АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРОМЕРНЫЙ КОМПЛЕКС "АПК"

Полезная модель относится к конструктивному выполнению комбинированных приборов для гидрографической съемки акваторий, а именно к гидрографическим измерительно-навигационным комплексам, и может быть использована при проведении разнообразных гидрографических, изыскательских и исследовательских работ, требующих точной координатной привязки.
Актуальность повышения точности определения координат возрастает при выполнении работ в районах, слабо подготовленных в топогеодезическом отношении, так, например, при производстве русловых изысканий на реках и водохранилищах с целью сбора и обработки данных для составления и корректуры электронных карт внутренних водных путей, а также для обеспечения дноуглубительных и других путевых работ, контроля состояния судовых ходов и их навигационного ограждения.
В настоящее время известны системы (RU 16406 U1, опубл. 27.12.2000, RU 28257 U1, опубл. 10.03.2003, RU 38233 U1, опубл. 27.05.2004), предназначенные, в основном, для гидрографической съемки в шельфовой зоне. Традиционными составляющими таких систем являются группа гидрографических и геофизических датчиков, оборудование геодезической привязки пунктов наблюдений, например, приемник спутниковой навигационной системы и/или гидроакустическая аппаратура, а также автоматизированное рабочее место оператора.
Одним из общих недостатков указанных систем следует считать отсутствие возможности использования дифференциального режима работы навигационных систем для повышения точности определения координат судна, позволяющего реализовать более надежную съемку при повышении ее точности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является автоматизированный комплекс (RU 28257 U1, опубл. 10.03.2003) для гидрографических и геофизических работ на акваториях, состоящий из блока гидрографических датчиков, блока геофизических датчиков, модуля спутниковой навигационной системы и автоматизированного рабочего места оператора, включающего управляющий вычислитель, базу априорных данных, блок планирования, контроля и оценки, коммутатор режимов работы, блок оперативной контрольной информации, блок синхронной индикации и регистрации, блок выбора системы координат, блок выбора масштаба, накопитель информации и графопостроитель цифровых карт.
Комплекс обеспечивает достаточно полную съемку по совокупности множества параметров, однако структуру его нельзя признать оптимальной для производства русловых изысканий на реках и водохранилищах с целью составления и корректуры электронных карт внутренних водных путей, поскольку она не обеспечивает определения координат с требуемой точностью особенно в районе, слабо подготовленном в топогеодезическом отношении.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в создании автоматизированного промерного комплекса («АПК» - аббревиатура, соответствующая специальному названию комплекса), который позволил бы при сохранении достоинств прототипа реализовать более оптимальную по составу конструкцию, обеспечивающую выполнение русловых изысканий на реках и водохранилищах с целью сбора и обработки данных для составления и корректуры электронных карт внутренних водных путей с требуемой точностью и надежностью съемки.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении точности определения координат движущегося судна с помощью спутниковой навигационной системы, обеспечении автономности работы комплекса, в сокращении времени и затрат на проведение работ, а также обеспечении технологичности производства и надежности комплекса.
Технический результат в заявляемой полезной модели достигается за счет новой совокупности блоков и связей между ними, а также изменения режимов их функционирования.
В автоматизированный промерный комплекс «АПК», содержащий бортовой модуль, включающий модуль спутниковой навигационной системы, блок гидрографических датчиков и автоматизированное рабочее место оператора, которое включает соединенные двухсторонней связью управляющий вычислитель и базу априорных данных, накопитель информации и графопостроитель цифровых карт, подключенный к выходу управляющего вычислителя, согласно полезной модели дополнительно введен бортовой модуль судна, а в каждый бортовой модуль судна введены приемо-передающий блок, блок индикации и управления, блок ввода-вывода, вход которого соединен с выходом блока гидрографических датчиков, а к первому, второму, третьему, и пятому входам-выходам подключены вход-выход приемо-передающего блока, модуля спутниковой навигационной системы, блока индикации и управления и автоматизированного рабочего места оператора соответственно, входом-выходом которого является первый вход-выход управляющего вычислителя, соединенного двухсторонней связью с накопителем информации, а входом-выходом бортового модуля судна является второй вход-выход приемо-передающего блока, при этом входы-выходы бортовых модулей соединены по средствам радиосвязи.
Указанный технический результат достигается также тем, что один бортовой модуль установлен на судне, закрепленном у берега, и работает в режиме контрольно-корректирующей станции (ККС), а второй бортовой модуль установлен на судне, проводящего измерительные работы, и работает в режиме приема дифференциальных поправок. Это обеспечивает повышение точности определения координат судна в режиме реального времени путем исключения систематической составляющей погрешностей измерений. В реальных условиях использование дифференциального режима обеспечивает точность определения относительных координат движущегося судна до 0,2 м (абсолютных координат - до 0,8 м), тем самым позволяет до минимума сократить объем работ по подготовки района съемки в топогеодезическом отношении, что приводит к сокращению затрат и времени на проведение изыскательских работ, а также обеспечивает автономность работы комплекса. При этом блок индикации и управления выполнен с возможностью оперативного изменения режима работы бортового модуля из режима ККС в режим приема дифференциальных поправок и обратно.
Указанный технический результат достигается также тем, что за счет унификации блоков обеспечивают технологичность производства и надежность комплекса в целом.
Кроме того, в конкретных случаях выполнения комплекса в качестве модуля спутниковой навигационной системы использован приемник СНС GPS/ГЛОНАСС «Shark -V1G RT-20», а в качестве приемо-передающего блока - радиостанция ЕРМАК СР-360.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена структурная электрическая схема заявляемого комплекса.
На фиг. введены обозначения:
1,2 - бортовой модуль (БМ);
3,13 - приемо-передающий блок (ППБ);
4,14 - модуль спутниковой навигационной системы (МСНС);
5,15 - блок индикации и управления (БИУ);
6,16 - блок гидрографических датчиков (БГИД);
7,17 - блок ввода-вывода (БВВ);
8,18- автоматизированное рабочее место оператора (АРМ);
9,19 - управляющий вычислитель (УВ);
10,20 - база априорных данных (БАД);
11,21 - накопитель информации (НИ);
12,22 - графопостроитель цифровых карт (ГЦК).
Комплекс (см. фиг.) содержит два бортовых модуля, аналогичных по конструктивному выполнению, которые размещены на двух судах и соединены двухсторонним радиоканалом. Бортовой модуль 1 включает приемо-передающий блок 3, модуль 4 спутниковой навигационной системы, блок 5 индикации и управления, блок 6 гидрографических датчиков и автоматизированное рабочее место 8 оператора, включающее управляющий вычислитель 9, базу 10 априорных данных, накопитель 11 информации и графопостроитель 12 цифровых карт.
Автоматизированный промерный комплекс «АПК» работает следующим образом.
Перед выполнением работ одно судно с бортовым модулем 1 швартуется к берегу (пирсу) в стационарное положение для закрепления опорного пункта с известными эталонными координатами, определенными с геодезической точностью. При отсутствии эталонных координат опорного пункта, они определяются путем статистического накопления измерений координат и фильтрации случайных погрешностей в течение промежутка времени, достаточного для получения координат со среднеквадратической погрешностью менее 0,8 метров. С этой целью оператор с блока 5 индикации и управления через блок 7 ввода-вывода подает команду в модуль 4 спутниковой навигационной системы на проведение навигационного сеанса в статическом режиме. Определенные или известные координаты опорного пункта с помощью блока 5 через блок 7 передают на вход-выход АРМ 8 оператора, являющийся входом-выходом УВ 9, оснащенного соответствующим программным обеспечением. Далее по команде оператора, поступающей с блока 5 индикации и управления, бортовой модуль 1 начинает работу в режиме ККС. При этом навигационные параметры с МСНС 4, функционирующего в статическом режиме, через БВВ 7 поступает в УВ 9, который формирует корректирующую информацию (дифференциальные поправки) путем сопоставления эталонных координат с координатами, вычисленными в результате навигационного сеанса. Полученные дифференциальные поправки через БВВ 7 поступают в ППБ 3, с помощью которого передаются в эфир. Зона уверенного приема/передачи дифференциальных поправок определяется дальностью радиосвязи ППБ 3, условиями распространения радиоволн в конкретном районе работ и при использовании в качестве блока радиостанции ЕРМАК СР-360, как правило, составляет до 35 км.
Бортовой модуль 2, размещенный на втором судне, проводящем гидрографические изыскания, функционирует в режиме приема дифференциальных поправок. При этом радиосигналы, содержащие дифференциальные поправки, принимаются ППБ 13 и через БВВ 17 поступают на вход-выход АРМ 18 оператора, являющийся входом-выходом УВ 19. Навигационные параметры с МСНС 14, функционирующего в навигационном режиме, через БВВ 17 поступают в УВ 19, где производится их коррекция с учетом полученных дифференциальных поправок и определение относительных координат судна с точностью до 0,2 м (абсолютных координат - до 0,8 м),. Параллельно данные с БГИД 16 через БВВ 17 поступают на вход-выход АРМ 18 оператора, являющийся входом-выходом УВ 19, Оснащенного соответствующим программным обеспечением. Блок 16 гидрографических датчиков включает группу гидрографических датчиков, содержащую многолучевой эхолот, промерный однолучевой эхолот, профилограф, многоканальный эхолот, измеритель скорости звука, систему измерителей параметров качки, гирокомпас и лаг.
Управляющий вычислитель 19 АРМ 18 оператора осуществляет комплексную обработку информации, поступающей от БГИД 16 и МСНС 14 а также отображение ее в нужном формате. В качестве УВ 19 может быть использован персональный компьютер (например, ноутбук или переносной промышленный компьютер UNIGRAF UIPC-215 DC). С целью повышения точности при выполнении вычислительных работ используются априорные данные на район съемки акватории, которые поступает в УВ 19 из БАД 20. Цифровые данные, обработанные УВ 19 в реальном времени, по мере поступления накапливаются в НИ 21 для последующей камеральной обработки. При необходимости полученные результаты распечатываются с помощью ГЦК 22 в виде цифровых карт акваторий в заданной системе координат и требуемом масштабе. В качестве ГЦК 22 может быть использован плоттер (принтер).
Второе судно, производящее гидрографические изыскания, при выходе на границу зоны уверенного приема дифференциальных поправок швартуется к берегу (пирсу). С учетом того, что бортовой модуль 2 данного судна работал в режиме приема дифференциальных поправок и обеспечивал измерение абсолютных координат с точностью до 0,8 м, его координаты, полученные без дополнительных временных затрат, принимают за точные координаты последующего опорного пункта. По команде оператора, поступающей с БИУ 15, бортовой модуль 2 начинает работу в режиме ККС. Одновременно путем статистического накопления и фильтрации случайных погрешностей измерения текущих координат продолжают уточнять координаты опорного пункта, принятые эталонными. В это время первое судно, используют для гидрографических изысканий, при этом по команде оператора, поступающей с БИУ 5, бортовой модуль 1 начинает функционировать в режиме приема дифференциальных поправок. Далее порядок работы бортовых модулей повторяется согласно выбранных режимов.
Таким образом, использование комплекса, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, позволит повысить точность определения координат, в том числе без использования геодезической основы местности, что обеспечивает автономность работы комплекса, сокращение времени и затрат на проведение работ, а также обеспечить технологичность производства и надежность комплекса за счет идентичности конструктивного выполнения бортовых модулей.