СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ НАВИГАЦИИ НА ВОДЕ
METHOD OF CONTROLLING WATER NAVIGATION SYSTEM

Изобретение относится к навигационной технике, а именно к зрительной морской навигации на морях, закрытых водоемах, на реках.
Известен способ создания света электрического светооптического аппарата, реализованный в аппарате БЭПА-4 (1), согласно которому измеряют и стабилизируют напряжение питания источника света, определяют момент наступления ночи, включают ночью источник света, программируют диаграмму проблесков, а в режиме створных огней синхронизируют диаграмму проблесков с другими аппаратами, а так же при отсутствии проблесков света в ночное время меняют сгоревшую лампу на новую.
Недостатком данного способа является то, что при наличии собственного контроля за режимом работы способ не позволяет произвести передачу данных измерений и контроля в центр управления и не позволяет получать команды на изменение своего режима. При этом отсутствуют централизованные данные о работе системы навигации на заданном участке моря, бухты, пролива, что затрудняет их ремонт.
Известен способ зрительной навигации, реализованный в щите распределительном ШРМ-220 (2).
Согласно данному способу преобразуют внешнее питание в напряжение питания основного источника света, измеряют его напряжение, заряжают от внешнего питания резервный аккумулятор, измеряют энергию, потребляемую от внешнего источника питания, отслеживают изменение напряжения основного источника света и при его значительном снижении или при его отсутствии, а так же при пропадании в ночное время проблесков основного источника, подключают резервный аккумулятор к резервному источнику света. При этом определяют момент наступления ночи и включают основной источник света в работу, программируют диаграмму проблесков, воспроизводят согласно диаграмме проблески света, при необходимости производят взаимную синхронизацию проблесков двух различных источников света.
Недостатком такого способа является отсутствие передачи измеренных величин и режимов работы в центр управления и отсутствие возможности из центра управления изменить режим работы источника света, что затрудняет поиск и исправление отказов в системе навигации.
Известен способ зрительной навигации на море (3), взятый за прототип. Согласно данному способу в системе навигации на воде на каждом устройстве для навигации программируют диаграмму пролесков, определяют момент наступления ночи и включают источник света с заданной диаграммой проблесков, синхронизируют через радиоканал диаграммы проблесков нескольких устройств для навигации, измеряют напряжения и силы токов заряда и разряда основного и резервного аккумуляторов, определяют в ночное время наличие проблесков основного света и при их отсутствии включают в работу резервный источник света, определяют через спутниковую навигацию свои текущие координаты, предают через радиоканал в центр управления измеренные величины, свои текущие координаты, параметры диаграммы проблесков, режим работы основной - резервный, ведомый - ведущий, наличие импульсного режима модуляции проблеска, принимают через радиоканал параметры новой диаграммы проблесков, команду на включение или выключение импульсного режима модуляции проблеска, команду на выключение проблесков при недопустимом измени текущих координат по отношению к заданным.
Недостатком такого способа является то, что в устройствах для навигации не регистрируют текущее время, не измеряют силу света светодиодов, не производят регистрацию аудио- и видеоинформации в окружающем пространстве, не фиксируют наличие несанкционированного проникновения в устройство для навигации, не производят анализ качества окружающего моря, воздуха и степени освещенности, не контролируют внешние механические воздействия, действующие на устройства для навигации, не определяют отсутствие в ночное время проблесков резервного света, так же не передают указанную информацию в центр управления, в котором не индицируют по запросам и в заданное время на экране дисплея всю заданную информацию в виде таблиц или графиков во времени, не рассчитывают во времени степень деградации светодиодов и остаточной емкости аккумуляторов, не делают прогноз о сроках работы до отказа различных частей устройств для навигации, при возникновении отказов не производят детализацию причин отказов, так же не передают на устройства для навигации команды установки текущего времени, команды для установки значений токов светодиодов, команды для включения аудио- и видеосъемки, команды на принудительное включение-выключение источника света, команды на установление времени приема информации с устройств для навигации, не обеспечивают связь устройств с телефонными аппаратами.
Заявленный способ решает задачу зрительной морской навигации, отличающейся возможностью полного зрительного контроля за параметрами системы навигации, возможностью осуществления прогнозов о сроках работы и замене отдельных элементов различных устройств для навигации, возможностью предварительной локализации мест отказов в системе навигации, что значительно сокращает время ремонта и повышает надежность системы навигации.
Для решения поставленной задачи в известный способ зрительной морской навигации, согласно которому на устройстве для навигации программируют временную диаграмму проблесков, определяют момент наступления ночи, в течение которой включают проблески основного света, определяют в ночное время наличие проблесков основного света и при их отсутствии включают проблески резервного света, синхронизируют через радиоканал между собой диаграммы проблесков нескольких устройств для навигации, измеряют напряжение и силы токов заряда и разряда аккумуляторов, и ток через светодиоды, при снижении напряжения аккумулятора ниже нормы снижают ток светодиодов, определяют через спутниковую систему навигации свои текущие координаты, передают через радиоканал в центр управления измеренные величины, свои текущие координаты, параметры диаграммы проблесков, режимы работы основной - резервный, ведущий - ведомый, наличие импульсного режима модуляции проблесков, принимают через радиоканал параметры новой диаграммы проблесков, команду на включение или выключение импульсного режима модуляции, проблесков, команду на прекращение проблесков при недопустимом изменении текущих координат по отношению к заданным координатам, что введена последовательность действий, согласно которой на устройстве для навигации регистрируют текущее время, устанавливают силу света светодиодов, программируют уровни внешний освещенности, при которых наступает ночь, а затем день, измеряют внешнюю освещенность, силу света светодиодов на внутренней и внешней стороне колпака устройства для навигации и на некотором удалении от него, измеряют токи заряда аккумуляторов от каждого из внешних источников энергии и рассчитывают вклад каждого источника энергии в заряд аккумулятора, производят аудио- и видеосъемку окружающей среды, определяют факт несанкционированного проникновения на устройство для навигации, производят анализ наличия разлива нефти, измеряют параметры метео- и гидрообстановки, производят анализ наличия опасных газов, измеряют влажность внутри устройства для навигации и наличия в нем воды, измеряют по трем ортогональным координатам величины ускорений, действующие на устройство для навигации, определяют на основе измеренных ускорений углы наклона устройства для навигации, факт навала на него судов или уход его под лед, или выход из-под льда, величину волнения моря, измеряют уровень моря, устанавливают на устройстве для навигации радиолокационные отражатели, производят по трем ортогональным координатам измерения гидроакустических сигналов, после чего сравнивают их с эталонами для классификации источников сигнала, определяют направления и дальность до источника сигнала, передают через радиоканал в центр управления всю измеренную и обработанную информацию, а также значение текущего времени, наличие режимов день-ночь, снижение тока светодиодов при снижении напряжения аккумулятора и выключение тока светодиодов при снижении напряжения аккумулятора ниже нормы, наличие в ночное время проблесков основного или резервного света, наличие синхронизации проблесков внутренняя - внешняя, наличие фактов несанкционированного проникновения, в центре управления регистрируют и запоминают поступающую из устройств для навигации информацию, и выводят ее на экран дисплея в виде карты с указанием мест расположения устройств для навигации, режим работы которых отображается цветом или миганием изображений, или таблиц, указывающих состояние устройств для навигации, информация на дисплее обновляется периодически, устройства для навигации указывают его название, номер, тип оборудования, цветность, параметры временной диаграммы проблесков, наработку во времени, текущее время, заданные координаты, линейный сдвиг текущих координат от заданных, также индицируют за заданный промежуток времени графики изменений напряжений, токов заряда и разряда аккумуляторов, токов светодиодов, их силу света, рассчитывают по соотношению силы света и тока светодиодов величины КПД светодиодов, рассчитывают по соотношению суммы токов заряда и разряда величину остаточной емкости аккумулятора, на основе количества зарядов, поступивших от источников внешней энергии в аккумулятор, определяют степень эффективности их работы, по величине влажности и наличию воды в устройств для навигации определяют степень их герметичности, по характеру уменьшения силы света внутри колпака устройства для навигации определяют степень деградации светодиодов, на соотношении силы света светодиодов на внешней поверхности колпака и внутри него определяют степень прозрачности колпака, а по соотношению силы света на удалении от устройства для навигации и на внешней поверхности колпака определяют прозрачность атмосферы, наличие и степень тумана, так же индицируют в виде графиков рассчитанные величины за заданный промежуток времени, делают прогноз о сроках наработки на отказ аккумуляторов и светодиодов, дают указания о сроках замены оборудования на устройствах для навигации, при наличии отказа в системе навигации производят анализ всей информации с целью локализации отказавшего устройства для навигации и далее конкретного узла в отказавшем устройстве, передают в вышестоящие системы управления информацию о метео- и гидрообстановке вокруг устройств для навигации, передают их координаты и режимы их работы для оповещения мореплавателей сведениями об авариях на устройствах для навигации, так же передают сведения о зафиксированных с помощью гидроакустических сигналов объектах, кроме того, из центра управления передают на выбранное устройство для навигации команды для установки текущего времени, для установки уровней внешней освещенности, при которых наступают ночь, затем день, в зависимости от прозрачности атмосферы передают команду на установку силы токов светодиодов основного и резервного источников света, команды для осуществления аудио- и видеосъемок окружающей среды и передачи их в центр управления, на включение и выключение ревуна при несанкционированном проникновении на устройство для навигации, команд для принудительного включения или выключения основного или резервного источников света, команд для установки времени или периодичности передачи информации из устройств для навигации, команду для внеочередной передачи информации в центр управления, кроме того, создают внутри каждого устройства для навигации список номеров телефонов, по которым осуществляют обмен информацией между устройством для навигации и телефонами с заданными номерами, причем различным номерам телефонов присваивают разные уровни допуска к приему информации и к выдаче команд управления, а центр управления производит при необходимости изменение списка номеров телефонов и уровней их допуска.
Работа по предложенному способу происходит следующим образом. Способ применяют для управления системой навигации на воде, состоящей из многочисленных устройств для навигации и стационарного центра управления. Причем устройства для навигации могут состоять из различного количества береговых стационарных средств навигационного оборудования (СНО) и плавучих предостерегательных знаков (ППЗ). Связь между устройствами для навигации и центром управления осуществляется через радиоканал любого типа. В качестве центра управления используют не только стационарное устройство, но и телефонные аппараты, имеющие различные степени допуска.
В начале работы системы навигации производят подготовку устройств для навигации к работе. При этом по командам из центра управления устанавливают на каждом из устройств текущее время, уровни внешней освещенности, при которых наступает ночь, а затем день, параметры диаграммы проблесков, силу света основного и резервного источников света, наличие или отсутствие импульсной модуляции проблесков, устанавливают при наличии синхронизации проблесков нескольких СНО режим работы ведомый или ведущий. При этом ведущий СНО синхронизирует через радиоканал начало проблесков ведомых СНО. Так же передают команду на включение или выключение видео- и аудиосъемок, команду на установку времени или периодичности передачи информации от устройств для навигации в центр управления, создают список номеров телефонов, по которым осуществляют в дальнейшем обмен информацией между телефоном и устройством для навигации. Причем каждому номеру телефона присваивают степень допуска к информации и к командам управления. В процессе работы на устройстве для навигации регистрируют текущее время и измеряют величину внешней освещенности, определяют момент наступления ночи, в течение которой создают проблески основного света с заданной диаграммой света и с заданным током светодиодов. При этом, если запрограммирован режим импульсной модуляции проблесков, то в каждом проблеске создают вырезки во времени с частотой примерно 20 Гц, и при этом повышают силу тока светодиодов. В результате чего каждый проблеск становится более ярким и более раздражающим для глаза человека, а энергия потребления и температура светодиодов при этом не возрастают.
Одновременно контролируют в ночное время наличие проблесков основного света, при их отсутствии включают проблески резервного света с заданной диаграммой. При проблесках основного или резервного света измеряют силу света в проблеске вне устройства, на поверхности и внутри колпака, напряжения на выходе основного и резервного аккумуляторов, токи заряди и разряда аккумуляторов, токи основных и резервных светодиодов. Для повышения надежности устройств для навигации снижают токи через светодиоды при снижении напряжения на аккумуляторе ниже заданного и выключают ток через светодиоды при снижении напряжения на аккумуляторе ниже минимального возможного напряжения. При отключении тока в основных светодиодах включают резервный источник света. Отдельно измеряют силы токов заряда аккумулятора от различных внешних источников энергии, при этом определяют суммарный заряд аккумулятора от каждого из источников энергии.
Кроме того, определяют для ППЗ через спутниковую систему навигации текущие координаты. Для СНО производят аудио- и видеосъемку окружающей среды, фиксируют факт несанкционированного проникновения на СНО и производят при этом запись в память звукового и видеосигналов для последующей передачи в центр управления, что позволяет быстро определить причину проникновения и принять меры к их устранению.
Так же производят анализ окружающей седы с целью определения опасных газов в атмосфере, разлива нефти, измеряют уровень моря, температуру, качество и соленость воды, температуру и влажность воздуха, прозрачность атмосферы, силу и направление ветра, величину атмосферного давления. Кроме того, для ППЗ измеряют действующие на него механические ускорения, величину волнения моря, углы наклона платформы ППЗ, определяют наличие механических ударов о его корпус, навал на ППЗ судна. Для предотвращения навалов устанавливают на ППЗ радиолокационные отражатели. Производят измерения влажности и количества воды внутри шахты ППЗ для последующего определения степени его герметичности. Так же измеряют по трем ортогональным координатам гидроакустические сигналы, обрабатывают их, сравнивают их с эталонами и классифицируют источники сигнала, направление на него и дальность его удаления.
В заданные моменты времени, или через заданный период времени, или по внеочередному опросу передают в центр управления измеренные величины, характеризующие напряжение на аккумуляторах, их токи заряда и разряда, токи светодиодов, силу света светодиодов. Передают так же текущее время, параметры диаграммы проблесков, уровней внешней освещенности, при которых наступает день, а затем ночь, факты наличия проблесков в ночное время, наличие режимов работы основной - резервный, импульсная модуляция проблеска включена - выключена, режимы ведущий - ведомый при синхронизации проблесков, день - ночь, снижение тока светодиодов или его выключение при падении напряжения на аккумуляторах. Кроме того, передают факт несанкционированного проникновения с одновременной передачей аудио- и видеоинформации об окружающей среде. Так же передают параметры гидро- и метеообстановки вокруг устройства для навигации, а так же параметры механических воздействий на корпус ППЗ.
В центре управления регистрируют информацию, переданную от всех устройств для навигации. Всю принятую информацию представляют в виде карты с расположенными на ней устройствами для навигации, которые индицируют различным цветом или степенью миганию с целью обозначения режима их работы: полностью выключено, выключен днем, включен ночью, требуется замена аккумулятора, отказ в работе. Характер мигания отражает диаграмму проблесков. В результате чего, изображение карты несет в себе полную информацию о работоспособности всей системы навигации. Для детального обследования каждого устройства для навигации вызывают на экран дисплея таблицу параметров работы конкретного устройства для навигации, причем индицируют данные на момент последней передачи или по запросу на заданные число и время приема информации. На экране дисплея указывают название устройства для навигации, его номер, тип оборудования, цвет излучаемого света, параметры диаграммы проблесков, текущее время, координаты, линейный сдвиг текущих координат от заданных. При этом анализируют состояние устройства для навигации на текущий момент времени и определяют динамику изменения его параметров при построении графиков изменения параметров во времени, принятых за заданный промежуток времени, например месяц или год. При отказах оборудования проведенный анализ позволяет быстро локализовать место отказа, что значительно сокращает время ремонта оборудования.
Кроме того, рассчитывают по соотношению сумм токов заряда и токов разряда аккумуляторов величины их остаточных емкостей, так же по соотношению силы света светодиодов и их токов определяют величину КПД световодов. По отношению  измеренной силы света на поверхности и внутри колпака определяют степень прозрачности колпака, а по соотношению силы света вне устройства и на поверхности колпака определяют степень прозрачности атмосферы или наличия тумана. Затем строят графики изменения рассчитанных величин за заданный промежуток времени, делают прогноз о сроках наработки на отказ аккумуляторов и светодиодов, дают указания о сроках замены оборудования на устройствах для навигации. При этом резко повышается надежность системы навигации, так как своевременные замены деградирующего оборудования значительно сокращают число отказов в системе.
Принятую информацию о режимах работы устройства для навигации и координатах ППЗ, о гидро- и метеообстановке передают из центра управления в вышестоящие системы управления. Так как расположения устройств для навигации могут занимать обширные районы береговых линий морей, заливов, озер и рек, то информация об условиях в этих районах способствует созданию более полной картины об окружающей обстановке с целью предотвращения стихийных бедствий, созданию более точных прогнозов погоды. Так же при этом оценивают качество работы системы навигации и оповещают мореплавателей об отказах на устройствах для навигации с целью предотвращения аварий кораблей и судов. Так же передают данные о гидроакустической обстановке внутри системы навигации, фиксируя количество и тип кораблей и судов.
Так же анализируют параметры механических воздействий на ППЗ, по которым делают выводы о запасе прочности и герметичности их корпусов. Делают анализ углов наклона ППЗ и по характеру их изменения во времени определяют статический угол наклона ППЗ, например при замерзании во льдах, навал на ППЗ судна или степень волнения моря. При обнаружении значительного статического наклона ППЗ, что направляет диаграмму его света в ложном направлении, а так же при обнаружении внутри ППЗ воды посылают ремонтную бригаду для исправления данных недостатков. По характеру изменения зарядов, поступающих в аккумулятор ППЗ от различных источников внешней энергии (солнечная батарея, ветроагрегат, волнение моря), судят об их эффективности, при падении которых их заменяют.
Кроме того, при получении информации об уменьшении прозрачности колпака ППЗ или линзы СНО принимают решение об увеличении силы тока светодиодов, а при дальнейшем уменьшении прозрачности производят чистку или замену колпака или линзы.
В центре управления при необходимости передают на устройства для навигации команды для установки новой диаграммы проблесков, нового текущего времени на установку иных промежутков времени приема информации от устройства для навигации, дают команду на внеочередной прием информации в экстренных случаях. В сложных метеоусловиях, например при тумане, выдают команду на переход в режим импульсной модуляции проблесков, а при уменьшении КПД светодиодов передают команду на увеличение силы их тока, что приводит к сохранению дальности действия устройства для навигации. Кроме того, в условиях тумана или плохой погоды, когда еще светло, но дальность видимости мала, передают на устройства для навигации новые значения уровней внешней освещенности, при которых раньше переключают в режим «ночь», и позже в режим «день». Для ППЗ, когда их линейное смещение от заданных координат превысит максимальное значение, при котором искажается навигационная обстановка, передают команду на прекращение проблесков света. При приеме в центре управления информации о несанкционированном проникновении в одно из СНО, передают команду на включение в данном СНО ревуна и производят анализ принятых аудио- и видеосъемок вокруг СНО для выявления и устранения причин проникновения. После чего передают команду на выключение ревуна. Так же для целей профилактики отказов передают команды на включение и выключение основных или резервных проблесков в любое время суток.
Обмен информацией с устройством для навигации возможен так же с телефонов, список номеров которых установлен в каждом устройстве для навигации. Центр управления при необходимости корректирует данный список телефонных номеров и изменяет уровень их допуска. По одним номерам телефонов можно получить только общую информацию о состоянии устройства для навигации, по другим номерам можно получить полную информацию и можно передать команды управления для изменения режима. Тем самым повышается мобильность управления системой навигации.
Использованная литература
1. Дополнение №1 к справочнику по средствам навигационного оборудования. Часть 2 Министерство управления навигации и океанографии министерства обороны Российской Федерации Санкт-Петербург, 1996 г., стр.45.
2. Дополнение №1 к справочнику по средствам навигационного оборудования. Часть 2 Министерство управления навигации и океанографии министерства обороны Российской Федерации Санкт-Петербург, 1996 г., стр.144; 102.
3. «Способ зрительной навигации на море», заявка №2010105879/28(008329), 010), решение о выдаче патента от 07.07.2011.