АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ГИДРОГРАФИЧЕСКИЙ ТРАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
AUTOMATED HYDROGRAPHIC SWEEP COMPLEX

Изобретение относится к техническим средствам для обнаружения подводных препятствий на заданной глубине акватории, а именно к гидрографическим тральным комплексам.
Обеспечение безопасности судоходства требует наличия современных гидрографических тральных комплексов, применение которых позволит повысить эффективность проведения гидрографического траления акваторий.
Известен трал для обнаружения подводных препятствий по патенту RU №2353544 (МПК В63С 11/48; G01C 13/00, опубл. 27.04.2009), который содержит тралящую балку, соединенную с тяговыми тросами и подъемно-сигнальными тросами, опорную балку, механизмы маневрирования подъемно-сигнальными тросами, направляющие элементы подъемно-сигнальных тросов, указатели глубины залегания препятствий со шкалами, выполненные в виде балансирных балок и шарнирно установленных на опорной балке, устройство определения координат плавучего средства, соединенное с персональным компьютером, который соединен с контактными датчиками, срабатывающими при подъеме тральной балки.
Из патента на полезную модель RU №166112 (МПК В63С 11/48; G01C 13/00, опубл. 20.11.2016) известен гидрографический трал, который содержит заглубленную в воду тральную балку, подвешенную с помощью тросовой системы на плавучем средстве, компьютер и устройство определения координат, выход которого связан с одним из входов компьютера, на тральной балке установлен датчик ударных ускорений, выход которого электрически связан с другим входом компьютера.
Известен гидрографический трал по патенту RU №2364543 (МПК В63С 7/26; G01C 13/00, опубл. 23.04.2008), который содержит тралящий элемент в виде горизонтальной балки, связанной жесткими штангами в виде футштоков с плавучим средством, верхние концы футштоков вставлены с возможностью вертикального перемещения в кольцевые направляющие элементы, соединенные с плавучим средством с помощью шарниров с горизонтальной осью поворота и снабженные на боковой поверхности упорами, при этом на верхних концах футштоков выше кольцевых направляющих элементов укреплены хомуты, к которым шарнирно присоединены балансирные фиксаторы, на одном конце которых выполнены запорные крюки с возможностью их зацепления и расцепления с упорами на боковой поверхности кольцевых направляющих элементов, а на другом конце балансирных фиксаторов укреплены противовесы.
Недостатками аналогов является ограниченная размерами тралящего элемента полоса гидрографического траления и недостаточная точность определения параметров (координат местонахождения, размеров и характеристик опасности) обнаруженных препятствий.
Техническое решение, известное из патента RU №2364543, выбрано в качестве ближайшего аналога данного изобретения.
Задача, на решение которой направлена данное изобретение, заключается в создании гидрографического трального комплекса, обеспечивающего повышение эффективности проведения гидрографического траления акватории, путем устранения указанных недостатков.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в увеличении полосы гидрографического траления, а также в повышении точности определения параметров (координат местонахождения, размеров и характеристик опасности) подводных препятствий, обнаруженных на заданной глубине акватории.
Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированный гидрографический тральный комплекс, содержащий трал, включающий тралящий элемент, соединенный тросом с фрикционной лебедкой, укрепленной на судне, и связанный с судном футштоком, верхний конец которого вставлен с возможностью вертикального перемещения в направляющий элемент, соединенный с судном с помощью шарнира с горизонтальной осью поворота, при этом на верхнем конце футштока выше направляющего элемента укреплен хомут, дополнительно в состав комплекса включен вычислитель, соединенный с гидрографическим блоком, навигационным блоком, блоком измерения параметров качки, соединенного с навигационным блоком, и гидролокатором бокового обзора тральным, причем не менее двух антенн гидролокатора бокового обзора трального укреплены на тралящем элементе в положении, обеспечивающем возможность их излучения влево и вправо от продольной оси судна, дополнительно в состав трала включен защитный элемент, укрепленный в нижней части футштока, лебедка вертикального перемещения и лебедка развертывания трала, укрепленные на судне и соединенные тросами с тралящем элементом.
Технический результат достигается также тем, что:
дополнительно в состав комплекса включены соединенные с вычислителем многолучевой эхолот и гидролокатор бокового обзора судовой, а в состав вычислителя входит специализированное программное обеспечение для обработки первичной информации от многолучевого эхолота и гидролокатора бокового обзора судового;
в состав гидрографического блока входит специализированное программное обеспечение для прогнозирования и планирования работ по тралению;
тралящий элемент выполнен в виде металлической конструкции прямоугольной формы;
защитный элемент выполнен в виде делали дугообразной формы.
Сущность заявляемого автоматизированного гидрографического трального комплекса (АГТК) поясняется примером его реализации и чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - структурная электрическая схема комплекса;
на фиг. 2 - вид спереди, комплекс выполняет траление;
на фиг. 3 - вид справа, комплекс выполняет траление;
на фиг. 4 - вид справа, трал комплекса в транспортном положении;
на фиг. 5 - вид справа, трал комплекса в рабочем положении;
на фиг. 6 - общий вид, комплекс показан при обнаружении подводного препятствия.
Автоматизированный гидрографический тральный комплекс включает (фиг. 1) судно 1 с тралом 2, навигационный блок 3, блок 4 измерения параметров качки, гидролокатор 5 бокового обзора тральный, многолучевой эхолот 6, гидролокатор 7 бокового обзора судовой, вычислитель 8 и гидрографический блок 9.
Судно 1 предназначено для размещения и транспортировки элементов АГТК и представляет собой, например, обстановочное судно проекта 02220 (Ярославец-М).
Трал 2 предназначен для обнаружения бесконтактным способом препятствий на заданной глубине в указанной полосе траления акватории. Трал 2 включает (фиг. 2, 3) футшток 10, узел 11 фиксации, содержащий шарнир 12 с горизонтальной осью поворота, хомут 13, направляющий элемент 14, тралящий элемент 17, на которой размещены не менее двух антенн гидролокатора 5 бокового обзора трального, защитный элемент 18, лебедку 19 вертикального перемещения, лебедку 20 развертывания трала и фрикционную лебедку 21.
Футшток 10 предназначен для установления тралящего элемента 17 на указанной глубине траления и представляет собой металлическую балку прямоугольного сечения.
Узел 11 предназначен для фиксации футштока 10 в заданном положении.
Тралящий элемент 17 предназначен для размещения не менее двух антенн гидролокатора 5 бокового обзора трального и представляет собой металлическую конструкцию прямоугольной формы.
Защитный элемент 18 обеспечивает защиту тралящего элемента 17 от механических воздействий и представляет собой металлическую конструкцию дугообразной формы.
Лебедка 19 предназначена для перемещения футштока 10 в вертикальной плоскости, трос которой закреплен в нижней части футштока 10.
Лебедка 20 предназначена для перевода трала из транспортного положения в рабочее и обратно, трос которой закреплен в нижней части футштока 10. Кроме того, в рабочем положении трала натяжение троса лебедки 20 развертывания трала совместно с тросом фрикционной лебедки 21 обеспечивают жесткую фиксацию футштока 10 для исключения его вибрации под напором воды.
Фрикционная лебедка 21 предназначена для защиты трала от повреждений при столкновении с препятствием, трос которой закреплен в нижней части футштока 10. Сопротивление фрикционной лебедки 21 рассчитано так, чтобы при ударе о препятствие футшток имел возможность отклониться назад, смягчить удар и исключить поломку элементов трала 2. Кроме того, в рабочем положении трала натяжение троса фрикционной лебедки 21 совместно с тросом лебедки 20 развертывания трала обеспечивают жесткую фиксацию футштока 10 для исключения его вибрации под напором воды.
Навигационный блок 3 предназначен для определения данных о местоположении и движении судна (координаты местоположения, курс, путевой угол, скорость и другие). Навигационный блок 3 включает спутниковый навигационный приемник, работающий в режиме СНС-компаса с двумя антеннами и представляет собой, например, навигационный модуль КТДЛ.468157.006 производства АО «Кронштадт Технологии».
Блок 4 измерения параметров качки (БИПК) предназначен для вычисления значений углов курса, крена и дифферента оси судна, а также вычисления поступательных перемещений судна по всем трем осям в пространстве. Блок 4 измерения параметров качки включает датчики углов вращения на основе микромеханических гироскопов, магнитометры и акселерометры и представляет собой, например, бесплатформенную инерциальную навигационную систему на базе микроэлектромеханических систем GL-VG109. Для устранения накопленных ошибок используется данные из навигационного блока 3 о текущих параметрах судна.
Гидролокатор 5 бокового обзора тральный (ГБОТ) предназначен для сканирования толщи воды на наличие препятствий для безопасного судоходства в горизонтальной плоскости влево и вправо от оси судна на гарантированное удаление, определяемое техническими характеристиками гидролокаторов (не менее 100 м), и фиксации данных для определения координат местоположения обнаруженных препятствий. Гидролокатор 5 бокового обзора тральный включает блок управления, две антенны (вибратора), направленные диаметрально, и представляет собой, например, бескорпусной вариант гидролокатора бокового обзора SportScan.
Многолучевой эхолот 6 (МЛЭ) предназначен для проведения площадной гидрографической съемки дна на всей полосе траления. Лучи МЛЭ распространяются в виде сектора в вертикальной плоскости перпендикулярно курсу судна. Многолучевой эхолот 6 включает антенну (вибратор), блок управления и представляет собой, например, образец многолучевого эхолота R2Sonic 2024.
Гидролокатор 7 бокового обзора судовой (ГБОС) предназначен для детального исследования поверхности дна и толщи воды на всей полосе траления. Лучи ГБОС распространяются параллельно лучам МЛЭ в виде сектора в вертикальной плоскости перпендикулярно курсу судна. Гидролокатор 7 бокового обзора судовой включает блок управления, антенну (вибратор) и представляет собой, например, упомянутый выше SportScan.
Совместное использование ГБОС и МЛЭ обеспечивает высокое качество результата обследования и гидрографической съемки дна акватории.
Вычислитель 8 предназначен для сбора, обработки и выдачи данных и представляет собой программно-аппаратный комплекс. Аппаратную часть вычислителя 8 может составлять ноутбук промышленного исполнения (основные технические характеристики: процессор - Intel Core i7-7700, оперативная память - DDR3 32Гб, жесткий диск - 256Гб, видеокарта ASUS EX-GTX1070, привод DVD-RW). В состав программного обеспечения (ПО) вычислителя 8 входят операционная система Windows 7 Pro и специальное программное обеспечение (СПО), включающее программы обработки первичной информации от ГБОТ, ГБОС, МЛЭ и навигационного блока.
Гидрографический блок 9 предназначен для ввода данных, определяющих параметры и условия проведение траления, в том числе гидрографической съемки, решения специализированных задач, отображения результатов по заданной полосе траления и сигнализации об обнаружении препятствий на заданной глубине траления по всей ширине полосы обзора. Гидрографический блок 9 представляет собой программно-аппаратный комплекс, аппаратную часть которого может составлять ноутбук промышленного исполнения (основные технические характеристики: процессор - Intel Core i7-7700, оперативная память - DDR3 32Гб, жесткий диск - 256Гб, видеокарта ASUS EX-GTX1070, привод DVD-RW). В состав ПО гидрографического блока 9 входят операционная система Windows 7 Pro и СПО, включающее программный комплекс (ПК) «Дельта-П», для планирования съемки, реального времени и постобработки, ПК «Дельта-Т» для прогнозирования и планирования работ по тралению и ПК «Дельта-Офис».
Автоматизированный гидрографический тральный комплекс работает следующим образом.
При транспортировке (фиг. 4) трал 2 зафиксирован в горизонтальном положении вдоль борта судна 1. В гидрографический блок 9 вводится карта района траления, параметры и условия траления, а также план галсов, по которым должно перемещаться судно 1 в ходе траления и съемки. Устройство отображения информации гидрографического блока 9 отображает карту района траления, местоположение судна 1 и полосу траления. Гидрографический блок 9 в режиме реального времени выдает данные по рекомендуемому курсу судна 1 для выхода или удержания его на галсе. После выхода судна 1 в начальную точку траления (фиг. 5) с помощью лебедки 19 вертикального перемещения футшток 10 трала 2 устанавливается на заданную глубину траления и фиксируется в этом положении с помощью узла 11 фиксации и тросов лебедок 20 и 21.
В ходе выполнения гидрографического траления (фиг. 6) судно 1 начинает двигаться по заданным на этапе планирования галсам или фарватеру (судовому ходу), текущие данных о местоположении и движении судна 1 непрерывно определяются навигационным блоком 3 и передаются в БИПК 4 и вычислитель 8, в БИПК 4 определяются значения углов курса, крена и дифферента оси судна 1, а также вычисляются поступательные перемещения судна 1 по всем трем осям в пространстве, которые поступают в вычислитель 8. Гидролокатор 5 бокового обзора тральный сканирует толщу воды слева и справа от курса (оси) судна 1 в горизонтальной плоскости на заданной глубине. Данные акустического изображения поступают в вычислитель 8, где обрабатываются с учетом данных о текущих параметрах качки судна и передаются для отображения в гидрографический блок 9. При обработки данных вычислитель 8 автоматически выявляет препятствия, попавшие в зону траления, рассчитывает координаты местоположения, размеры препятствия и передает их гидрографический блок 9 для отображения.
Одновременно выполняется гидрографическая съемка, данные которой (массив глубин в полосе обзора МЛЭ, акустическое изображение дна) поступают из МЛЭ 6 и ГБОС 7 в вычислитель 8. На основе данные о текущих параметрах качки, поступающих от БИПК 4, вычислитель 8 вносит коррективы в данные, полученные от МЛЭ 6 и ГБОС 7 и передает их гидрографический блок 9 для отображения.
Все данные о гидрографическом тралении и съемке сохраняются в гидрографическом блоке 9, в том числе для возможности последующего проведения анализа и прогнозирования изменения рельефа дна акватории.
В случае столкновении трала 2 с препятствием на трос фрикционной лебедки 21 передается усилие, при достижение критического значения которого происходит ослабление троса фрикционной лебедки 21, обеспечивающего отклонение футштока 10 трала 2 назад для смягчения удара и исключения поломки элементов трала. Для продолжения проведения гидрографического траления, трал 2 вновь фиксируется в рабочем положении.
Заявленное изобретение реализовано в опытном образце автоматизированного гидрографического трального комплекса. Результаты предварительных испытания данного комплекса подтверждают увеличение полосы траления акватории до 200 м, в которой гарантированно обнаруживаются подводные препятствия и определяются их параметры (координаты местонахождения, размеры, характер (природа), за счет чего обеспечивается уменьшение времени на выполнение гидрографического траления. Кроме того, данные гидрографических съемок дна акватории, полученные при тралении, обеспечивают выполнение прогнозирования изменения рельефа дна, результаты которого используются для разработки последующих планов траления. Все эти факторы в совокупности позволяют снизить затраты на выполнение гидрографического траления акваторий.
Проведение опытной эксплуатации указанной системы планируется на акваториях ФБУ «Администрация «Волго-Балт» (г. Санкт-Петербург).