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 | 3 || 5 |

Технология исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами

-- [ Страница 4 ] --

этап подготовки информации с использованием специализированного программного обеспечения и последующую обработку пакетами программ общего назначения для приведения к виду удобному для анализа геологами, экологами, спасателями, и другими специалистами. При этом основными принципами построения системы являются:

- минимизация специализированной аппаратной части системы реального времени и исполнение ее в основном на базе цифровых устройств;

- максимальное использование в системах серийных цифровых устройств и ПЭВМ,

- упрощение и минимизация процесса подготовки информации специализированными программами перед обработкой стандартными пакетами.

В четвертой главе рассмотрены образцы технических средств созданные для исследования дна и подводных объектов в течение нескольких десятков лет в условиях менявшихся в обществе приоритетов.

Для осуществления фундаментальных исследований дна акваторий, а также широкого спектра прикладных исследований подводных объектов природного и техногенного происхождения и выполнения разнообразных контрактов, в океане, на шельфе и во внутренних водоемах под руководством и при непосредственном участии автора в Лаборатории гидролокации дна ИО РАН разработаны, созданы и внедрены гидролокационные исследовательские аппаратурные комплексы, методики и технологии. Одновременно автором разрабатывались методические аспекты использования технических средств, велись испытания и осуществлялось внедрение технологии гидролокационного обследования в целом. Технические средства создавалась начиная с конца 70-х годов.

Существенный прогресс был достигнут в период с 1978 по 91 годы в связи с контрактами ВМФ. В это время для решения глубоководных гидрографических задач был построен многоцелевой глубоководный буксируемый комплекс (ГБК) в составе двух глубоководных аппаратов «Звук-Комплекс» и «Звук-МАФТ» (рис. 7) и переоборудовано судно ВМФ. Отличительная черта комплекса – полная интеграция с инфраструктурой специализированного судна. Автор непосредственно участвовал в разработке гидролокационной аппаратуры, а с 1987 по 1992 год руководил внедрением, опытной эксплуатацией и модернизацией комплекса и провел на ГиСу «Зодиак» несколько морских и две океанские экспедиции. Технические характеристики гидролокационного оснащения аппаратов приведены в таблице 3.

Для глубоководных исследований с борта научно-исследовательских судов созданы ГБК серии«Звук» с рабочей глубиной 4000-6000м, не привязанные к конкретному

а)  б) Результаты обработки данных акустического зондирования донных отложений-24 б) Рис. 6. Результаты обработки данных акустического зондирования донных отложений (морская зона эстуария р.Кемь): а) масштабированное изображение профиля зондирования, сформированное с помощью программы WINRASTR; б) интерпретация изображения, выполненная с использованием программы SURFER.
Рис. 7. Глубоководный (6000м) буксируемый аппарат «Звук-МАФТ» (1991г.) Рис. 8. Буксируемый носитель ГБО дальнего действия «Звук-Д».
Рис. 9. Гидролокационный комплекс МКС: набортный носитель антенн ГБО и эхолота (черный цвет), электронный блок (внизу), в центре цифровой модуль ввода-вывода и вверху ПЭВМ типа Ноутбук. Рис. 10. Буксируемый подводный носитель комплекса «Микросаунд»: 1 – антенный модуль, 2 –подвеска, 3 – отсек усилителя сигналов, 4 - буксирный кабель-трос, 5 – грузонесущая заделка кабель-троса

Таблица 1

Характеристики созданных гидролокационных приборов

Таблица 1

(продолжение)

судну-носителю. Облик и структура аппаратуры определяются условиями работы на морских научно-исследовательских судах неограниченного района плавания водоизмещением 2-6 тысяч тонн, имеющих лабораторные помещения для установки аппаратуры, оборудованных электросетью 220В 50Гц, кабельными лебедками и спускоподъемными устройствами (краны, А- и П-рамы). Технические характеристики гидролокационного оснащения приведены в таблице 3. Эти аппараты использовались для научных исследований в океанских экспедициях ИО РАН до начала 90-х годов.

Для исследования и картирования генеральных форм рельефа дна океана в Лаборатории гидролокации дна ИО РАН разработан и построен гидролокационный комплекс «Звук-Д», представляющий собой низкочастотный ГБО, использующий тональные и частотно-модулированные посылки с центральной частотой 5кГц. Основной частью является буксируемое тело размером 5.5х0.8х0.8 метра, и массой 0,9т нейтральной плавучестью (рис. 8). Характеристики приведены в таблице 3. В 1991 году«Звук-Д» прошел полномасштабные испытания в районе Бермудских островов.

В начале 90-х годов экономическая ситуация изменилась. Актуальными стали инженерные, инженерно-геологичнские, инженерно-гидрографические и поисковые работы на мелководье, и во внутренних водоемах. Большой интерес приобрели задачи мониторинга подводных потенциально опасных объектов, подводных сооружений в шельфовых морях России, гидротехнических сооружений и подводных продуктопроводов, а также задачи исследования русловых процессов, осложняющих прибрежную геоэкологическую обстановку.

В соответствии с этими потребностями в ИОРАН был разработан и создан новый приборный парк, основным требованием к которому была мобильность, малые габариты и энергонезависимость.

Для исследований на мелководье и во внутренних водоемах создан комплекс МКС, облик и структура которого определяются полевыми условиями работы в труднодоступных местах с борта неспециализированных маломерных судов и лодок. Отличительные особенности: бортовое крепление антенн, автономное электропитание питание =12В, использование ПЭВМ типа Notebook. Изображения элементов и характеристики аппаратуры приведены на рис.9 и в таблице 3.

Для морских исследований на глубинах до 200 м создан шельфовый аппаратурный комплекс «Микросаунд». Облик и структура аппаратуры определяются глубинами и условиями работы на морских судах малого тоннажа, имеющих сухие помещения для установки аппаратуры, в ряде случаев электросеть 220В 50Гц и элементы палубного оборудования (лебедки и стрелы). Отличительные особенности: буксируемые антенны ГБО и АП, два частотных диапазона ГБО (240 и 500 кГц), универсальное электропитание (~220В и =12В), портативная ПЭВМ. Изображения элементов и характеристики комплекса приведены на рис. 10 и в таблице 3.

Для решения исследовательских задач в территориальном море России созданы гидролокационные комплексы «Мезоскан» (рис.11) и «Мезоскан-М» с глубиной погружения до 2 км, оборудованные двумя ГБО (70кГц и 240кГц), АП (5 кГц) и навигационным маяком-ретранслятором. Комплексы снабжены углубительными устройствами гидродинамического и гравитационного типа. Отличительные особенности: двухчастотный ГБО, малые габариты, простота транспортировки, возможность работ на разных скоростных и глубинных режимах.

Для исследования рыхлых осадочных отложений и погребенных объектов созданы акустические профилографы (АП), для комплексов «Звук», «Мезоскан», «Микросаунд» и «МКС», а также автономный АП-5. Ключевыми аспектами разработок АП ЛГД ИО РАН являются: разработка гидроакустических антенн на базе кольцевых преобразователей, применение ЧМ посылок и корреляционной обработки эхо-сигналов, а также дифференциальных детектирующих устройств.

Для повышения качества представления гидролокационных изображений в реальном времени, их динамического диапазона и детальности, а также объемов и долговечности архивирования и возможностей обработки в ИО РАН с 80-х годов ведутся разработки цифровых методов регистрации гидролокационной информации. В первых образцах на базе ЭВМ СМ1420 и модуля КАМАК гидролокационные изображения отображались на экранах телевизионных мониторов и выборочно сохранялись на жестких дисках. В 90-х годах созданы устройства вначале с 4-х, а потом с 8-ми разрядным аналого- цифровым преобразованием для шины ISA РС. В настоящее время разработаны и используются модули связи с ПЭВМ на основе портов LPT (ЕРР) и USB 2.0, что связано, в том числе с широким использованием ПЭВМ типа Notebook (рис.12).

Программа реального времени, управляющая процессом сбора и отображения информации гидролокационной аппаратуры через модуль ввода-вывода, преобразовывалась неоднократно в связи с модернизацией модулей и переходом к более современным операционным системам. Последняя версия программы создана для среды Windows’98/XP.

Программа и подготовки гидролокационной информации (WINRASTR), позволяет просматривать сохраненные изображения поверхности и профилей дна на экране ПЭВМ и создавать масштабированные твердые копии этих изображений. При просмотре изображений предусмотрена возможность создания файлов координат профилей дна, контуров областей и точечных объектов, видимых на изображении с использованием манипулятора «мышь». Программа также поддерживает функции формирования равно-масштабных изображений при выводе, коррекции на наклонную дальность и формирования гидролокационных мозаик.

Для всех образцов гидролокационной техники, автором разработаны конструкции гидроакустических антенн. При этом решены задачи формирования требуемой направленности и герметизации в условиях высоких давлений до 600 атм, а также обеспечена возможность изготовления антенн в условиях опытного производства.

Выводы по главе 4.

Под руководством и при непосредственном участии автора созданы образцы аппаратурно-программных комплексов для проведения натурных испытаний и практических исследований на акваториях, а именно:

1. Многофункциональный стационарный глубоководный буксируемый комплекс в составе двух подводных буксируемых аппаратов (ПБА) «Звук-Комплекс» и «Звук-МАФТ», позволяющий вести комплексные гидрографические исследования на глубинах до 6000м.

2. Глубоководные буксируемые комплексы «Звук-4», «Звук-Л» и «Звук-Л2», позволяющие вести исследование и картирование дна и подводных объектов по гидролокационным и фотографическим данным на глубинах до 4000 и 6000 м соответственно.

3. Низкочастотный гидролокатор бокового обзора дальнего действия «Звук-Д» для исследования и картирования генеральных форм рельефа дна океана.

4. Аппаратурный комплекс для мелководья и внутренних водоемов «МКС» в составе ГБО, эхолота и АП с бортовым креплением антенн для исследований дна и подводных объектов на глубинах до30м.

5. Шельфовый аппаратурный комплекс «Микросаунд» в составе буксируемого двухчастотного (240/500кГц) ГБО и АП для исследований на глубинах от 10 до 200 м.

6. Глубоководные мобильные аппаратурные комплексы «Мезоскан» и «Мезоскан-М», с двухчастотным ГБО (80/240 кГц) и АП (5 кГц), позволяющие вести исследование дна и картирование подводных объектов на глубинах до 2000м.

7. Программно-аппаратные средства реального времени для сбора и отображения информации, поступающей от гидролокационных и навигационных средств, а также управления их работой с помощью настольных и портативных ПЭВМ.

8. Программно-математическое специальное обеспечение для камеральной обработки и подготовки собранной информации к анализу и обработке пакетами программ общего назначения.

В пятой главе рассмотрены результаты внедрения разработанной технологии исследования дна акваторий и подводных объектов при проведении натурных работ с использованием созданных аппаратурно-программных комплексов.

Рассмотренные в предыдущих главах результаты были использованы при проведении автором непосредственно и в ходе руководства океанологическими исследованиями и подводными работами по тематике РАН, контрактам с РФФИ, Федеральным Агентством по науке и инновациям, Министерством обороны, а также частными компаниями и фирмами. Крупный блок представлен морскими экспедиционными работами, которыми руководил автор, выполненными по 11 контрактам МЧС России, по обследованию подводных техногенных объектов, представляющих потенциальную опасность жизни людей и экологии окружающей среды.

В 1978 году с помощью ГБО «Звук-4» был проведен поиск выходов коренных пород и осадочных «караманов» в рифтовой зоне Красного моря, в 1980 году – впервые выполнено геолого-геоморфологическое картирование вершины подводной горы Афанасия Никитина в Индийском океане, в 1982 году – выполнены комплексные геолого-геофизические исследованиях хребта Рейкъянис в Северной Атлантике. С помощью ГБО «Звук-Л» в 1986 году были проведены исследования бровки континентального склона и шельфа на разрезах и полигонах Болгарского сектора Черного моря, в 1987 году было выполнено геолого-геоморфологическое картирование центральной части банки Горринжд в Северной Атлантике и хребта Барони в Средиземном море. В 1993 году по контракту с Департаментом археологии и экологии Мексики с помощью ГБО «Звук-Л2» был обследован и закартирован обширный район (600 кв.км) на банке Кампече в Мексиканском заливе; при этом впервые синтезирована цифровая геоморфологическая схема района.

В 1991 году с помощью буксируемого гидролокационного аппарата «Звук-Л2» было уточнено местоположение затонувшей атомной подводной лодки "Комсомолец" на глубине 1700м и судна «Титаник» на глубине 3800 м. В 1995 году с помощью ГБО «Звук-Л2» были выполнены работы по проекту ORCA – поиск японской дизельной подводной лодки, затонувшей в период Второй мировой войны в центральной Атлантике на глубине 5000м.

Совместно с Институтом водных проблем севера КНЦ РАН в 2001-2009 годах была разработана и внедрена технология промера, гидролокационной съемки и акустического зондирования (рис.6) при комплексных гео-, био-, экологических исследований эстуариев рек Белого моря в рамках 7 грантов РФФИ. Получены уникальные данные в районе Кемской губы, Кандалакшского залива, в районе п.Беломорск и в восточной части Белого моря.

В 1995-2004 годах ИО РАН совместно с Географическим факультетом МГУ была разработана и внедрена технология картирования морфологии и оценки количественных параметров форм рельефа дна русел рек с помощью ГБО. На рис.13 приведен пример гидролокационного изображения руслового рельефа дна Волги в районе г.Астрахань. Технология была внедрена при выполнении 5 проектов РФФИ в 1995-2004 гг. имеющих целью исследовать морфолитодинамику руслового рельефа и разработать прогноз тенденций эрозионно - аккумулятивных процессов в Нижней Волге и в ее дельте в условиях нестабильности уровня Каспийского моря. По результатам этих исследований опубликован ряд основных работ, в том числе монография «Нижняя Волга: геоморфология, палеогеография и русловая морфодинамика», а также в 2009 году издан «Атлас русловой морфодинамики Нижней Волги (Волгоград-Астрахань)».В 2010 году работы продолжены при поддержке РФФИ с целью получения дополнительных данных для составления атласа дельтовых рукавов Волги. В 2001 году русловые исследования с гидролокационной аппаратурой были проведены в нижнем течении р.Кубань и ее рукава Протоки.

В 1993 году технология обследования морского дна с помощью ГБО, была впервые использована автором во внутреннем водоеме для обследования подводных переходов магистральных трубопроводов через р.Енисей вблизи п.Дудинка. Позже аналогичные работы выполнялись на реках Обь, Волга (рис.14), Ока, Печора, Вычегда и др. Обширные работы выполнены в интересах компаний нефтегазового комплекса: в 1998 и 2003 годах обследованы участки шельфа и мелководья у полуострова Медынский в Печерском море в рамках оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) строительства нефтяных терминалов; в 1999-2000 г. проведены гидролокационные исследования и акустическое зондирование на семи разрезах участка побережья Новороссийск-Анапа и полигоне в районе пос.Озереевка на Черном море в рамках ОВОС строительства нефтяных терминалов Каспийского трубопроводного консорциума; в 2004-2005 году проведены глубоководные работы в Каспийском море по гидролокационному обследованию поверхности дна на площадках «Яламо-Самур» и «Центральная» в процессе инженерно- геологических изысканий мест установки полу - погруженных буровых установок.

В 1998-2010 годах в рамках задач МЧС России по ведению Реестра подводных потенциально опасных объектов (ППОО) в автором была разработана технология поиска и обследования ППОО с использованием ГБО, телеуправляемых аппаратов и прямых методов отбора проб. Технология была внедрена при выполнении контрактов МЧС России. В 1998 и 2000 годах осуществлялся гидролокационный поиск и обследование мест захоронения химического оружия (ХО) в проливе Скагеррак и Борнхольмской котловине в Балтийском море; в 2002-2004 годах по заданию МЧС России было проведено три экспедиции в район Малого моря, Баргузинского и Чивыркуйского залива оз. Байкал с целью поиска и выборочного подъема затонувших судов, авто-техники, и прочих подводных объектов,

Рис. 11. ГБА «Мезоскан»: 1 – прочный корпус (труба); 5 – обтекатель; 6 – узел подвески; 7 – стабилизатор. Антенны: 2 – ГБО 80кГц, 3 - ГБО 240кГц, 4 - АП. Рис. 12. Модулей ввода-вывода гидролокационной информации ИО РАН: 1 – 4 разрядный модуль для разъема ISA PC; 2 – 8 разрядный модуль для разъема ISA PC; 3 – автономный модуль RAD-EPP/USB.
Рис. 13. Песчаные гряды и выходы коренной глины в русле Волги. Рис. 14. Изображение оголенного участка подводного перехода магистрального газопровода через р.Волга.
Рис. 15. Гидролокационное изображение затонувшего эсминца в Черном море в районе Мысхако. Сетка графления 30х30м. Справа светлый тон – аккумулятивное осадочное пятно. Рис. 16. Изображение напорной грани плотины Саяно-Шушенской ГЭС со стороны водохранилища, полученное с помощью "перевернутого" ГБО.


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.