авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Технология исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами

-- [ Страница 3 ] --

Определение местоположения подводных носителей гидролокационной аппаратуры ведется с помощью гидроакустических подводных навигационных систем, а также с использованием математических моделей буксирных линий различной сложности.

Разработанная методика организации координатно-временной привязки результатов исследования дна акваторий и подводных объектов, полученных гидролокационными методами позволяет

- вести расчет координат любой точки на дне акватории по соответствующему гидролокационному изображению и навигационным данным в географической или относительной системе координат;

- сформировать программные комплексы для автоматического масштабирования гидролокационных изображений и определения координат подводных объектов;

- оценивать качество определения координат элементов рельефа и подводных объектов при исследованиях с использованием гидролокационных средств;

- в отсутствии космических и подводных систем навигации вести расчет местоположения гидролокационных средств традиционными методами и по конфигурации буксирной линии

Разработанная методика координатно-временной привязки позволяет методически повысить качество и эффективность привязки результатов исследований за счет:

- правильного выбора ориентации галсов маршрута гидролокационной съемки с учетом уклонов дна, глубин и диапазона дальности,

- выбора способа установки или буксировки, а также степени стабилизации носителей гидроакустических антенн в пространстве,

- использования датчиков ориентации антенн и систем навигационной привязки подводных носителей согласованной точности.

Использование разработанной методики позволило организовать эффективное навигационное обеспечение разнообразных работ по исследованию дна акваторий и подводных объектов в глубоком море, на мелководье и во внутренних водоемах.

Дальнейшее совершенствование метода и средств определения координат подводных объектов, связано с внедрением позиционирования подводных носителей ГБО с помощью обращенных гидроакустических навигационных систем, интегрированных с КНС.

В третьей главе разработана научно обоснованная методика организации процесса исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами, включающая формирование аппаратурно-программных комплексов для исследования дна акваторий и подводных объектов на базе основных и вспомогательных, гидролокационных и навигационных технических средств, процесс использования этих комплексов для исследований, а также принципы построения системы сбора и обработки получаемой информации и представления ее в виде, удобном для анализа специалистами.

Аппаратурные комплексы для исследования дна акваторий и подводных объектов формируются из исследовательских гидролокационных приборов, ГБО, АП, ЭХ, навигационного и вспомогательного оборудования с учетом конкретных поставленных задач исследования, места и условий проведения работ, а также характеристик природных и техногенных объектов предназначенных к обследованию. В главе анализируются связи задач и условий исследований разнообразных подводных природных и техногенных объектов с возможностями существующей гидролокационной, навигационной и вспомогательной аппаратуры. Анализ позволяет выделить четыре основных типа исследовательских аппаратурных гидролокационных комплексов: а) аппаратурный комплекс для на морского мелководье и внутренних водоемов в составе высокочастотного ГБО, АП и ЭХ, антенны которых жестко закрепляются на корпусе плавсредства, а также дифференциального приемника КНС; б) аппаратурный комплекс для районов шельфа в составе среднечастоного и высокочастотного ГБО, АП и ЭХ, антенны которых устанавливаются на буксируемых носителях и, в общем случае, оборудованы предварительными усилителями сигналов, а также дифференциального приемника КНС; в) аппаратурный комплекс для глубоководных районов в составе буксируемого аппарата, несущего комплект гидролокационной аппаратуры, вспомогательного оборудования (система передачи данных и электропитания, глубоководная кабельная лебедка и СПУ), а также подводной навигационной системы, интегрированной с КНС; г) аппаратурный комплекс для исследования форм генерального рельефа дна и фоновых исследований мест нахождения подводных объектов с поверхности океана в составе буксируемого носителя низкочастотного гидролокатора бокового обзора большой дальности действия, инерциальной системы определения углов ориентации носителя и приемника КНС.

Разработка методических основ использования аппаратурно-программных гидролокационных комплексов для проведения исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами включает:

- исследование структуры исходных данных, необходимых для формирования сил и средств исследований, планирования процесса исследований, а также обработки данных и представления результатов работ; к исходным данным относятся цель и задачи исследования, ориентировочный объем работ, а также характеристики объекта, его места расположения и местных условий организации исследований;

- определение структуры результирующих материалов исследований, к которым относятся схемы обследования полигона; таблицы с координатами объектов и станций и содержанием работ; гидролокационные мозаики и отдельные гидролокационные изображения дна, объектов и разрезов донных отложений, первичные файлы гидролокационных и навигационных данных, пояснительная записка с описанием перечисленных материалов;

- формирование материальной составляющей, которая включает средства исследований или аппаратурно-программный комплекс, обслуживающий персонал, численность которого сильно варьируется в зависимости от режима сменности, а также финансовое и юридическое обеспечение работ;

- разработка универсальной методики использования аппаратурно-программных комплексов для сбора гидролокационной информации, включающей расчет основных параметров и режимов, а также определение состава и последовательности предварительных и основных действий по исследованию дна акваторий и подводных объектов.

- разработка аспектов построения системы сбора и обработки информации, а также форм ее интерпретации и представления в виде удобном для анализа специалистами.

Важным параметром процесса исследования дна и подводных объектов с помощью ГБО является междугалсовое расстояние (МГР), которое определяется из требования сплошного покрытия съемкой поверхности дна без пропусков. Для расчета МГР получено соотношение , где L – диапазон рабочей дальности ГБО; hmin – высота антенны ГБО над дном, db – зона перекрытия полос обзора ГБО на соседних галсах. Минимальное значение величины db соответствует максимальному возможному отклонению носителя антенны ГБО от маршрута галса в плане. Использование этого соотношения показало хорошие результаты при планировании и проведении морских работ.

Важным параметром технологии гидролокационного обследования дна является скорость движения носителя ГБО. Вместе с периодом следования зондирующих импульсов скорость движения определяет детальность съемки и условие обследования поверхности дна без пропусков, что является особенно важным при поиске объектов. В главе получены соотношения для расчета оптимальной скорости в области ближней зоны (зона Френеля) работы антенны ГБО - - и в области дальней зоны (зона Фраунгофера) работы антенны ГБО - , где с – скорость звука, l – диапазон дальности ГБО, f – рабочая частота ГБО, wо – дистанция, начиная с которой обследование ведется без пропусков. Графики соотношений приведены на рис.3.

Для планирования глубоководных работ получено соотношение для расчета места точки начала буксировки и спуска за борт подводного буксируемого носителя (ПБН) ГБО. Точка должна находиться на маршруте первого галса маршрута и отстоять от границы полигона на величину: , где V - скорость движения плавсредства, Н - глубина горизонта буксировки полигона), v- скорость вытравливания буксирного кабель-троса, Т - время, затрачиваемое на выполнение операции спуска ПБН за борт плавсредства.

Важным элементом маршрута исследования является разворот и переход на соседний галс. Для больших глубин и больших длин буксирной линии этот процесс продолжителен (до 10 часов). Для глубоководных буксировок со неспециализированных судов разработан расчет пространственно-временного графика безопасного разворота судна, буксирующего ПБН, который был неоднократно апробирован при проведении экспедиционных исследований. Разворот, начинается резким изменением (на 70-80) направления движения, продолжается движением по окружности (циркуляционной) вплоть до пересечения соседнего обратного галса и заканчивается переходом на этот галс.

Разворот выполняется по маршруту в виде ломаной линии, вписанной в окружность с пошаговым изменением курса на угол . Основными параметрами траектории разворота при этом являются: 0 - начальный угол поворота траектории плавсредства; - элементарный угол поворота плавсредства на циркуляции; V - скорость плавсредства на циркуляции; t – время удержания плавсредства на прямолинейном участке циркуляции. Основным положением при расчете графика поворота, которое обеспечивает устойчивость буксирной линии, является равенство R=D, где R - радиус циркуляции, а D - начальное расстояние от плавсредства до ПБН в плане.

Исходными данными для расчета графика разворота на соседний обратный галс являются: D; l - МГР, V0 - скорость буксировки на галсе; 0max- максимальное значение угла поворота плавсредства (70-80) в начальный момент разворота. выбирается из условия =180/n, где n - целое число. Рекомендуемое значение составляет 15. Курс плавсредства после первого поворота рассчитывается из соотношения: 1=го+0+/2, где го - курс плавсредства при движении по исходному галсу; 0=arccos(l/2D), при этом 0 0max. Скорость плавсредства на циркуляции рассчитывается из соотношения: . Время движения на прямолинейных участках циркуляции рассчитывается из соотношения: t=2(D/V)sin/2. После перехода на обратный галс после времени t производится торможение плавсредства до скорости V0 и продолжение съемки.

Важным параметром режима исследования является расстояние ПБН до дна, которое в условиях ровного дна поддерживается равным (5-10)L, где L – диапазон дальности ГБО. Однако для выполнения требований безопасности буксировки ПБН ГБО вблизи дна должно также выполняться условие (Vв/Vс)tg, где Vс - скорость движения плавсредства; Vв – скорость всплытия ПБН при максимальной скорости выборки кабель-троса буксирной лебедкой; – максимальный возможный уклон элементов рельефа.

Основные принципы построения системы сбора и отображения информации заключаются в том, что: специализированная аппаратная часть системы сбора информации реального времени должна быть минимальна и содержать в основном цифровые устройства; максимальная часть преобразований должна осуществляться в цифровом виде на серийных ПЭВМ; на экране ПЭВМ должна в реальном времени отображается гидролокационная и основная навигационная информация, а также может вестись вывод информации на графический самописец; привязка гидролокационных данных к географическим координатам должна производиться через единое время ПЭВМ, синхронизированное с Гринвичским временем GPS; к единому времени привязывается каждая точка изображения; пользовательский интерфейс программы сбора информации реального времени должен отображать определенный необходимый минимум информации и позволять оператору управлять процессом сбора информации; помимо сквозной записи всей информации должна быть предусмотрена возможность оперативного запоминания изображений и координат особых обнаруженных объектов и явлений; интерфейс навигационной программы должен отображать запланированный маршрут, путь судна и буксируемого носителя; текущие координаты судна и носителя, отклонение судна от запланированного маршрута.

Процесс обработки гидролокационной информации включает подготовку данных и собственно обработку, что схематично представлено на рис.4. Подготовка данных это минимальная обработка, которая приводит данные к виду удобному для обработки стандартными пакетами программ. Результатом подготовки являются масштабированные изображения поверхности дна с объектами и разрезы донных отложений, привязанные к географическим координатам. Собственно обработка данных это представление ее в виде, удобном для анализа потребителями. При этом используются стандартные графические и картографические пакеты программ (AUTOCAD, SURFER, GRAPHER, CORELDRAW и др.).

Такой подход делает процесс обработки более гибким, позволяет не ограничиваться опциями, заложенными разработчиками специального программного обеспечения с одной стороны, а с другой стороны дает возможность специалистам совершенствовать пути использования и представления информации самостоятельно.

Пример реализации этого процесса приведен на рис.5 и 6. На рис.5а приведено масштабированное гидролокационное изображение участка дна. Дно характеризуется массивными выходами коренных пород. На рис.5б приведена результирующая геоморфологическая схема того же участка. На рис.6а приведено изображение разреза донного грунта, полученное с помощью АП. Разрез характеризуется расчлененной поверхностью подстилающих скальных пород, нивелированной осадочными отложениями мощностью до 12 метров. На рисунке 6б приведена схема строения дна, интерпретирующая изображение на рис.6а.

Выводы по главе 3.

Разработана научно обоснованная методика формирования аппаратурно-программных комплексов для исследования дна акваторий и подводных объектов, учитывающая характеристики основных типов подводных объектов, районов их возможного расположения и задач исследования, на базе основных и вспомогательных, гидролокационных и морских навигационных технических средств.

К основным объектам исследований относятся подводные объекты природного и техногенного происхождения, такие как формы рельефа дна и их совокупности, береговые линии, осадочный покров дна, навигационные опасности, рифы, подводные части инженерных сооружений, подводные коммуникации, затопленные суда и подводные потенциально опасные объекты.

Основными районами, морфология которых определяет параметры технологии исследований гидролокационными методами, являются: глубоководные районы, шельф, морское мелководье от уреза воды до глубин 20-30м, озера, водохранилища и реки.

Содержанием типичных задач исследования дна акваторий, влияющим на структуру гидролокационной технологии является: поиск объектов, определение координат местоположения объектов, их контуров и фрагментов, а также картирование дна и объектов по морфологическим признакам.

Разработана методология использования аппаратурно-программных гидролокационных комплексов, определяющая совокупность необходимых условий, сил и средств, последовательность предварительных и основных действий и позволяющая рассчитывать основные параметры движения и функционирования научного и вспомогательного оборудования в процессе исследований дна акваторий и подводных объектов.

Основными параметрами процесса проведения непосредственного исследования дна акватории и подводных объектов являются диапазон дальности, конфигурация и протяженность маршрута движения, междугалсовое расстояние, скорость движения на маршруте, местоположение точки начала движения по маршруту, пространственно-временной график перехода на обратный галс маршрута.

Разработана структура построения и последовательность функционирования системы сбора и обработки исследовательской гидролокационной информации, включающая


Рис. 4. Схема, иллюстрирующая методологию построения процесса обработки гидролокационной информации
а)  б) Результаты обработки данных гидролокационной съемки: а) масштабированное-22 б) Рис. 5. Результаты обработки данных гидролокационной съемки: а) масштабированное изображение поверхности дна, сформированное с помощью программы WINRASTR, б) интерпретация изображения, выполненная с использованием программы SURFER: 1 – профиль поверхности дна вдоль маршрута съемки, 2 – осадочный покров, 3 – обнажения коренных пород, 4 – водная толща.


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.