Морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны
MARINE PATROL VESSEL FOR ENVIRONMENTAL CONTROL OF TERRITORIAL WATERS, CONTINENTAL SHELF AND EXCLUSIVE ECONOMIC ZONE

Изобретение относится к автоматизированным системам мониторинга водных акваторий и предназначено для проведения контроля экологического состояния водной среды, донных отложений и приводного слоя атмосферы с помощью судового природоохранного комплекса.
Известно судно для экологического контроля водной среды, оснащенное подводным буксиром с размещенными на нем измерительными датчиками параметров воды, средствами для забора воды и грунта, телеуправляемым подводным аппаратом, устройством для ультразвукового зондирования и аппаратурой для обработки информации и анализа воды, которое дополнительно содержит устройство контроля поверхности воды на загрязненность нефтепродуктами, оптический блок которого установлен на выносной консоли в носовой оконечности судна, а также устройство контроля параметров приповерхностного слоя воды, погружаемый блок которого снабжен измерительными датчиками и устройством водозабора и закреплен на каретке, которая установлена с возможностью перемещения по направляющей, состоящей из неподвижной секции, укрепленной на форштевне судна, и поворотной секции, которая в рабочем положении состыкована с неподвижной секцией, продолжая вверх линию форштевня судна, и имеет средства для разворота в вертикальной плоскости до упора, размещенного на палубе. При этом неподвижная секция направляющей в поперечном сечении имеет стреловидную форму, забортные устройства водозабора подключены к гидромагистрали, которая имеет раздельные отводы к аппаратуре гидрохимического анализа по каждому обследуемому горизонту (патент на полезную модель RU №2797 U1, 16.09.1996 [1]).
Известно также патрульное природоохранное судно экологического контроля «Россия», которое предназначено для проведения контроля экологического состояния водной среды, донных отложений и приводного слоя атмосферы с помощью специально разработанного судового природоохранного комплекса "Акватория" (www.Almaz.com [2]).
Район плавания - прибрежные воды, закрытые и открытые моря с возможностью захода в устья рек и крупные озера. Расстояние от порта укрытия до 100 и 50 миль соответственно.
Устанавливаемый на судне судовой природоохранный комплекс (СПК) "Акватория" обеспечивает на ходу контроль параметров воды, донных отложений и приводного слоя атмосферы в акваториях в районе патрулирования, телевизионное обследование участков дна, подводных сооружений и береговых склонов, лоцирование водной поверхности и ультразвуковое зондирование толщи воды.
В состав СПК "Акватория" входят:
буксируемая система контроля параметров водной среды на глубинах до 45 м с погружными датчиками и непрерывным отбором и подачей на борт судна проб воды;
система контроля параметров водной среды в поверхностном слое на глубинах до 2 м, аналогичная по назначению и составу буксируемой системе;
система ультразвукового зондирования толщи воды для обнаружения инородных включений;
телеуправляемый подводный аппарат для осмотровых работ и передачи видеоизображения на борт судна;
аппаратура теленаблюдения надводной обстановки по курсу движения судна;
устройство отбора проб воды из придонного слоя при стоянке судна;
система отбора проб донных отложений при стоянке судна;
система контроля уровня удельной радиоактивности в поверхностном слое воды, отобранных пробах донных отложений и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в приповерхностном слое воздуха;
аппаратура дистанционного лоцирования водной поверхности для обнаружения пленок нефтепродуктов;
гидрохимическая лаборатория для экспресс-анализа в проточном режиме содержания основных загрязняющих веществ в непрерывно подаваемых на борт судна пробах воды;
вычислительный центр, обеспечивающий обработку, документирование и хранение поступающей информации, подготовку электронных карт с индикацией маршрута движения судна, отметок о наличии загрязняющих веществ и точек отбора проб, оформление итоговых документов о результатах патрулирования, а также подготовку информации для формирования банка данных.
Известен также комплекс для контроля экологического состояния акватории, содержащий подводную буксируемую систему, включающую блок датчиков и устройство водозабора, систему отбора проб донного грунта, телеуправляемый подводный аппарат, связанный входом и выходом с выходом и входом пульта управления, и систему ультразвукового зондирования толщи воды, в который введены центральная вычислительная система, система контроля приповерхностного слоя воды, включающая блок датчиков и устройство водозабора, система отбора проб воды из придонного слоя, две системы гидрохимического анализа воды, устройство первичной обработки измерений систем гидрохимического анализа, два блока отбора анализируемых проб воды с превышением предельно допустимой концентрации загрязнения, блок измерения радиоактивности отбираемых проб грунта, датчик радиоактивности воздуха и переключаемый вентиль, два входа которого посредством гидромагистралей связаны с выходами соответственно системы отбора проб воды из придонного слоя и устройства водозабора подводной буксируемой системы, а его выход посредством гидромагистрали подключен к входу второй системы гидрохимического анализа, аналогичный вход первой системы гидрохимического анализа подключен к устройству водозабора системы контроля приповерхностного слоя воды, при этом первая система гидрохимического анализа выходами с первого по четвертый подключена соответственно к входам с второго по пятый устройства первичной обработки измерений систем гидрохимического анализа, вторая система гидрохимического анализа выходами с первого по четвертый подключена к входам с шестого по девятый устройства первичной обработки измерений систем гидрохимического анализа, информационные входы обеих систем гидрохимического анализа подключены соответственно к первому и второму информационным выходам устройства первичной обработки измерений систем гидрохимического анализа, а их гидравлические выходы связаны посредством гидромагистралей с входами соответственно первого и второго блоков отбора анализируемых проб воды с предельно допустимой концентрацией загрязнения, управляющие входы которых подключены к первому, второму и к третьему и четвертому управляющим выходам устройства первичной обработки измерений систем гидрохимического анализа, информационный вход/выход которого посредством интерфейсной магистрали связан с входом/выходом центральной вычислительной системы, первый и второй входы которой подключены к выходам блоков датчиков соответственно системы контроля приповерхностного слоя воды и подводной буксируемой системы, третий вход центральной вычислительной системы соединен с выходом измерителя радиоактивности отбираемых проб грунта, четвертый и пятый входы центральной вычислительной системы подключены соответственно к выходам датчика измерения радиоактивности воздуха и оптического локатора, шестым входом центральная вычислительная система связана с системой спутниковой навигации, а седьмым и восьмым входами/выходами упомянутая система связана с пультом управления и с системой ультразвукового зондирования толщи воды, выход центральной вычислительной системы связан с системой управления судном, при этом управляющие входы системы контроля приповерхностного слоя воды, системы отбора проб воды из придонного слоя, переключаемого вентиля, подводной буксируемой системы и системы отбора проб донного грунта связаны с системой управления судном (патент на полезную модель RU №3041 U1, 16.10.1996 [3]).
Известна также система измерительная химико-физических параметров водной среды автоматическая, характеризующаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один преобразователь гидрохимико-физических параметров водной среды, включающий контактный преобразователь удельной электрической проводимости водной среды, преобразователь температуры, преобразователь водородного показателя, преобразователь значения окислительно-восстановительного потенциала, электрод сравнения, преобразователь массовой концентрации растворенного кислорода, преобразователь глубины, автономный двуполярный источник напряжения питания, запитывающий повторители напряжения, входящие в состав преобразователя водородного показателя, преобразователя значения окислительно-восстановительного потенциала и электрода сравнения, и аналого-цифровой преобразователь с контроллером интерфейса RS-485 на выходе, а также связанную с преобразователем гидрохимико-физических параметров водной среды электронно-вычислительную машину (ЭВМ) с клавиатурой, подключенной к входу-выходу ЭВМ для подключения клавиатуры, и монитором, подключенным к выходу ЭВМ для подключения монитора, при этом первичные измерительные преобразователи контактного преобразователя удельной электрической проводимости водной среды, преобразователя температуры, преобразователя водородного показателя, преобразователя значения окислительно-восстановительного потенциала, преобразователя массовой концентрации растворенного кислорода и преобразователя глубины, а также электрод сравнения, общий для преобразователя водородного показателя и преобразователя значения окислительно-восстановительного потенциала, установлены в передней части герметичного цилиндрического корпуса преобразователя гидрохимико-физических параметров водной среды, выполненного из материала, стойкого к воздействию агрессивной среды, первичный измерительный преобразователь (ПИП) контактного преобразователя удельной электрической проводимости водной среды имеет форму обтекаемого тела вращения, расположен соосно корпусу преобразователя гидрохимико-физических параметров водной среды и содержит пару токовых электродов, один из которых имеет круглую форму и расположен в носовой части ПИП контактного преобразователя удельной электрической проводимости, а другой образован корпусом ПИП контактного преобразователя удельной электрической проводимости, и пару кольцевых потенциальных электродов, расположенных между токовыми электродами соосно этим электродам и изолированных один от другого и от токовых электродов, ПИП преобразователя температуры выполнен из тонкой изолированной медной проволоки, расположенной между двумя полыми тонкостенными цилиндрами, один из которых образован выступом в корпусе ПИП преобразователя температуры, а другой герметично скреплен, преимущественно сварен лазерной сваркой, с первым полым тонкостенным цилиндром и корпусом ПИП преобразователя температуры, в котором выполнены наклонные отверстия для протекания жидкости внутри первого полого тонкостенного цилиндра, ПИП преобразователя водородного показателя выполнен в виде электрода для определения водородного показателя, к которому подключен повторитель напряжения электрода для определения водородного показателя, ПИП преобразователя значения окислительно-восстановительного потенциала выполнен в виде платинового электрода для определения значения окислительно-восстановительного потенциала, к которому подключен повторитель напряжения платинового электрода для определения значения окислительно-восстановительного потенциала, ПИП преобразователя массовой концентрации растворенного кислорода выполнен в виде двухэлектродной ячейки для определения массовой концентрации растворенного кислорода, к выходу которой подключен преобразователь ток-напряжение, ПИП преобразователя глубины выполнен в виде тензометрического мостового преобразователя давления, первичные измерительные преобразователи преобразователя температуры, преобразователя водородного показателя, преобразователя значения окислительно-восстановительного потенциала, преобразователя массовой концентрации растворенного кислорода и преобразователя глубины, а также электрод сравнения расположены в передней части герметичного цилиндрического корпуса преобразователя гидрохимико-физических параметров водной среды вокруг ПИП контактного преобразователя удельной электрической проводимости водной среды, выходы контактного преобразователя удельной электрической проводимости водной среды, преобразователя температуры, преобразователя водородного показателя, преобразователя значения окислительно-восстановительного потенциала, электрода сравнения, преобразователя массовой концентрации растворенного кислорода и преобразователя глубины подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, вход-выход контроллера интерфейса RS-485 соединен последовательным каналом связи с соответствующим входом-выходом ЭВМ, которая выполнена с возможностью обработки данных, получаемых от преобразователя гидрохимико-физических параметров водной среды, визуализации обработанных результатов измерения, архивирования и документирования измерительной информации (патент на полезную модель RU №29376 U1, 10.05.2003 [4]).
Недостатками известных технических решений является наличие выступающих за обводы судна забортных устройств, что отрицательно сказывается как на мореходности самого судна, так и на процесс измерения параметров водной среды.
Также из уровня техники известен корабль типа эсминца, содержащий металлический корпус и надстройку (RU 2249535 [5]).
Недостатком известного технического решения является то, что он не обеспечивает достаточной аварийной остойчивости, из-за чего снижается живучесть, долговечность и экономичность корабля.
Известны также патрульно-гидрографические корабли (Храмушин В.Н. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. Владивосток: Дальнаука, 2003. 172 с. [6], Храмушин В.Н. Гидродинамическая стабилизация корабля на тяжелом волнении. / Мореходство и морские науки - 2008. Труды Первой сахалинской научно-технической конференции 12.02.2008 г. Южно-Сахалинск, изд-во СахГУ, 2008 г. [7], патент GB №1166976 А, 15.10.1969. [8], патент US №5711239 А, 27.01.1998 [9], патент RU №2384456 С2, 20.03.2010 [10]).
Известный патрульно-гидрографический корабль повышенной штормовой мореходности для открытого океана [10] предназначен для всепогодного несения службы в дальневосточных морях России; непрерывного и комплексного контроля состояния морских акваторий; наблюдения за надводной и подводной обстановкой в открытом море и вблизи побережья Сахалина и Курильских островов, в том числе способный обеспечивать непрерывное решение поисковых и научно-исследовательских задач, проводить морскую разведку, гидрографическую и гидрометеорологическую поддержку сил флота; а также во взаимодействии с береговыми морскими службами эффективно решать задачи спасения человеческой жизни на море и информационного обеспечения безопасности мореплавания в штормовых условиях дальневосточных морей России и северо-западной части Тихого океана.
Предметом изобретения [10] является корабль неограниченного района плавания, форма корпуса и общекорабельная архитектура которого обеспечивают наилучшие штормовые мореходные качества в любых погодных условиях дальних океанских походов, что выражается в возможности поддержания высокой скорости хода любым курсом относительно ураганного ветра и штормовых волн с минимальной бортовой и килевой качкой, и, как следствие, способного эффективно использовать все бортовые и забортные технические средства наблюдения и корабельные вооружения.
Корабль является надводным плавсредством с запасом плавучести, не превышающим водоизмещения, не имеющим скуловых и днищевых килей или других активных крыльевых стабилизаторов качки в средней части корпуса. Рассматриваются два варианта установки подкильной гидроакустической станции: в средней части корпуса в виде выдвижной хорошо обтекаемой гондолы, закрепленной на двух узких стойках, не оказывающих влияния на поперечные потоки воды при бортовой качке корабля, и в обтекателе носового бульба, у которого, тем не менее, имеется подрез форштевня для облегчения рыскания корабля в условиях интенсивного штормового волнения.
На борту корабля имеются противокорабельное и зенитное вооружение, радиолокационные комплексы контроля надводной обстановки и специальные системы гидрометеорологического наблюдения; кормовая аппарель для спуска на воду крупного автономного или буксируемого плавсредства, а также гидрофизическое и гидрографическое поисковое оборудование, в том числе представленное самоходными надводными и подводными аппаратами и буксируемыми параванами. При проведении подводных поисковых или гидрографических работ корабль способен образовать широкое поле самоходных и буксируемых гидрофизических станций, обеспечивая покрытие большой по площади морской акватории за один галс.
Дальнейшим развитием известного технического решения [10] является также известное техническое решение, в котором гребные винты корабля снабжены диффузорными насадками с откосом воды с внутренней поверхности насадки, корабль оборудован устройством аэрации потока воды под кораблем в зоне отрицательных давлений под днищем корабля, при этом вдоль шпангоутов корабля установлены аэрационные трубы, которые в нижней своей части, проходящей относительно днища корабля, выполнены перфорированными, а в верхней своей части, сочлененные с воздухозаборниками, на корабле дополнительно установлены многолучевой эхолот, гидроакустический параметрический профилограф, гидролокатор бокового обзора, еще одна малогабаритная ИНС, абсолютный гидроакустический лаг, электронная картографическая система, индикатор совмещенной радиолокационной и картографической информации, модуль радиовысотомеров малых высот, система внешнего пожаротушения, съемные жесткие контейнеры для принятия жидких углеводородов, каждый объемом 350 кубических метров, жесткий водолазный скафандр, судовой приемник радиомаяка дифференциальной системы, навигационная гидроакустическая система с короткой базой и/или длинной базой, морская станция спутниковой связи, глубоководный промерный эхолот, автоматизированный гидрографический комплекс площадной съемки, система планирования, автоматического сбора, регистрации и обработки данных, гидрофизический зонд, гидрохимический зонд, автономный самоходный подводный аппарат для обследования состояния трубопровода по всей протяженности трассы, оснащенный аппаратурой для определения положения трубопровода в пространстве, измерения толщины слоя грунта над трубой, физических и химических параметров в водной среде, параметров электрохимической защиты трубопровода, а также оснащенный телевизионной аппаратурой и бортовым вычислительным комплексом, двухзвенный привязной телеуправляемый подводный аппарат для детального контроля дефектных или потенциально опасных участков трубопровода, оснащенный гидролокатором бокового и/или секторного обзора, сканирующим профилографом, шумопеленгатором утечки газа, анализатором растворенных углеводородов, измерителем токов и потенциалов, что существенно расширяет функциональные возможности известных кораблей, предназначенных для выполнения патрульных и гидрографических операций (патент RU №2459738 С2, 10.05.2012 [11]). Известны также аналогичные технические решения (патенты RU №1519105 С, 30.10.1994 [12]. RU №2272736 С1, 27.03.2006 [13]. RU №8677 U1, 16.12.1998 [14]. RU №42999 U1, 27.12.2004 [15]. ЕР №0243146 A2, 28.10.1987 [16]. ЕР №0241315 A2, 14.10.1987 [17]. US №4480574 A, 06.11.1984 [18]. CN №101092267 A, 26.12.2007 [19]).
Недостатками известных технических решений [5-19] является сложность конструкций, ограничения по погодным условиям, а также большие трудозатраты и низкая оперативность при обследовании больших акваторий.
Известен также патрульный природоохранный катер для экологического контроля водной среды и обнаружения источников загрязнения, оснащенный подводным осмотровым аппаратом, устройством ультразвукового зондирования, устройством дистанционного лоцирования водной поверхности, оптическая головка которого установлена на выносной консоли в носовой оконечности одной из лодок катамарана, устройством придонного водозабора, пробоотборниками грунта, а также устройством контроля параметров приповерхностного слоя воды, погружаемый блок которого оснащен преобразователем гидрохимических и гидрофизических параметров воды, который посредством кабеля связи соединен с первым входом центральной вычислительной системы, и головкой водозабора, которая посредством шланга и магистрального трубопровода приповерхностных вод связана со входом устройства гидрохимического анализа, выход которого подключен ко второму входу центральной вычислительной системы, отличающийся тем, что на нем дополнительно установлены шлюпка с комплектом аппаратуры для работы на мелководье, устройство пробоотбора сточных вод и устройство контроля радиационной обстановки, включающее преобразователь радиоактивности воды, установленный на погружаемом блоке устройства контроля параметров приповерхностного слоя воды, снабженном преобразователями усредненных и пульсационных значений удельной электрической проводимости воды, и преобразователь радиоактивности воздуха, подключенный к третьему входу центральной вычислительной системы, к четвертому входу которой подключен приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, к пятому входу - устройство дистанционного лоцирования водной поверхности, а к шестому - пульт управления подводным осмотровым аппаратом, устройство гидрохимического анализа содержит три многоканальных проточных анализатора, входы которых через соответствующие входные распределители гидравлических потоков соединены соответственно с магистральным трубопроводом приповерхностных вод, магистральным трубопроводом глубинных вод, вход которого соединен с забортным                                                                   ом устройства придонного водозабора, и устройством пробоотбора сточных вод, гидравлические выходы многоканальных проточных анализаторов через коллекторы-отстойники и кран-переключатель соединены со сливным трубопроводом и емкостью для сбора отработанных растворов, каждый многоканальный проточный анализатор содержит блок контроллера, который посредством интерфейсной магистрали соединен со вторым входом центральной вычислительной системы, а сигнальные входы контроллера подключены к выходам детекторов соответствующих каналов многоканального проточного анализатора, при этом подъемно-опускное устройство погружаемого блока устройства контроля параметров приповерхностного слоя воды расположено в носовой оконечности второй лодки катамарана, погружаемый блок установлен на кронштейне, соединенном посредством осевого крепления с одиночным концом Y-образной рамы, расходящиеся концы которой закреплены на горизонтальном валу, который кинематически связан с электромеханическим приводом, а на короткой перекладине Y-образной рамы укреплен трос натяжного устройства, а цифровая вычислительная система выполнена с возможностью определения линии движения подвижного источника экологического загрязнения по положению прямой линии между двумя точками контролируемой акватории с максимальной интенсивностью пульсаций удельной электрической проводимости воды, определенными с помощью спутниковой навигационной системы при движении в различных направлениях патрульного природоохранного катера для экологического контроля водной среды и обнаружения источников загрязнения, при одновременном превышении усредненным значением удельной электрической проводимости воды фонового усредненного значения удельной электрической проводимости воды и установленных среднефоновых значений концентрации, по меньшей мере, одного из контролируемых загрязняющих веществ по результатам гидрохимического анализа (патент на полезную модель RU №31764 U1, 27.08.2003 [20]).
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции из-за обилия крепежных элементов и узлов, сравнительно низкая производительность проводимых морских исследований из-за невысокой скорости носителя измерительной аппаратуры и ограничений по погодным условиям.
Известно также морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны, оснащенное подводным осмотровым аппаратом, устройством ультразвукового зондирования толщи воды, дистанционным обнаружителем нефтепродуктов, оптическая головка которого установлена на выносной консоли в носовой оконечности одной из лодок катамарана, устройством водозабора из придонного слоя, пробоотборниками грунта, а также устройством измерения параметров глубинного слоя воды, погружаемый блок которого установлен на углубителе буксируемой линии, и устройством измерения параметров приповерхностного слоя воды, причем погружаемые блоки обоих указанных устройств оснащены преобразователями гидрохимикофизических параметров воды, которые подключены к первому интерфейсному входу центральной вычислительной системы, и головками водозабора, которые посредством забортных шлангов и трубопроводов магистрали непрерывного пробоотбора связаны со входами одного и другого устройств гидрохимического анализа воды, выходы которых подключены ко второму интерфейсному входу центральной вычислительной системы, отличающееся тем, что на нем дополнительно установлены авиационно-технический комплекс телевизионного наблюдения водной поверхности с дистанционно пилотируемым самолетом, устройство запуска которого размещено на крыше кормовой надстройки судна, обзорная телевизионная камера и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, установленные на рубке судна, а также устройство контроля радиационной обстановки, включающее преобразователи радиоактивности воды, установленные на погружаемых блоках устройства измерения параметров глубинного слоя воды и устройства измерения параметров приповерхностного слоя воды, снабженных преобразователями усредненных и пульсационных значений удельной электрической проводимости воды, и преобразователь радиоактивности воздуха, подключенный к третьему входу центральной вычислительной системы, к четвертому входу которой подключен приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, к пятому входу - дистанционный обнаружитель нефтепродуктов, а к шестому и седьмому входам - пульты управления подводным осмотровым аппаратом и дистанционно пилотируемым самолетом соответственно, при этом подъемно-опускное устройство погружаемого блока устройства измерения параметров приповерхностного слоя воды установлено в носовой оконечности другой лодки катамарана и выполнено в виде Y-образной рамы, короткие концы которой закреплены на горизонтальном валу, который кинематически связан с электромеханическим приводом, и натяжного устройства, трос которого закреплен на короткой перекладине Y-образной рамы, а третий конец указанной рамы посредством оси соединен с кронштейном, на котором закреплен погружаемый блок, в средней части судна посередине соединительного моста катамарана размещено комбинированное подъемно-опускное устройство буксируемой линии и устройства водозабора из придонного слоя, которое содержит поворотный слип для углубителя буксируемой линии, двухбарабанную лебедку с вертикальным расположением оси барабанов и электромеханический привод с механизмом подключения к нему одного или другого барабанов лебедки, а цифровая вычислительная система выполнена с возможностью определения линии движения подвижного источника экологического загрязнения по положению прямой линии между двумя точками контролируемой акватории с максимальной интенсивностью пульсаций удельной электрической проводимости воды, определенными с помощью спутниковой навигационной системы при движении в различных направлениях морского патрульного судна для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны, при одновременном превышении усредненным значением удельной электрической проводимости воды фонового усредненного значения удельной электрической проводимости воды и заранее установленных среднефоновых значений концентрации, по меньшей мере, одного из контролируемых загрязняющих веществ по результатам гидрохимического анализа (патент на полезную модель RU №31557 U1, 20.08.2003 [21]. При этом устройство пробоотбора сточных вод выполнено в виде батометра, устройство пробоотбора сточных вод содержит забортный шланг с головкой водозабора, оснащенной сетчатым фильтром грубой очистки, и магистральный трубопровод сточных вод, выход которого подключен к соответствующему распределителю гидравлических потоков устройства гидрохимического анализа
Недостатком известного технического решения ([21] - прототип) является сложность конструкции из-за обилия крепежных элементов и узлов, сравнительно низкая производительность проводимых морских исследований из-за невысокой скорости носителя измерительной аппаратуры и ограничений по погодным условиям.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности получения измеряемых параметров окружающей среды с одновременным повышением оперативности в получении исходной информации в регионе проводимых исследований.
Поставленная задача достигается за счет того, что морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны, оснащенное подводным осмотровым аппаратом, устройством ультразвукового зондирования толщи воды, дистанционным обнаружителем нефтепродуктов, устройством водозабора из придонного слоя, пробоотборниками грунта, а также устройством измерения параметров глубинного слоя воды и устройством измерения параметров приповерхностного слоя воды, оснащенными также преобразователями гидрохимикофизических параметров воды, которые подключены к первому интерфейсному входу центральной вычислительной системы, и головками водозабора, которые посредством забортных шлангов и трубопроводов магистрали непрерывного пробоотбора связаны с входами одного и другого устройств гидрохимического анализа воды, выходы которых подключены ко второму интерфейсному входу центральной вычислительной системы, комплексом телевизионного наблюдения водной поверхности, обзорной телевизионной камерой и приемоиндикатором спутниковой навигационной системы, а также устройством контроля радиационной обстановки, включающим преобразователи радиоактивности воды, установленные на погружаемых блоках устройства измерения параметров глубинного слоя воды и устройства измерения параметров приповерхностного слоя воды, снабженных преобразователями усредненных и пульсационных значений удельной электрической проводимости воды, и преобразователь радиоактивности воздуха, подключенный к третьему входу центральной вычислительной системы, к четвертому входу которой подключен приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, к пятому входу - дистанционный обнаружитель нефтепродуктов, а к шестому входу - пульт управления подводным осмотровым аппаратом, а цифровая вычислительная система выполнена с возможностью определения линии движения подвижного источника экологического загрязнения по положению прямой линии между двумя точками контролируемой акватории с максимальной интенсивностью пульсаций удельной электрической проводимости воды, определенными с помощью спутниковой навигационной системы при движении в различных направлениях морского патрульного судна для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны, при одновременном превышении усредненным значением удельной электрической проводимости воды фонового усредненного значения удельной электрической проводимости воды и заранее установленных среднефоновых значений концентрации, по меньшей мере, одного из контролируемых загрязняющих веществ по результатам гидрохимического анализа, в отличие от прототипа [21], предлагаемое морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны выполнено в виде летательного аппарата с реализацией режимов полета у экрана, вне экрана и в водоизмещающем режиме, в состав измерительной аппаратуры дополнительно введены автоматическая метеорологическая станция, радиовысотомер малых высот с функциями измерения параметров волнения, лазерный сканер, лазерный батиметр, аппаратура для выполнения видеосъемки и радиолокационной съемки, подводный осмотровый аппарат выполнен в виде телеуправляемого подводного аппарата, соединенного с центральной вычислительной системой посредством кабель-троса, выполненного в виде гидросенсорного кабеля, в котором в качестве ключевого сенсорного элемента используются провода с оболочкой из трансэнергопластиков, а на корпусе многопараметрического CTD-зонда и кабель-троса размещены сенсоры - оптико-механические чипы, состоящие из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера - полоски длиной 5 микрометров и толщиной 90 нанометров, при этом по колебаниям кантилевера определяют химический состав среды, в которой находится ЧИП, телеуправляемый подводный аппарат также содержит объединенный гидролокатор бокового обзора, батиметрическую систему с широкой полосой обзора, низкочастотный и высокочастотные профилографы, механический 3D сканирующий сонар, датчик скорости звука, океанографический многопараметрический зонд типа Midas CTD (электропроводность, температура, давление, прозрачность, DO, рН, ORP, PAR, хлорофилл), электрохимический детектор для анализа веществ, обладающий электрохимической активностью, морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны также оснащено навигационным комплексом, системой прямого геопозиционирования, аварийно-спасательными средствами, включающими спасательные надувные плоты, подводный водолазный комплекс.
Летательный аппарат с реализацией режимов полета у экрана, вне экрана и в водоизмещающем режиме выполнен на основе морского базового экраноплана проекта А-050-742d: Крейсерская скорость при полете у экрана 360-400 км/ч, вне экрана 450 км/ч, в водоизмещающем режиме до 30 км/ч, дальность полета у экрана 3000 км, вне экрана 1900 км/ч, мореходность 1.5-2,0 м при h 3%. (e-mail:Alekseev@ckbspk.ru).
Для решения задач навигации и пилотирования на всех режимах движения на летательном аппарате установлены автоматизированный навигационно-пилотажный комплекс, который содержит магистраль обмена информацией, навигационный пульт управления, вычислитель, электронную картографическую навигационную систему, автопрокладчик, измеритель скорости, измеритель курса, приемоиндикатор радионавигационных и спутниковых навигационных систем, блок сопряжения с рулевым приводом, инерциальную навигационную систему, автоматическую идентификационную систему сопровождения целей, гидролокатор шагового поиска с горизонтальным и вертикальным сканированием, навигационный эхолот, навигационную РЛС, комплекс гидрометеорологической информации, блок ситуационного анализа, приемоиндикаторы спутниковых навигационных систем, авторулевой (автопилот), многофункциональный индикатор, модуль приема виртуальной информации от береговых систем управления движением судов в режиме «on line», тактический дисплей.
Обмен информацией организован в соответствии с ГОСТ 26765.52-87. При этом реализованы протоколы обмена SRI, RS232, NMEA0183 и CAN. Магистраль обмена информацией состоит из шины данных, приемника, передатчика, кодера-декодера, сетевого контроллера, блока связи с потребителями навигационной информации, формирователя сигналов, схемы ИЛИ, блока динамического приоритета.
Навигационный пульт управления выполнен на основе микропроцессора со специальным программным обеспечением, позволяющим осуществлять ввод/вывод информации, преобразование сигналов от всех навигационных датчиков (приборов), например микропроцессоров семейства AVR фирмы АТМЕС.
Навигационный пульт управления может содержать центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, модульный параллельный интерфейс, устройство параллельного обмена, блок для отображения информации на электронно-лучевой трубке, блок отображения информации на газоразрядной индикаторной панели, устройство для цифровой индикации, электронно-лучевую трубку, газоразрядную индикаторную панель, цифровые индикаторы, блок управления.
Вычислитель выполнен на основе DSP-процессора и предназначен для обработки сигналов по определению комплексных навигационных параметров и включает процессор, сопроцессоры, блок памяти, таймер, контроллер прерываний, порты связи.
Электронная картографическая система включает блок оцифровки видеосигнала, преобразователь видеосигналов, блок совмещения радиолокационной и картографической информации, модуль программного обеспечения и информационно-вычислительное устройство.
В блоке оцифровки видеосигнала производится оцифровка видеосигнала. В преобразователе видеосигналов осуществляется перевод оцифрованного видеосигнала в соответствующий масштаб и систему координат. В блоке совмещения радиолокационной и картографической информации производится наложение радиолокационного сигнала на изображение карты. В модуле программного обеспечения находится программный продукт, обеспечивающий функционирование блока совмещения радиолокационной и картографической информации при использовании официальных картографических данных, соответствующих стандарту INO S-57, навигационных карт издания Главного управления Навигации и Океанографии МО РФ и мировых коллекций электронных навигационных карт типа С-МАР в формате СМ-93. В информационно-вычислительном устройстве осуществляется индикация электронной карты, прием, обработка и передача сообщений по стандарту NMEA-0183. В информационно-вычислительном устройстве также выполняются вычислительные операции, по формированию зоны безопасности плавания по допустимому расстоянию до навигационной опасности или по допустимому времени движения до опасности с текущей скоростью; расчету уровня приливов; трехмерному моделированию рельефа дна на основе батиметрических данных, содержащихся на текущей карте, а также по данным, измеренным эхолотом, с отображением рельефа дна; автоматизированной корректуре карт, сконвертированных из формата S-57; формированию электронного судового журнала; прогнозу положения судна; обсервованному счислению по данным, вырабатываемым РЛС; расчету текущего траверзного расстояния до ориентира, определению места судна по пеленгам и дистанциям с вычислением поправок к счислимым координатам, величин и направления невязок, с вычислением радиальных среднеквадратических погрешностей обсерваций; контролю целей РЛС (дистанция кратчайшего сближения, время до кратчайшего сближения, скорость и курс цели), расчету времени прибытия в заданную точку; счислению пути судна, составлению навигационного формуляра; предварительной прокладке; расчету поправок системы координат.
Информационно-вычислительное устройство построено на основе процессора Intel Core2Duo.
Автопрокладчик представляет собой прокладчик курса типа GD-1920C с использованием карт типа NT МАХ стандарта С-МАР, которые поддерживают отображение навигационных знаков, приливных течений, фарватеров.
В качестве измерителей скорости могут быть использованы радиодоплеровские лаги, включая совмещенные радиодоплеровские системы измерения скорости и параметров волнения, или их сочетание, например радиодоплеровский лаг или совмещенная радиодоплеровская система измерения скорости и параметров волнения (Оценка работы лагов на ледоколе / А.Г. Гузеев, Н.Н. Пирогов, В.В. Чернявец и др. // Судостроение, №1, 1981, с. 30-31. Совершенствование доплеровских радиолагов, устанавливаемых на судах ледового плавания / Чернявец В.В., Перепелицын О.В., Харитонов Ю.П. и др. // Судостроение, №1, 1987, с. 26-27. Ванаев А.П., Чернявец В.В. Определение параметров волнения совмещенной системой измерения скорости судна и высоты волны / Судостроение, №8-9, 1993, с. 6-8).
Измеритель курса представляет собой гирогоризонткомпас, состоящий из гирокомпаса, блока поправок, измерителей угловых ускорений с взаимно ортогональными осями чувствительности, ньюмометров с взаимно ортогональными осями чувствительности, вычислителя углов качки и курса. В конкретном устройстве использовано изделие по ИДТИ 461.529.006 ТУ.
Совмещенный приемоиндикатор радионавигационных и спутниковых навигационных систем состоит из антенного блока, приемоиндикатора и сетевого адаптера и обеспечивает автоматический выбор оптимального созвездия навигационной аппаратуры ГЛОНАСС и GPS, а в зоне действия РНС прием сигналов от наземных станций; интегральную оценку ожидаемой точности определения текущих координат; ввод и обработку корректирующей информации в соответствии с RTCM SC-104; решение навигационной задачи при работе в дифференциальном режиме; ввод и хранение до 500 маршрутных точек и до 50 маршрутов движения; запоминание текущих координат в качестве маршрутной точки; расчет расстояния и направления между двумя маршрутными точками движения по маршруту с выработкой параметров отклонения от маршрута; вывод координат в системе координат WGS-84, П3-90, СК-42 или в системе координат, параметры которой задаются оператором посредством навигационного пульта управления 2; выбор береговых РНС различного радиуса действия (ближнего, дальнего) и определения координат по их сигналам с оценкой точности. В конкретном устройстве применен приемоиндикатор типа NT-300. Прием и обработка сигналов системы GPS производится по пяти каналам, а системы ГЛОНАСС по трем каналам.
Совмещенный приемоиндикатор радионавигационных и спутниковых навигационных систем содержит четыре дополнительных канала для измерения дельтапсевдодальностей до четырех искусственных спутников Земли и навигационный фильтр для моделирования движения судна, что при непрерывных измерениях дельтапсевдодальностей до четырех спутников, исключив систематическую погрешность эталона частоты приемоиндикатора, позволяет измерить координаты точки судна, совмещенной с фазовым центром антенны приемоиндикатора 8.
Блок сопряжения с рулевым приводом содержит приемное устройство, множитель, блок формирования восстановленного сигнала перекладки руля, блок формирования сигнала скорости перекладки руля, блок формирования модели рулевого привода, сумматоры, интеграторы, вычислитель, который собран на основе микропроцессора DSP-процессора, работающего под управлением встраиваемой операционной системы «UCLinux». Обработка сигналов осуществляется в соответствии с алгоритмами, приведенными в кн. Управление подвижными морскими объектами / Лернер Д.М., Лукомский Ю.А., Михайлов В.А. и др. - Л.: Судостроение, 1979. Блок сопряжения с рулевым приводом 9 предназначен для формирования сигналов управления авторулевому, позволяющих осуществлять выход и стабилизацию судна на маршруте с минимальным перерегулированием. Блок сопряжения с рулевым приводом 9 может функционировать с любым авторулевым, принимающим управляющие сообщения по стандарту NMEA-183 с реализацией режима стабилизации судна на модифицированном маршруте. В этом режиме производится модификация исходного кусочно-прямолинейного маршрута (алгоритмы Rout Modification и Rout Preparation) путем гладкого сопряжения галсов непрерывной криволинейной траекторией, реализуемой судном при назначенных ограничениях на угол перекладки руля в процессе поворота. При этом на электронной картографической навигационной системе 4 отображается исходный и модифицированный маршруты с целью предоставления судоводителю предполагаемого движения судна.
При прохождении маршрута вблизи зон с навигационными опасностями обеспечивается возможность корректировки как положения поворотных точек, так и изменения радиуса поворота судна путем редактирования величины предельного угла перекладки руля в каждой поворотной точке. Управление судном на модифицированном маршруте осуществляется специальными алгоритмами, формирующими для авторулевого сигналы: типа ХТЕ, равный тождественному нулю, и непрерывный изменяющийся сигнал bearin to origin. Для отслеживания этих сигналов авторулевой переключается в режим Remout Control, в котором не требуется подтверждения оператором нового заданного курса. Алгоритмы управления судном на траектории и модификации маршрута используют для своей работы математическую модель судна, учитывающую управляющее воздействие руля, действующие на судно возмущения, а также факторы, изменяющие динамику судна - загрузку, изменение мощности, скорость судна.
Основными алгоритмами являются алгоритмы управления рулевым приводом, стабилизации курса судна, маневрирования курсом, управления движением по заданному маршруту, восстановления параметров движения судна, адаптации законов управления движением судна. При этом алгоритмы обеспечивают решение таких задач, как стабилизация судна на заданном курсе; управление маневрированием курсом; восстановление и фильтрация угловой скорости судна; адаптация параметров регуляторов авторулевого; управление движением по заданному маршруту.
Для решения данных задач на блок сопряжения с рулевым приводом поступает информация о курсе и угловом ускорении с измерителя курса, о скорости с измерителя скорости, о положении руля от датчика угла перекладки руля, о положении золотника рулевой машины, принимаемом от датчика исполнительного механизма, о заданном маршруте (заданный курс, координаты места, боковое перемещение) с навигационного пульта управления. При этом адаптация регуляторов авторулевого производится к скорости хода судна, глубине моря, погодным условиям, загрузке судна, конкретным характеристикам судна, соответствующим приведенным в лоцманской карте и таблице маневренных элементов данного судна.
Программное обеспечение реализовано на языке ALGOL-68 в Кросс-системе.
Аппаратные средства обеспечивают независимое управление приводов каналов крена и курса, осуществляют измерение углов курса, крена и дифферента судна, измерение компонент векторов угловой скорости, линейного ускорения, формируют управляющие сигналы для решения целевых задач управления и стабилизации.
Независимый привод каждого из каналов управления построен на основе системы привода производства компании «Faulhaber». Высокоточная цифровая система управления приводом обеспечивает высокое быстродействие, позволяет регулировать параметры привода в широком диапазоне, обеспечивает точное позиционирование по углу поворота оси привода колеса.
Микропроцессор на основе DSP-процессора является устройством, обеспечивающим программную и аппаратную интеграцию отдельных блоков, входящих в состав аппаратных средств авторулевого. Микропроцессор позволяет выполнять операции над 32-разрядными числами в формате с плавающей запятой, что обеспечивает точность вычислений, достаточную для решения большинства задач управления и навигации. Тактовая частота процессора составляет 400 МГц. Помимо процессора в состав платы вычислительно-управляющего модуля входят микросхемы памяти SDRAM, микросхемы памяти flash, микросхемы интерфейсов ввода-вывода.
Инерциальная навигационная система состоит из бесплатформенного инерциального измерительного модуля на волоконно-оптических гироскопах, микроакселерометров и микровычислителя и соединена своим входом с выходом приемоиндикатора 8 радионавигационных и спутниковых навигационных систем для выработки поправок к углам курса. Инерциальная навигационная система 6 определяет углы курса, крена и дифферента, обеспечивает систему управления инерциальной и навигационной информацией.
Автоматическая идентификационная система сопровождения целей включает приемник типа FA-30 и транспондер типа FA-150 и предназначена для одновременного сопровождения до 100 целей. Исходные данные включают в себя координаты, курс и скорость относительно грунта, что дает возможность заранее рассчитать изменения курса интересующих целей, в том числе крупных ледовых полей и айсбергов.
Гидролокатор шагового поиска с горизонтальным и вертикальным сканированием представляет собой двухчастотный гидролокатор. Высокочастотный и низкочастотный (60/153 или 85/215 кГц) встроены в один корпус. Предназначен для горизонтального и вертикального сканирования, сканирования по кругу, а также комбинированного вертикального сканирования и сканирования по полному или половине круга. Аналогом является гидролокатор шагового поиска с горизонтальным и вертикальным сканированием типа СН-300.
Навигационный эхолот представляет собой многолучевой эхолот со сложным линейно-частотным модулированным сигналом и предназначен для измерения глубин от 20 до 6000 м. Развертка мощности принятых сигналов осуществляется по дальности и углу. Характер изменения мощности в луче с дальностью зависит от формы рельефа дна. Из 32 приемных каналов формируют 256 лучей, что позволяет получить квазинепрерывный профиль рельефа. Приемная антенна многолучевого эхолота диапазона частот 30 кГц состоит из 32 элементов. Эхолот выполнен с двухчастотным излучением 50/200 кГц с функцией различения эхосигналов.
Навигационная РЛС представляет собой двухдиапазонную радиолокационную станцию (3/10 см).
Комплекс гидрометеорологической информации представляет собой судовой гидрометеорологический комплекс типа «КОСМЕТЕО-К» и обеспечивает получение, обработку, регистрацию, отображение и выдачу потребителям следующей информации:
- гидрометеорологических параметров окружающей среды;
- метеорологической информации от метеорологических искусственных спутников (МИСЗ) типа «Метеор», «NOAA» в виде снимков подстилающей поверхности и облачного покрова Земли;
- факсимильной и телеграфной информации от радиометеорологических центров.
Аналогом является устройство, приведенное в описании к патенту RU №2344448.
Блок ситуационного анализа построен на основе процессора Intel Core2Duo.
При плавании в стесненных навигационных обстоятельствах, при подходе к таким районам получают спутниковые данные высокого разрешения типа ASTER или SRTM данного района плавания, по которым посредством программ моделирования водной поверхности типа Hydrax, атмосферных и астрономических явлений типа Skyx производится рендеринг окружающей обстановки, посредством программы PhysX восстанавливают топологию корпуса судна путем построения цифровой модели корпуса судна по сечениям корпуса судна по шпангоутам, моделируют динамику судна при прохождении района со стесненными обстоятельствами плавания, с учетом волнового и ветрового воздействия.
Приемоиндикаторы спутниковых навигационных систем представляют собой четырехканальные приемоиндикаторы спутниковых навигационных систем, антенны которых установлены соответственно в носовой и кормовой частях судна и содержат навигационный фильтр для моделирования движения носовой и кормовой частей судна.
Индикатор представляет собой многофункциональный дисплей морского исполнения с диапазонами входов RGB, цифровые видеоинтерфейсы DVI-D, 3NTSC/PAL и т.п. Возможно также подключение выносных функциональных индикаторов.
Объединенный гидролокатор бокового обзора, батиметрическая система с широкой полосой обзора и профилограф типа C3D-SBP (www.geomatics.ru).
Лазерный сканер представляет собой лазерный сканер типа Leica ALS 70-НР работает в ближнем ИК диапазоне (1064 нм) и предназначен для определения пространственного положения точек отражения от водной поверхности.
Лазерный сканер Leica ALS 70-НР обеспечивает возможность работы в любое время года днем и ночью в простых метеоусловиях при высотах аэросъемки 300-3500 м.
Лазерный батиметр представляет собой лазерный батиметр типа HawkEye II компании АНАВ, который работает в зеленом диапазоне (532 нм) и предназначен для определения пространственного положения точек отражения от дна водоема и позволяет одновременно получать как батиметрические, так и топографические данные на прибрежную территорию.
Принцип действия авиационного лазерного батометра основан на использовании двух лазеров:
в ближнем ИК диапазоне (1064 нм) - для определения пространственного положения точек отражения от водной поверхности;
в зеленом диапазоне (532 нм) - для определения пространственного положения точек отражения от дна водоема.
Красный импульс отражается от поверхности воды, а зеленый импульс проникает в воду и отражается от дна водоема, что и позволяет обнаруживать подводные объекты и определять рельеф дна. Современные авиационные батиметрические системы (в зависимости от прозрачности воды и фактических погодных условий) работоспособны до глубин порядка 50 м.
Аппаратура для выполнения видеосъемки и радиолокационной съемки подстилающей водной поверхности включает цифровой крупноформатный авиационный фотоаппарат типа Intergraph Z/I Imaging DMC II 250 и два среднеформатных авиационных фотоаппаратов типа Leica RCD30, гироплатформа с цифровым управлением.
Носитель измерительной аппаратуры также оснащен гироплатформой, бортовой управляющей системой, системой прямого геопозиционирования.
Цифровой крупноформатный аэрофотосъемочный аппарат кадрового типа (центральная проекция) предназначен для получения плановых снимков местности для их последующего использования при создании картографической продукции.
Для обеспечения требований к снимкам местности при создании требуемой картографической продукции, повышения эффективности дешифрирования материалов съемки и их наглядного визуального представления аэросъемочная фотокамера большого формата обеспечивает одновременное получение панхроматического изображения высокого разрешения (14656×17216 пикселей) и 4 спектральных (R, G, В и NIR) изображений более низкого разрешения. Радиометрическое разрешение в каждом канале 14 бит и интегрируется со стандартными гироплатформами, (GPS - ГЛОНАСС)/1М11 системами и с лазерными сканерами.
Гироплатформа представляет собой гироплатформу типа Z/I Mount с цифровым управлением и компенсирует отклонения беспилотного летательного аппарата по курсу, крену и тангажу и может быть использована для работы с камерами RMK TOP, DMC и другими сенсорами. Благодаря цифровому управлению гарантируется прецизионный режим компенсации как при автономном режиме работы, так и в режиме работы под управлением от IMU. При управлении от бортовой управляющей системы типа Z/I Inflight и IMU выставка углов по курсу, крену и тангажу гироплатформы происходит полностью автоматически под управлением IMU (Direct leveling). Такой режим дает полную компенсацию угловых смазов.
Система прямого геопозиционирования представляет собой систему типа Applanix POS V5 AV510 и обеспечивает в режиме реального времени точность позиционирования 1.5-3 м, скорость 0,05 м/с, крен, тангаж 0,008 град, курс 0,07 град.
Среднеформатные авиационные фотоаппараты обеспечивают получение перспективных (наклонных) изображений местности, используемых для повышения эффективности и достоверности дешифрирования материалов съемки, а также - для создания реалистичных высокоточных 3-мерных цифровых моделей местности, а также обеспечивают одновременное получение спектральных (R, G, В и NIR) изображений - все 4 изображения 8956×6708 пикселей (60 Mpix).
Морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны также оснащено навигационным комплексом, системой прямого геопозиционирования, аварийно-спасательными средствами, включающие спасательные надувные плоты, подводный водолазный комплекс.
Подводный осмотровый аппарат выполнен в виде телеуправляемого подводного аппарата, соединенного с центральной вычислительной системой посредством кабель-троса, выполненного в виде гидросенсорного кабеля, в котором в качестве ключевого сенсорного элемента используются провода с оболочкой из трансэнергопластиков, а на корпусе многопараметрического CTD-зонда и кабель-троса размещены сенсоры - оптико-механические чипы, состоящие из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера - полоски длиной 5 микрометров и толщиной 90 нанометров, при этом по колебаниям кантилевера определяют химический состав среды, в которой находится ЧИП, телеуправляемый подводный аппарат также содержит объединенный гидролокатор бокового обзора, батиметрическую систему с широкой полосой обзора, низкочастотный и высокочастотные профилографы, механический 3D сканирующий сонар, датчик скорости звука, океанографический многопараметрический зонд типа Midas CTD (электропроводность, температура, давление, прозрачность, DO, рН, ORP, PAR, хлорофилл), многолучевой эхолот, блок пенетрометров, блок мареографов.
Механический сонар представляет собой механический 3D сканирующий сонар типа BV5000-2250 (info@bluview.com).
Датчик скорости звука типа miniSVS - (www.technopolecom.ru).
Океанографический многопараметрический зонд типа Midas CTD (электропроводность, температура, давление, прозрачность, DO, рН, ORP, PAR, хлорофилл) (www.geomatics.ru).
Автоматическая метеорологическая станция типа AWS2700 (www.infomarcompany.com).
Кабель представляет собой гидросенсорный кабель, в котором в качестве ключевого сенсорного элемента используются провода с оболочкой из трансэнергопластиков - высокоэлектропроводящего гибкого полимерного композита типа «ЭМИСТОП» (Необычные пластики - новые решения / Ремонт * Инновации * Технология * Модернизация // Ритм, октябрь 2014, с. 10-12), что позволяет благодаря полимерной основе сенсорных жил обеспечить соответственно гибкость и высокую химическую стойкость кабеля. При этом такой кабель не подвержен коррозии долгое время и может работать во влажной среде.
Каждый кабель состоит из двух параллельных гибких сенсорных элементов - находящихся под напряжением металлических жил, с оболочкой из высокоэлектропроводящей пластмассы. От взаимного замыкания жилы предохраняются за счет диэлектрического пластикового прутка, обвитого вокруг жил в виде восьмерок. Вся конструкция помещена в «сорбционный» чехол, изготовленный из капиллярно пористого волокнообразного материала, обладающего в сухом состоянии диэлектрическими свойствами.
Схема работы сорбционного кабеля заключается в следующем.
Вода, соприкасаясь с чехлом за счет совокупности сорбционных и капиллярно пористых эффектов, начинает впитываться (распространяться по толщине чехла), образуя при этом совокупность электропроводящих взаимно проникающих микроканалов. В конечном итоге эти микроканалы замыкают электропроводящие поверхности двух сенсорных элементов. При замыкании генерируется электрический сигнал, передаваемый далее по металлической сердцевине сенсорных элементов. После соответствующей процедуры обработки сигнала на пульте управления появляется сообщение о факте затопления и его координатах.
Многолучевой эхолот представляет собой серийный многолучевой эхолот типа ЕМ 122 с частотой 12 кГц, формирующий до 288 лучей, что позволяет получать до 432 значений глубин за одно излучение с возможностью автоматической регулировки угла обзора для получения максимальной полосы захвата.
Измеритель скорости звука представляет собой серийный измеритель типа «MIDAS SVP» с датчиком давления.
Гидролокатор представляет собой двухчастотный гидролокатор шагового поиска типа СН-300 и предназначен для вертикального сканирования и горизонтального сканирования по полному кругу.
Низкочастотный параметрический профилограф представляет собой низкочастотный параметрический профилограф типа «TOPAS PS 18».
Магнитометр представляет собой феррозондовый магнитометр типа LEMI.
Программный комплекс представляет собой программный комплекс типа «QINSY» и предназначен для сбора данных от многолучевого эхолота, измерителя скорости звука, гидролокатора, профилографов, магнитометра и их обработки, вплоть до получения картографической продукции.
Многофункциональное навигационное устройство представляет собой многофункциональное устройство типа «Seapath-ЗЗО» и состоит из инерциального датчика типа MRUS, двух комбинированных приемоиндикаторов спутниковых радионавигационных систем GPS/GLONASS и процессорного блока и соединенного через магистраль обмена данными своими входами с выходами курсоуказателя и гидроакустического лага.
Система для измерения глубин и восстановления рельефа дна также включает электронную картографическую навигационную информационную систему типа JAN-701B/JAN901B с возможностью отображения векторных и растровых карт и систему автоматического управления движением и позиционирования типа «Magnetit - MS», предназначенную для удержания (стабилизации) судна на линии заданного пути при движении на промерных галсах и динамического позиционирования в заданной точке. Вычислитель включает процессор Pentium 166 МГц, ОЗУ на 32 Мбайт, плату SVGA с памятью 1 Мбайт, дополнительную плату с двумя последовательными портами с FIFO памятью (UART 16550 - совместимая).
Высокочастотный профилограф предназначен для точного профилирования рельефа дна.
Низкочастотный параметрический профилограф предназначен для профилирования придонных осадков с рабочими частотами 10 и 150 кГц, при ширине характеристики направленности 3><4 градуса и длительности импульсов 0,5, 1 и 2 мс в диапазоне глубин 10, 20, 50, 100 и 200 м.
Многоканальный генератор зондирующих импульсов содержит излучающие тракты многолучевого эхолота 10, первого и второго гидролокаторов бокового обзора, генераторы накачки низкочастотного параметрического профилографа.
Многоканальный приемник эхосигналов содержит приемные тракты многолучевого эхолота, гидролокатора, высокочастотного профилографа, низкочастотного параметрического профилографа, четыре сигнальных процессора, предназначенных для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и первичной обработки этих сигналов, интерфейс связи, схему управления, формирователь сигналов, схему временной автоматической регулировки усиления и преобразователя сигналов датчиков.
Блок пенетрометров предназначен для определения ненарушенных структур грунта в условиях его естественного залегания и представляет собой конусовидный снаряд, оснащенный датчиками, которые под воздействием силы тяжести или с помощью бура заглубляются в грунт. По измеренным коэффициентам сопротивления и трения определяются прочностные характеристики грунта. В зависимости от рабочей глубины в диапазоне 0,5-2000 м используется набор датчиков с глубиной проникновения в грунт на расстояния от 3 до 20 м. Аналогом является пенетрометры типа ТМ-153 и СРТ.
Блок мареографов предназначен для регистрации колебаний уровня моря. В зависимости от глубины водной среды используются автоматические мареографы типа АМП-20 и АММ-200.
Для получения ежесуточной информации о характере колебаний уровня моря мареографы устанавливают в разных точках морской среды в направлении от береговой линии. Информация, зарегистрированная мареографами, используется для исправления измеренных глубин при съемке рельефа дна на акваториях, где уровневые посты обычного типа не обеспечивают достаточной точности или использование их затруднено, а также для определения характера прилива и его гармонических составляющих при решении задач, связанных с безопасной эксплуатацией морских терминалов, включая нефтегазовые месторождения. Результаты измерений транслируются на судно по радио- и гидроакустическому каналам связи.
Блок визуализации представляет собой аппаратные вычислительные и видеосредства с программным обеспечением для отображения выбранной информации (подводные пики, впадины, магистральные трубопроводы, области загрязнения, разрезы грунта) в двумерном или трехмерном представлении.
Блок датчиков для измерения метеорологических параметров состоит из бортовой системы сбора и обработки информации на базе микропроцессора ATmega, которая имеет USB-интерфейс для связи с компьютером и программирования процессора, а также имеет внешний SPI-интерфейс, который позволяет подключить внешний АЦП для увеличения числа аналоговых входов. Результаты измерений записываются с программируемой периодичностью на карту памяти, рассчитанную на 100 ч полета. Для измерения температуры, давления и влажности используются, например, датчик температуры - термистор 30 кОм. датчик давления - МРХ 4115 ("Motorola"), датчик влажности - HIH-4000 ("Honeywell"). Сигналы с датчиков подаются на входы АЦП микроконтроллера. Результаты измерений записываются на карту памяти.
Сенсор - оптико-механический чип, состоящий из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера - полоски длиной 5 микрометров и толщиной 90 нанометров. Колебания кантилевера и определяют химический состав среды, в которой находится ЧИП.
Электрохимический детектор для анализа веществ, обладающих электрохимической активностью представляет собой промышленно освоенный электрохимический детектор типа «ЭХД-1».
Морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны может быть также оснащено буем-волнографом для выставки его в месте чрезвычайной ситуации.
Буй-волнограф типа DWR-G содержит приемник GPS для измерения волнения (высота, направление, период) и определения местоположения буя, спутниковая связь Iridium/Argos и GSM (мобильная связь) - (www.technopolecom.ru).
Морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны также оснащено аварийно-спасательными средствами, включающими спасательные надувные плоты, подводный водолазный комплекс.
В частности, это могут быть отечественные авиационные спасательные жилеты типа АСЖ-63П, лодки, плоты типа ПСН-1, МЛАС10Б, морской спасательный комплект «МСК-05», а также зарубежные авиационные гидротермокостюмы VIKING PS 4003; 4043; 4045 а также индивидуальные плавсредства FAA, TSO-S72, модель ISPL R, «Индивидуальный авиационный спасательный пояс АСП-74 В» (Фирма Динофорс, Москва).
Известные водолазные комплексы представляют собой единую систему, обеспечивающую жизнь и работу человека, находящегося под давлением, и включают палубные декомпрессионные камеры, представляющие собой прочные сосуды, имеющие форму горизонтального цилиндра или конуса с эллиптическими днищами, при этом давление в камерах составляет, как правило, от 0,4903 МПа до 0,981 МПа, или переносные рекомпрессионные камеры со встроенной системой жизнеобеспечения (htpp:ilovediving.ru/articles/ustroistvo-vodolaznykh-kompleksov).
Потребность в выполнении экстренных водолазных работ в удаленных районах Мирового океана и на внутренних водных бассейнах, где по тем или иным причинам не могут использоваться водолазные суда, привела к созданию мобильных водолазных контейнерных комплексов. Все оборудование водолазного комплекса или отдельные его части (барокамера, система газоснабжения, пульт управления и др.) размещаются в контейнерах и представляют собой полностью укомплектованные блоки, которые доставляются к месту работ и там собираются в комплекс. Контейнерные комплексы могут использоваться и как стационарные на судах, морских буровых платформах и других плавательных средствах.
Примерами таких контейнерных водолазных комплексов являются комплексы типа БРК (изготовитель Средне-Невский судостроительный завод), комплексы типа «Drass» и «Ulis» (Италия), водолазные комплексы типа DS (ф. «Comex Industries» Франция), водолазные комплексы типа «Helgoland» (ф. «Haux-Life Support», Германия), водолазные комплексы ф. «Drager» (Германия), водолазные комплексы типа «SDS» (США) и др. (Н.А. Ильин. Водолазные контейнерные комплексы / Судостроение, №6, 2000, с. 14-20).
Предлагаемое техническое решение реализуется следующим образом.
При возникновении чрезвычайной ситуации морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны в режиме полета прибывает в заданный район. В режиме полета выполняет аэрофотосъемку посредством бортовых систем. Затем морское патрульное судно осуществляет посадку на водную поверхность. Спускает телеуправляемый подводный аппарат для последующей регистрации параметров водной среды или для проведения аварийно-спасательных работ.
Источники информации
1. Патент на полезную модель RU №2797 U1, 16.09.1996.
2. Патрульное природоохранное судно экологического контроля «Россия» (www.Almaz.com).
3. Патент на полезную модель RU №3041 U1, 16.10.1996.
4. Патент на полезную модель RU №29376 U1, 10.05.2003.
5. Патент RU №2249535.
6. Храмушин В.Н. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. Владивосток: Дальнаука, 2003. 172 с.
7. Храмушин В.Н. Гидродинамическая стабилизация корабля на тяжелом волнении. / Мореходство и морские науки. - 2008. Труды Первой сахалинской научно-технической конференции 12.02.2008 г. Южно-Сахалинск, изд-во СахГУ, 2008 г.
8. Патент GB №1166976 А, 15.10.1969.
9. Патент US №5711239 А, 27.01.1998.
10. Патент RU №2384456 С2, 20.03.2010.
11. Патент RU №2459738 С2, 10.05.2012.
12. Патент RU №1519105 С, 30.10.1994.
13. Патент RU №2272736 С1, 27.03.2006.
14. Патент на полезную модель RU №8677 U1, 16.12.1998.
15. Патент на полезную модель RU №42999 U1, 27.12.2004.
16. Патент ЕР №0243146 А2, 28.10.1987.
17. Патент ЕР №0241315 А2, 14.10.1987.
18. Патент US №4480574 А, 06.11.1984.
19. Патент CN №101092267 А, 26.12.2007.
20. Патент на полезную модель RU №31764 U1, 20.08.2003.
21. Патент на полезную модель RU №31557 U1, 20.08.2003.