владивосток, 2010.
8. Подводные археологические исследования с помощью георадара "ЛОЗА" в морских и пресноводных водоемах / А.Г. Васильев, В.В. Копейкин, П.А. Морозов, П.В. Хлебопашев, П.Л. Боровский // Фонд подводных археологических исследований им. В.Д. Блаватского; ВНИИСМИ, Институт океанологии РАН; ВНИИСМИ, Институт археологии РАН. - 2007. - 5 с.
9. Роботизированная транспортная система с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов / А.И. Осадчий, В.И. Поленин // Информация и космос №2,2020. - С. 62-68.
10. Судовые радионавигационные системы: Учебник для ВУЗов / Ю.М. Устинова, В.В. Афанасьев, А.Н. Маринич, А.В. Припотнюк. - М.: изд-во Проспект.2010. - 312 с.