Проектирование гидрографических работ в море Лаптевых

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Государственная морская академия имени адмирала С.О. Макарова

Кафедра «Гидрография моря»

Гнедов А.П.

Проектирование гидрографических работ в море Лаптевых

Дипломная работа

Научный руководитель: Фирсов Ю.Г.

Санкт-Петербург,

2009

Содержание

Введение

1. Объяснительная записка

1.1 Назначение работ

1.2 Краткая характеристика ранее исполненных работ

1.3 Краткое описание физико-географических и экономических условий района работ

1.4 Сроки выполнения работ

2. Техническое обоснование способов работ

2.1 Состав (программа) работ

2.1.1

2.1.2

2.2 Краткое описание используемой аппаратуры

2.2.1

2.2.2

2.2.3 Основные параметры приемника C-NAV-2050R

2.2.4 Физические и эксплуатационные параметры приемника C-NAV-2050R

2.3 Дополнительные (резервные) средства определения планового положения

2.3.1

2.3.2

2.4 Дополнительные средства для обследования

2.4.1 ГБО С-Max

2.4.2 USBL система “Track Link”

2.4.3 Гирокомпас “Meridian Surveyor”

2.5 Навигационно-гидрографическое программное обеспечение

2.5.1

2.5.2 Резервное навигационное программное обеспечение

2.5.3 Программа STARUtil (v.3.)

2.5.4

2.6 Камеральная обработка

2.7 Гидрографический комплекс на базе эхолота EA 3000 фирмы Konsberg Simrad

2.7.1 Обработка данных

2.7.2 Прокладчик

2.7.3 Измеритель вертикального профиля скорости распространения звука в воде

2.7.4 Дисплей рулевого

2.8 Интегрированная система пространственной ориентации “Seapath”

2.9 Гидрографический однолучевой эхолот EA 400 фирмы Konsberg

2.9.1 Основные блоки

2.9.2 Мобильная переносная система

2.9.3 Переносная система эхолота

2.9.4 Система эхолота

2.9.5 Внешние интерфейсы

2.9.6 Приемопередатчик общего назначения (ПОН)

3. Подробность промера и расположение галсов

4. Район работ и маршруты обследования

5. Описание параметров судна

6. Привязка галсов к геодезической основе

7. Методика выполнения работ с МЛЭ

8. Состав научной партии

9. Заключение

10. Список используемой литературы

Введение

После распада СССР на 15 независимых государств Северный морской путь перешел полностью под юрисдикцию России. Значение Северного морского пути для России еще более возросло. Своеобразие функционирования Северного морского пути в 1990-х годах заключалось в том, что трудная адаптация арктической транспортной системы к новым геополитическим и экономическим условиям сочеталось с расширением опыта продленной и круглогодичной навигации и началом международного использования СМП. Арктический транспортный флот в этот период практически перестал обновляться. Число используемых транспортных судов различного назначения сократилось более чем в четыре раза, при этом возраст большинства судов приблизился к критическому. Данный период характеризуется практически полной остановкой работ по дальнейшему изучению и освоению морей Арктики, за исключением эпизодических экспедиций. Происходит технологическое переоснащение всей научно-исследовательской базы оборудованием, которое будет соответствовать новым требованиям. Сейчас СМП находится в ведении ФГУП «Гидрографическое предприятие». Гидрографическое предприятие владеет флотом из 18 специализированных судов, предназначенных для съемки и картографирования рельефа морского дна и обслуживания средств навигационного оборудования морских путей. Район плавания и производства работ -- неограниченный. Корпус судов -- усиленный для работы в ледовых условиях. В том числе, 14-ю построенными в Финляндии судами типа “Алексей Марышев”, “Дмитрий Овцын” и “Федор Матисен”, предназначенными для съемки и картографирования рельефа, установки и обслуживания средств навигационного оборудования морских путей и оснащенными специальным оборудованием для работ в суровых арктических условиях. Район плавания и производства работ у этих судов - неограниченный, корпус - усиленный для работы в ледовых условиях. Построенные в 1990-1991 годах суда “Алексей Марышев”, “Григорий Михеев” и “Петр Котцов” оснащены автоматизированными информационными системами сбора, регистрации, отображения и редактирования гидрографической информации, позволяющими реализовать единую цифровую технологию съемки рельефа дна, обработки гидрографических материалов и картосоставления, в том числе, непосредственно на борту судна. Для выполнения площадной съемки поверхности морского дна в соответствии с требованиями международных стандартов суда и подразделения предприятия оснащены многолучевыми эхолотами ведущих мировых производителей.

1. Объяснительная записка

1.1 Назначение работ

Границы СМП, согласно действующим Правилам плавания по трассам Северного морского пути (1990 г.), определяются, исходя из местоположения пригодных к ледовой проводке судов трасс, расположенных во внутренних морских водах, территориальном море или экономической зоне, прилегающих к Северному побережью России. Крайние пункты трасс СМП ограничиваются: на западе - западными входами в новоземельские проливы и меридианом, проходящим на север от мыса Желания; на востоке - в Беринговом проливе параллелью 66° с.ш. и меридианом 168°58'37" з.д.

СМП является важнейшей частью инфраструктуры экономического комплекса Крайнего Севера и связующим звеном между российским Дальним Востоком и западными районами страны. СМП объединяет в единую транспортную сеть крупнейшие речные артерии Сибири, сухопутные, воздушные и трубопроводные виды транспорта. Для некоторых районов Арктической зоны Чукотки, островов арктических морей и ряда населенных пунктов побережья Таймырского (Долгано-Ненецкого) автономного округа - морской транспорт является единственным средством перевозок грузов и жизнеобеспечения населения. На направлении Мурманск-Дудинка осуществляется круглогодичная навигация в целях обеспечения деятельности Норильского ГМК. СМП - это единственный и экономически реалистичный путь к природным кладовым российского Севера, Сибири и Дальнего Востока. СМП является альтернативным и кратчайшим водным путем между портами Европы и стран Азиатско-Тихоокеанского региона. Не снижается роль СМП в обеспечении национальной безопасности России в Арктике. На международном уровне не снижается интерес зарубежных фирм к морскому экспорту нефти и газа из месторождений Баренцева и Карского морей. Однако преимущества и доход от экспорта, как и от транзита по СМП, могут быть реализованы при обеспечении государством нормального функционирования трассы, отвечающего всем требованиям отечественной нормативно-правовой базы и нормам международного морского права по безопасности мореплавания. Согласно Морской доктрине Российской Федерации на период до 2020 г., национальная морская политика России в Арктике определяется особой важностью обеспечения свободного выхода российского флота в Атлантику, богатствами исключительной экономической зоны и континентального шельфа Российской Федерации, решающей ролью Северного флота для обороны государства с морских и океанских направлений, а также возрастающим значением СМП для устойчивого развития Российской Федерации. Основные перспективные объемы перевозок по СМП будут связаны с освоением нефтегазовых месторождений на п-ове Ямал, в бассейнах рек Обь, Енисей и Лена, а также в примыкающих к СМП районах Баренцева моря (Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция, Штокманское газоконденсатное, Приразломное нефтяное месторождения и др.) и развитием морского экспорта нефти и газа из этих месторождений в Европу и США. Несколько оживится экспорт цветных металлов, производимых Норильским ГМК. Дополнительные грузы для СМП могут поступать от металлургических, химических и лесных предприятий средней Сибири на мировой рынок по системе "Енисей-СМП" с широким использованием судов "река-море". По мере оживления экономики Арктической зоны увеличатся объемы каботажных перевозок по СМП.

Развитие навигационно-гидрографического обеспечения в зонах ответственности Государственного унитарного Гидрографического предприятия и Гидрографической службы Северного флота достигается путем модернизации оборудования действующих гидрографических судов и береговых средств навигационного оборудования; строительства гидрографических судов нового поколения; ввода в эксплуатацию 11 береговых контрольно-корректирующих станций глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНACC/GPS; внедрения морских электронных картографических навигационных информационных систем; завершения создания системы передачи информации по безопасности мореплавания в сети Safety NET спутниковой системы ИНМАРСАТ и береговых пунктов НАВТЕКС; создания автономных средств навигационного оборудования и организации системы электронно-картографического сервиса; осуществление надзора за судами с целью предупреждения загрязнения моря.

1.2 Краткая характеристика ранее исполненных работ

Картографическое покрытие площади морей Арктики, %

Знаменатель масштаба	Карское море	Море Лаптевых	Восточносибирское море	Чукотское море
500 000	100	100	100
200 000	48	18	31
100 000	21	9	18
50 000	10	3	2
25 000	0,9	0,5	1
10 000	0,08	0,03	0,04
5 000	0,08	0,002	0,006

Таб. 1

Объем промерных работ (тысячи км)

	1933-1952	1953-1964	1965-1983	1984- н/вр	1933-н/вр
Судовой	291	901	2112	905	4209
Катерный	47	49	86	63	245
Ледовый	70	203	452	141	866
Всего	408	1153	2650	1109	5320
Среднегодовой	21,5	105	147	58	76

Таб. 2

Относительные площади морей (%), обследованные с заданной подробностью

Подробность, м	Карское море	Море Лаптевых	Восточно-сибирское море	Чукотское море
?500	28	35	15	9
1000	38	39	20	38
2000-4000	16	11	14	21
?4000	10	10	10	4
маршрутный	8	5	41	28

Таб. 3

На основе вышеизложенного и данных по картографическому обследованию (таб.1) и объему промерных работ (таб. 2) в морях Арктики можно сделать вывод, что большая часть СМП нуждается в дообследовании, чтобы соответствовать международным стандартам по безопасности мореплавания и уменьшить риски для торгового мореплавания.

1.3 Краткое описание физико-географических и экономических условий района работ

Море Лаптевых - окраинное море Северного-Ледовитого океана, между побережьем Сибири, п-овом Таймыр, о-вами Северная Земля и Новосибирскими. На западе соединяется с Карским морем (проливы Вилькицкого, Шокальского и Красной Армии), на востоке - с Восточно-Сибирским морем (проливы Дмитрия Лаптева, Этерикан и Санникова). Площадь около 662 тыс.км, средняя глубина 578 м, наибольшая - 3385 м. Крупнейшие заливы - Хатангский, Оленёкский, вдаются в низменный пологий берег. В море впадают множество рек, наиболее крупные - Лена, Хатанга, Яна, Оленёк, Анабар. В море Лаптевых несколько десятков островов (общая площадь 3784 кмІ), преимущественно в западной части моря. В обрывах побережья Новосибирских островов встречаются выходы реликтового льда значительной толщины. Таяние и волно-прибойная деятельность сильно ускоряют эрозию таких берегов. Например, открытые в 1815 г. Острова Семеновский и Васильевский (74? 12' c.ш. - 133? в.д.) исчезли с карты. В обнажающихся слоях льда находят многочисленные остатки мамонтов. Море Лаптевых расположено в пределах материковой отмели, которая круто обрывается к ложу океана. Глубины менее 50 м занимают около 53% площади моря, более 1000 м - 22%.Грунт глубоководной части - ил, в остальной части- песок и ил, в восточной части моря под тонким слоем осадков встречается второе “ледяное” дно реликтового льда. В формировании рельефа дна и берегов существенную роль играли древние реки и ледники. По климату море Лаптевых - одно из самых суровых арктических морей. Около трех месяцев на севере и пяти месяцев на юге продолжается полярная ночь и столько же полярный день. Температура воздуха ниже 0? наблюдается на севере моря около 11 месяцев, на юге - 9 месяцев. Средняя температура января от -31 до -34?С (минимальная около -50?С), июля в северной части 0-1?С (максимальная 4?С), в южной части 5-7?С (максимальная 10?С), на берегах максимальная температура может достигать 22-24? (август) .Зимой часты штормовые ветры, вьюга и метели, летом - снежные заряды и ту манны. Большую часть года море покрыто льдом. Льдообразование начинается в сентябре на севере и в октябре на юге. Зимой юго-восточная часть моря занята обширным припаем. Под воздействием преобладающих южных ветров вдоль мористого края припая ежегодно сохраняется так называемая Великая сибирская полынья, севернее которой располагаются дрейфующие льды. Летом припай разрушается, а льды на северо-запада и юго-востока образуют устойчивые ледяные массивы. В неблагоприятные годы льды занимают летом большую часть море Лаптевых, в благоприятные - освобождают почти все море. Море Лаптевых отличается низкими температурами воды. Зимой температура подледного слоя составляет -0,8?C в юго-восточной части моря и -1,8?C в северной, на глубинах - от -1,6?С до -1,7?С. В глубоководную часть моря проникают на глубину 250-300 м более теплые (до 1,5?С) атлантические воды. Ниже этого слоя температура порядка - 0,8?C. Летом в очищающихся от льда районах тонкий слой воды прогревается до 8- 10?С в губах, 2- 3?С в центральной части моря, а в покрытых льдами районах температура воды близка к температуре замерзания.

N ГВК	Месяц	Кол.набл.	Минимум	Дата Минимума	Х0.25	Среднее	Х0.75	Максимум	Дата максимума
90005	1	169	-1.9	22. 1.1986	-1.61	-1.52	-1.43	-1.2	20. 1.2006
90005	2	130	-1.8	28. 2.2003	-1.65	-1.60	-1.52	-1.3	28. 2.1990
90005	3	137	-1.8	10. 3.2003	-1.66	-1.61	-1.50	-1.2	20. 3.2006
90005	4	135	-1.8	20. 4.1997	-1.64	-1.58	-1.42	-1.0	30. 4.2006
90005	5	224	-1.8	31. 5.1997	-1.56	-1.48	-0.84	0.8	19. 5.2005
90005	6	945	-1.7	5. 6.1998	-1.19	-1.02	-0.40	1.2	30. 6.1999
90005	7	2937	-1.5	1. 7.1998	0.23	0.81	3.91	11.9	29. 7.2001
90005	8	3340	-0.6	12. 8.1985	2.90	4.07	6.68	13.4	9. 8.1990
90005	9	3238	-1.6	27. 9.1986	0.72	1.49	3.54	8.8	9. 9.1993
90005	10	2052	-1.8	23.10.2004	-1.26	-1.07	-0.33	1.6	1.10.2005
90005	11	287	-1.8	22.11.1990	-1.45	-1.34	-1.21	-0.9	2.11.2004
90005	12	181	-1.8	31.12.1996	-1.54	-1.45	-1.32	-1.0	15.12.2006

На соленость воды сильное влияние оказывает таяние льдов и речной сток (около 730 кмі), который за год мог бы образовать слой пресной воды толщиной 135 см (второе место в Мировом океане после Карского моря). Зимой соленость в юго-восточной части моря составляет 20-25‰, в северной до 34‰. Летом соленость вод понижается до 5-10‰ на юго-востоке, 30 -32‰ на севере.

N ГВК	Месяц	Кол.набл.	Минимум	Дата Минимума	Х0.25	Среднее	Х0.75	Максимум	Дата максимума
90027	1	55	2.03	10. 1.1990	8.192	10.246	11.692	15.41	20. 1.2003
90027	2	51	2.30	10. 2.1990	9.733	12.210	13.809	17.92	29. 2.1996
90027	3	50	7.14	20. 3.2005	11.643	13.144	14.476	17.90	10. 3.2003
90027	4	46	7.40	10. 4.2005	11.861	13.348	15.507	21.06	10. 4.2004
90027	5	36	0.00	31. 5.1999	9.363	12.484	14.527	19.78	10. 5.2000
90027	6	352	0.00	15. 6.2006	1.711	2.282	6.545	17.51	4. 6.1995
90027	7	471	0.00	26. 7.2006	0.401	0.534	2.166	6.36	29. 7.1993
90027	8	470	0.00	30. 8.2005	0.105	0.140	0.635	1.91	26. 8.1993
90027	9	419	0.00	30. 9.2005	0.766	1.021	3.174	8.71	10. 9.2000
90027	10	349	0.00	30.10.2005	1.824	2.431	5.256	12.52	30.10.1997
90027	11	162	0.00	9.11.2005	3.670	4.893	6.626	11.08	30.11.2002
90027	12	81	0.86	20.12.1989	6.244	8.038	9.918	14.75	10.12.2002

Поверхностные течения образуют циклонический круговорот вод. Приливы преимущественно полусуточные, амплитуда в среднем около 0,5 м, за исключением Хатангского залива, где в сизигию она возрастает до 2 м. Сгонно-нагонные колебания уровня в заливах и губах превышают до 2,5 м.

N ГВК	Месяц	Кол.набл.	Минимум	Дата Минимума	Х0.25	Среднее	Х0.75	Максимум	Дата максимума
90005	1	3338	0.	9. 1.2006	3.8	5.1	9.6	21.	11. 1.1981
90005	2	3044	0.	15. 2.2006	4.0	5.3	10.0	22.	23. 2.1981
90005	3	3348	0.	25. 3.2006	3.8	5.0	10.3	24.	28. 3.1993
90005	4	3240	0.	23. 4.2006	4.0	5.3	8.9	18.	19. 4.1982
90005	5	3348	0.	18. 5.2006	4.4	5.9	9.8	20.	7. 5.2002
90005	6	3240	0.	16. 6.2006	4.1	5.5	9.3	19.	14. 6.1984
90005	7	3224	0.	22. 7.2006	4.1	5.5	8.4	16.	22. 7.1999
90005	8	3348	0.	2. 8.2003	4.4	5.9	10.4	22.	3. 8.1981
90005	9	3240	0.	30. 9.2005	4.6	6.1	10.0	20.	15. 9.1999
90005	10	3242	0.	17.10.2006	4.3	5.7	10.3	22.	17.10.1992
90005	11	3000	0.	2.11.2006	3.9	5.2	9.3	20.	9.11.1999
90005	12	3224	0.	10.12.2006	4.1	5.5	10.1	22.	6.12.1995

Температура воздуха поля

Июль

Октябрь

Растительный мир представлен главным образом диатомовыми водорослями. Из млекопитающих обитают нерпа, морской заяц, морж, белый медведь. Рыбы: осетровые, омуль, муксун, нельма и др. На обрывистых берегах - птичьи базары: кайры, чистики, чайки и др. Море Лаптевых - часть трассы Северного морского пути. В грузоперевозках наибольший удельный вес имеют лес, стройматериалы, пушнина. Развиты каботажное плавание и перегон леса плотами. Рыболовство в устьях рек. Главный порт - Тикси.

1.4 Сроки выполнения работ

Исходя из гидрометеорологических условий, можно сделать вывод, что рабочим периодом являются от двух до двух с половиной месяцев. Конкретно, с конца июля- начала августа, до начала октября. Из этого следует, что число рабочих дней может варьироваться от 60 до 75, но это естественно не жесткие цифры, а лишь предполагаемое число суток, которое в зависимости от погоды может меняться как в большую, так и в меньшую сторону.

месяца	общее число дней	число дней по месяцам
август	60-75	31
сентябрь		31
октябрь		10

Таб. 4

Для наиболее оптимальной организации работ необходимо организовать двусменное несение вахты (по 12 часов в сутки для каждой смены) с начала производства работ. В мобилизации и демобилизации рабочего оборудования должны принимать участие все члены партии и отвечать за его своевременную и качественную установку и испытания соответственно заведованиям. Работа должна вестись круглосуточно без выходных и праздников, если позволяют погодные условия. Все полученные данные должны соответствовать международным и национальным стандартам качества измерений.

2. Техническое обоснование способов работ

Этот раздел является основным разделом технического проекта и призван решить следующие вопросы:

2.1 Состав (программа) работ

Гидрографическое обеспечение работ на полигоне с координатами 74 С.Ш. 120 В.Д. 75 С.Ш. 124 В.Д. должно включать следующее:

- проектирование работ, подготовка и проверка аппаратуры;

- выполнение работ на полигонах.

- предварительная оценка и обработка данных навигационно-геодезического обеспечения, включая выводы и рекомендации.

2.1.1

Проектирование работ, подготовка и проверка аппаратуры должны включать следующие мероприятия:

- установка навигационной аппаратуры;

- проверка и настройка аппаратуры;

- заказ и включение глобального дифференциального сервиса C-Nav;

- проведение стояночных испытаний приемника 2050 C-Nav;

- проектирование работ на полигонах в соответствии с поступившими уточненными данными по границе районов работ на полигонах

2.1.2

В соответствии с техническим заданием на навигационно-геодезическое обеспечение работ в районе в навигационно-гидрографической рубке следует развернуть комплекс аппаратуры в следующем составе:

- ППЭВМ 1 для управления приемником C-Nav.

- ПЭВМ 2 навигационного комплекса.

- Спутниковый приемник C-Nav

- Спутниковый приемник PRO XR.

- Приемник дифференциальной поправки MBX-3S.

- Разветвитель COM-портов.

- видео-сплиттер (устройство усиления для передачи видео изображения на удаленный монитор на мостике судна).

- Блок сопряжения с гирокомпасом (АА).

- Устройство непрерывного питания (UPS) для обеспечения стабильного электропитания всех устройств.

На ходовом мостике судна (перед рулевым) следует установить жидкокристаллический монитор, дублирующий информацию экрана монитора ПЭВМ 2 навигационного комплекса. На крыле мостика по правому борту установить антенные устройства приемников C-Nav, PRO XR, антенна Инмарсат для приема корректирующих поправок RTG, антенна приемника поправок MBX-3S.

2.2 Краткое описание используемой аппаратуры

2.2.1

Модуль для высокоточной глобальной навигации модель C-NAV-2050R может использоваться в качестве основного средства определения планового положения и навигации

Универсальный модуль двухчастотного приемника GPS L1 L2, обеспечивает пользователям работу с разными уровнями точности определения координат. Приемник C-NAV-2050R поддерживает режимы бесплатного дифференциального сервиса пониженной точности WAAS/EGNOS/MSAS в зонах обслуживания этих систем. Режим платного глобального высокоточного дифференциального сервиса дециметрового уровня точности RTG DUAL. Режим метровой точности DGPS RTCM, при подключении внешних приемников дифференциальных коррекций диапазонов MF, UHF, VHF.

2.2.2

Основные точностные характеристики приемника C-NAV-2050R

Точность в режиме платного дифсервиса RTG DUAL (глобально по всему миру):

- горизонтальных координат < 15 см RMS

- высоты < 30 см RMS

- скорости 0.01 м/с

Точность в режиме DGPS RTCM (при подключении внешнего приемника дифкоррекций в зонах действия дифференциальных станций)

- горизонтальных координат 2 -5 м RMS

- высоты 5 -10 м. RMS

- скорости 0.01 м/с

Точность в режиме бесплатного дифсервиса WAAS/EGNOS (в зонах обслуживания):

- горизонтальных координат < 2 м RMS

- высоты < 4 м RMS

- скорости 0.01 м/с

2.2.3 Основные параметры приемника C-NAV-2050R

- Время первого определения:

- “холодный старт” < 60 сек

- “горячий старт” < 1 сек

- Латентность NMEA данных < 20 миллисекунд для всех скоростей выдачи данных

- Разрешение для импульса 1 PPS - 12.5 наносекунд

2.2.4 Физические и эксплуатационные параметры приемника C-NAV-2050R

- Габаритные размеры Длина-Ширина-Высота - 207.8мм/144мм/77.7мм

- Вес - 1.81 кг

- Внешнее питание 10 - 30 VDC

- Потребляемая мощность < 10 Ватт

- Температура - 40 С - + 55 С (рабочая), - 40 С - +85 С (хранения)

- Влажность 95 % без конденсации - блок и 100 % с конденсацией - антенны.

- Соответствует стандарту MIL-STD-810F (давление, радиация, дождь, влажность, солевой туман, пыль и грязь, вибрации)

- Динамика - ускорение < 6 g, скорость < 300 м/c, высота < 18000 м (COCOM)

2.3 Дополнительные (резервные) средства определения планового положения

2.3.1

В качестве дополнительного средства определения планового положения и навигации может использоваться приемник PRO XR (TRIMBLE),

PRO XR - профессиональный спутниковый приемник, обеспечивающий точность 12-15 м. (RMS) без дифференциального режима;

в дифференциальном режиме точность- 3-5 м. (RMS), но только в зонах действия.

2.3.2

Для работы в дифференциальном режиме используется приемник дифференциальной поправки MBX-3S

Приемник дифференциальной поправки MBX-3S (фирма CSI) имеет следующие характеристики:

- двухканальный приемник дифференциальных поправок;

- обеспечивает ускоренное обнаружение сигнала морского маяка в формате MSK;

- имеет автоматическую настройку для работы в автоматическом режиме;

- оборудован встроенным распределителем сигнала для выдачи GPS сигнала от комбинированных антенн;

- размещенный на передней панели прибора интерфейс обеспечивает удобство конфигурирования и контроля текущего состояния приемника.

2.4 Дополнительные средства для обследования

2.4.1 ГБО С-Max

Состав:

- Подводный носитель ГБО с блоком электроники (towfish)

Представлен в виде двухчастотной модели DF. Полоса обзора данной модели может достигать 1000м в режиме низкой частоты . Используется для поиска таких объектов как остатки кораблекрушения, контейнера. При использовании высокой частоты возможно обнаружение швартовых, якорных цепей, якорей и следов от них на дне.

- бортовая аппаратура, совмещенная с портативным персональным компьютером, либо специальный блок, совмещающим платы компьютер и ГБО (Data Acquisition Unit - DAU).

- Возможно использования принтера для распечатки сонограммы в режиме реального времени.

2.4.2 USBL система “Track Link”

В качестве позиционирования гидролокатора бокового обзора предлагаю USBL систему “Track Link” в виду ее надежности и простоты использования. Маяк-ответчик крепится на армированный трос на расстоянии 1м. от рыбы. Предыдущий опыт работы показывает, что точность позиционирования данной системы составляет порядка 4 метров.

2.4.3 Гирокомпас “Meridian Surveyor”

Для получения надежных результатов требуется тщательная калибровка прибора, что не всегда возможно в экспедиционных условиях.

2.5 Навигационно-гидрографическое программное обеспечение.

2.5.1

Осуществление высокоточной навигации можно выполнить с использованием электронной гидрографической информационной системы (ЭГИС) QINSy, которая:

- эффективна и надежна для дноуглубления, съемки многолучевым эхолотом, океанографических исследований, съемки акваторий, позиционирования платформ, обеспечения подводного строительства, прокладки трубопроводов и кабелей и для работ с использованием ROV.

- имеет возможность подключения большого числа сенсоров, как то приемники GPS, мареографы, одно и многолучевые эхолоты и гидролокаторы, QINSy предлагает широкий спектр форматов данных ввода/вывода: DXF, S-57, XTF, GeoTIFF, GSF, BAG или ASCII, которые можно использовать в различных приложениях

- предлагает пользователю дружественный интерфейс, позволяющий легко переходить от планирования промера к сбору данных, обработке, вычислению объемов и созданию карт. QINSy обеспечивает непрерывный процесс, от сбора данных от различных датчиков до готовой электронной карты.

- может работать с датчиками любых производителей. QINSy работает на обычных PC в операционной среде Windows (XP & Vista).

В целом программное обеспечение семейства QINSy может использоваться для решения широкого круга задач.

Окно монитора ЭГИС QINSy представлено на рис.4.

Рис. 4. Окно ЭГИС «QINSy»

2.5.2 Резервное навигационное программное обеспечение

В качестве резервного средства для высокоточной навигации и текущего планирования может быть использована электронная гидрографическая информационная система (ЭГИС) HYPACK, предназначенная, для проведения инженерных изысканий, промерных работ и обеспечения мониторинга участков дноуглубительных. В совокупности с датчиками информации (эхолоты, приемники спутниковой навигационной системы, гирокомпасы, лаги и т.д.) программное обеспечение HYPACK образует ЭГИС, различного уровня интеграции. Наиболее полная система - HYPACK MAX обеспечивает полный технологический комплекс гидрографической съемки, включая проектирование съемки, выполнение съемки в реальном масштабе времени, редактирование зарегистрированной информации и представления результатов.

Рис. 5. Окно ЭГИС «HYPACK»

2.5.3 Программа STARUtil (v.3.)

Для работы с модулем C-NAV-2050R нужно использовать программу STARUtil, обеспечивающую все необходимые функции, касающиеся управления приемником, задания режимов функционирования (включение режима RTG), а также определение набора навигационной информации, выдаваемой внешним пользователям

Навигационная информация от модуля C-NAV-2050R в виде предложений протокола NMEA-0183 может выдаваться на специальный «разветвитель» COM-портов и далее передавать потребителям (ПЭВМ навигации и ПЭВМ геофизического комплекса).

Передавать весь набор предложений NMEA-0183 для спутниковой аппаратуры, включая:

- основное предложение: GGA,

- оценка точности решения навигационной задачи: GST

ЭГИС HYPACK может использовать эти предложения с помощью специального драйвера «kinematic», обеспечивая отображение на экране оценок точности определения координат. Возможная блок схема размещения навигационной аппаратуры на судне показана на рисунке 6.

Рис 6.

2.5.4

Стояночные испытания оборудования желательно провести при стоянке судна в месте базирования.

Предложения NMEA-0183 от спутниковой аппаратуры C-NAV-2050R следует передавать в ПЭВМ с ЭГИС HYPACK и регистрировать в текстовый файл с интервалом 1 с. По результатам обработки по внутренней сходимости нужно проверить точностные характеристики модуля C-NAV-2050R. Результаты оценивать на уровне 95 % доверительной вероятности определения координат в метрах: широты (у ц ), долготы (у ч ) и высоты (у z).

2.6 Камеральная обработка

Исходными данными для обработки материалов являются базы данных промера и полевые журналы исполнителей съёмки. Для предварительной обработки используется ПО QINSy версии 7.5, для окончательной обработки ПО QLOUD версии 2.0. Планшеты с результатами съёмки строятся с помощью ПО Autodesk Civil 3D 2008.

Предварительная обработка включает:

- анализ сырых данных;

- фильтрацию данных (исключение ложных данных, сбоев);

- выявление неправильных или измененных установок в базе данных съемки;

- преобразование данных с учетом исправленных установок.

В модуле анализа данных все сырые данные представляются в виде графиков как функции времени, координаты (широта, долгота) дополнительно представлены в виде прокладки галсов. Также возможен просмотр данных в табличном виде. Данный модуль позволяет найти ошибочные данные для исключения из дальнейшей обработки. Так для исключения ложных данных позиционирования использовался фильтр режима RTK, который автоматически срабатывает во время инициализации или сбоя передачи дифференциальных поправок.

ПО QINSy спроектировано так, что все установки сохраняются вместе с данными. Это позволяет в камеральной обработке проконтролировать все установки (настройки датчиков, установочные углы и отстояния, профиль скорости звука в воде) и при необходимости внести исправления. После проверки установок базы данных съемки выполняется преобразование сырых данных в формат модуля окончательной обработки. Во время преобразования галс перепрокладывается снова со скоростью, установленной обработчиком. При этом для контроля на монитор выводится те же дисплеи, что и при сборе данных.

Окончательная обработка включает:

- импорт данных в единый массив;

- площадную фильтрацию данных;

- выявление отличительных глубин;

- экспорт исправленных глубин для составления планшетов.

Преобразованные данные съемки импортируются в единый массив, который представляет собой цифровую модель рельефа дна (ЦМРД). Файл ЦМРД содержит все исправленные глубины с дополнительными атрибутами (время, имя галса, номер луча, номер посылки сигнала, значение TPE). С помощью окон общего вида (карта), вида сверху (план), 3D вида и поперечного разреза (Рис. 6) обработчик проводит анализ сходимости глубин в областях перекрытия галсов и контроль автоматической фильтрации данных. Для фильтрации данных используются встроенные фильтры с требованиями IHO S44 Special Order (0-40 м).



Рис. 6.1 Программное обеспечение QLOUD

При фильтрации данных глубины не удаляются из модели, им присваивается статус «не использовать». Оператор при анализе может обратно включить в обработку такие глубины. После фильтрации ЦМРД обработчик помечает отличительные глубины: техногенные объекты, отдельные банки и опасные глубины в границах фарватера. Выявление отличительных глубин проводится в две руки. По окончании обработки исправленные глубины из ЦМДР экспортируются в регулярную сетку с ячейкой 0.5 м. Для каждой ячейки вычисляется среднее значение глубины с присвоением координат ее центра. Регулярная сетка является основой для выборок глубин отчетных планшетов.

2.7 Гидрографический комплекс на базе многолучевого эхолота ЕМ-3000 фирмы Konsberg Simrad

Многолучевой эхолот ЕМ3000 представляет собой систему для картографирования и обследования мелководных акваторий с высокой разрешающей способностью и точностью. Максимальная рабочая глубина составляет менее 1 м под вибратором, максимальная - более 150 м. при типичных морских гидрологических условиях (немного меньше в соленой и теплой воде и больше в пресной и холодной воде).

Небольшие размеры и вес делают систему переносной и легко устанавливаемой, позволяют использовать ее как на катерах, так и на подводных аппаратах, на глубинах до 1500м. По состоянию на май 2000 года в эксплуатации находятся 62 системы. Многие компании, однажды испытав все достоинства ЕМ3000, пополняют свой парк многолучевых эхолотов именно этими системами. По данным Канадской гидрографической службы, имеющей опыт эксплуатации ЕМ3000 с 1995г., реальные точностные характеристики эхолота (точность измерения глубин и разрешающая способность) отвечают не только требованиям МГО SP-44 (редакция 5). категория 1 (гидрографическая съемка в гаванях, на подходных каналах, рекомендованных путях и т.д.), но и самым жестким требованиям -нулевая категория (Special Order) для глубин до 20м. (съемка в критических зонах с минимальным подкилевым пространством и опасными для судовождения характеристиками грунтов).

Эхолот обладает чрезвычайно высокой частотой посылок, до 25 посылок в секунду, большим количеством измерений (лучей) на одну посылку (обычно около 120). Ширина каждого луча составляет 1.5є, шаг лучей - 1є. Направление излучения не зависит от дифферента или килевой качки судна это достигается электронной стабилизацией и электронным формированием диаграммы направленности гидроакустической антенны. Практически 100% покрытие дна достигается при скорости судна 10 узлов на мелководье с шириной захвата, составляющей до четырех значений глубины под вибратором.

В стандартном варианте многолучевой эхолот поставляется с одной антенной. В дальнейшем система может быть расширена для работы с двумя антеннами. Это позволит увеличить ширину захвата на мелководье до десяти значений глубины под вибратором. Число лучей за одну посылку в этом случае доходит до 220. Двухвибраторная система с сектором захвата до 220 градусов позволяет выполнять промер до уреза воды вдоль побережья, банок и искусственных сооружений. В более глубоководных районах достижимая ширина покрытия доходит до 250м. и 100% обследование дна достигается при скорости судна до 20 узлов.

Рабочей частотой эхолота выбрана частота 300кГц, что позволило достичь сочетания небольших размеров, большой дальности и высокой точности даже в воде с наличием взвеси. Встроена возможность повышения разрешающей способности на мелководных участках. Детектирование дна производится комбинированным амплитудно-фазовым методом, что определяет СКП измерений глубин 5см, причем практически независимо от угла наклона луча.

Эхолот ЕМ 3000 имеет все необходимые интерфейсы внешних датчиков. Обеспечивает компенсацию перемещений судна и углов разворота лучей в реальном времени. Снабжен дисплеем контроля качества данных, функциями калибровки датчиков и записи данных. Программное и аппаратное обеспечение системы позволяет использовать ее как систему «обзора вперед» с электронным управлением углом излучения и изменяемым оператором углом захвата.

Собственно многолучевой эхолот ЕМ 3000 состоит из трех основных устройств: гидроакустическая антенна, устройство обработки и рабочая станция оператора. (См. рис.7).

Датчик вертикальных перемещений судна, система позиционирования, датчик курса, дисплей рулевого, датчик скорости звука в воде, программное обеспечение обработки данных и растровый высокоточный цветной прокладчик не являются составными частями эхолота. Однако они предусмотрены в моем предложении для создания полного промерного комплекса.

Гидроакустическая антенна диаметром 332мм и высотой 119мм содержит в себе передатчики, приемники (вибраторы) и всю приемно-передающую электронику. Стандартная гидроакустическая антенна рассчитана на давление, соответствующее глубине 500м и весит 15кг в воздухе. Кабель со специальным подводным разъемом соединяет антенну с устройством обработки.

Устройство управления производит формирование лучей, детектирование дна и управляет антенной в соответствии с заданным диапазоном глубин, частотой посылок и углами излучения. Устройство имеет интерфейсы со всеми датчиками, критичными к временным задержкам, такими как, например, внешние датчики перемещений судна (бортовая и килевая качка, курс и вертикальные перемещения), датчики координат судна (до трех систем одновременно) и внешние часы. Устройство управления размещается в корпусе, встраиваемом в инструментальную стойку. Устройство может быть сконфигурировано для управления двумя антеннами. Устройство соединяется с рабочей станцией кабелем локальной сети Ethernet.

Высокопроизводительная рабочая станция оператора выполняет функции интерфейса с оператором, отображает получаемые данные, записывает их на диск и магнитную ленту (глубины, гидролокационное изображение, координаты судна, скорость звука в воде).

Станция оператора преобразует данные из полярных координат в формат XYZ, вводя в реальном времени все необходимые поправки за перемещения судна и скорость звука в воде. Вертикальный профиль скорости звука может быть введен в рабочую станцию непосредственно с датчика или от внешнего компьютера. Система так же поддерживает использование датчика скорости звука в реальном времени для постоянного считывания скорости звука в районе антенны, что при ряде условий заметно повышает точность съемки.

Стандартные функции дисплея станции оператора включает все необходимое для контроля качества съемки в реальном времени. В дополнение имеются функции прокладки ширины полосы съемки и функции калибровок. Со станции оператора можно провести полную диагностики системы, включая диагностику устройства управления и антенну. Имеются дополнительные режимы дисплея, позволяющие получать в реальном времени гидролокационные изображения, отображения изобат и глубин в режиме «солнечного освещения» и многих других. Обновление программного обеспечения для всех устройств поставляется на компакт-дисках.

2.7.1 Обработка данных

Программное обеспечение обработки данных для ЕМ 3000 доступно как от фирмы Kongsberg Simrad, так и от других производителей. Сервисные и маркетинговые организации по всему миру, имеющие многолетний опыт в области использования многолучевых эхолотов, поддерживают систему ЕМ3000.

Высокое качество данных, получаемое при использовании многолучевых эхолотов фирмы

Kongsberg Simrad, представляет прекрасную основу для выполнения полного описания морского дна в форме карт, трехмерных изображений, комбинированных батиметрических и гидролокационных изображений, классификации морского дна и т.д. В поставку может быть включен полный набор программных продуктов для предварительной камеральной обработки данных многолучевого эхолота, однако, поскольку форматы данных являются открытыми то могут быть легко написаны и конверторы для других программных систем.

Кроме этого, весьма эффективным является специализированное картографическое программное обеспечение IRAP производства фирмы Roxar, предназначенное для получения отчетных планшетов. Вывод результатов обработки производится на цветной растровый прокладчик со встроенным интерпретатором языка Post Script.

Программное обеспечение Neptune фирмы Kongsberg Simrad используется для камеральной обработки результатов съемки. Этот программный пакет состоит из модулей отбраковки и фильтрации данных координирования, анализа и исправления глубин, ввода поправок за уровень, автоматической фильтрации глубин, основанной на комбинациях статистических правил, перерасчета глубин с использованием нового профиля скорости звука в воде. Предусмотрены функции ручного редактирования, контролируемого уменьшения объема данных, экспорта предварительно обработанных данных для дальнейшей обработки и распечатки рабочих планшетов на цветном струйном плоттере.

Программное обеспечение IRAP фирмы Roxar используется для окончательной камеральной обработки результатов съемки. Этот программный пакет состоит из модулей расчета регулярной сети, построения и вывода изобат, вывода глубин, создания зарамочного оформления, расчета объемов для дноуглубления, построения профилей дна по произвольным направлениям.

2.7.2 Прокладчик

Для выводов результатов предварительной обработки и контроля качества в систему, обеспечивающую работу многолучевого эхолота может быть включен растровый цветной прокладчик. При эксплуатации на промерном катере для облегчения транспортировки рекомендуется прокладчик размера А3 со встроенным интерпретатором языка Post Script производства фирмы Hewlett Packard.Такого прокладчика достаточно для получения рабочих планшетов в полевых условиях, а его вес составляет несколько килограммов. Однако по дополнительному согласованию в поставку может быть включен любой другой прокладчик формата А2,А1 или А0.

2.7.3 Измеритель вертикального профиля скорости распространения звука в воде

Необходимым условием получения качественных материалов при съемке с использованием многолучевого эхолота является точное знание профиля скорости звука в районе работ. Учитывая возможное использование системы в устьевых участках рек и в прибрежных зонах, т.е. в наиболее сложных в гидрологическом отношении районах, мы предлагаем использовать прекрасно зарекомендовавший себя измеритель «Sound velocity Smart Sensor» производства фирмы Applied Microsystems, Канада. В отличие от измерителей, выдающих температуру и соленость воды, предлагаемый измеритель работает по принципу эхолота с фиксированной известной базой, т.е. выдает непосредственно значение скорости звука. Такой измеритель не нуждается в частых поверках и калибровках, имеет маленькие габариты (45мм x 315мм) и весит 515 граммов. Для удобства выполнения работ на мелководных участках в поставку целесообразно включать два кабеля: длиной 15 м. и 50 м.

2.7.4 Дисплей рулевого

Наиболее удобно использовать для этой цели стандартный персональный компьютер, а для катерного варианта использования многолучевого эхолота -портативный компьютер типа “Notebook”. На таком портативном компьютере может быть установлена операционная система Юникс или Windows, а также необходимое программное обеспечение, предоставляемое российским партнером фирмы Simrad- компанией Элком.

Рис.7 Блок схема комплекса на базе многолучевого эхолота ЕМ-3000

2.8 Интегрированная система пространственной ориентации “Seapath”

Для получения кондиционных данных при проведении промера с многолучевым эхолотом особое значение приобретает частота обновления и точность данных о координатах и курсе судна, а также мгновенных значениях крена, дифферента и вертикального перемещения антенны эхолота под воздействием морского волнения. Обычным подходом является установка на судне спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), гирокомпаса и «датчика качки» , построенного на механических гироскопах. В англоязычной литературе такой «датчик качки» , называемой также «гировертикаль», называется MRU (Moution Reference Unit). Имеются многочисленные марки такой аппартуры, выпускаемые несколькими зарубежными фирмами. Некоторые из этих утройств измеряют углы крена и дифферента, а также вертикальное перемещение. В этом случае многолучевой эхолот использует информацию о курсе от судового гирокомпаса. В новейших «датчиках качки» выполняется измерение всех четырех необходимых параметров (курс,крен, дифферента и вертикальное переме-щение). Отметим, что при промере с многолучевым эхолотом необходимо с высокой точностью знать мгновенные значения именно курса (направления диаметральной плоскости) судна с которым связаны оси излучающих антенн. Это обстоятельство не позволяет исполь-зовать в многолучевой съемке значения «курса» (путевого угла), который вырабатывает СНА. Использование в гидрографическом комплексе обычного судового гирокомпаса также вызывает некоторые трудности ввиду его невысокой точности, особенно после маневрирования. На катерах использование гирокомпасов еще больше затрудняется. Малогабаритные гирокомпасы не обладают необходимой точность для обеспечения многолучевого эхолота. К тому же интенсивное маневрировании на таком динамическом объекте, как малотоннажный катер, способно вывести гирокомпас из меридиана. Прецезионные гирокомпасы непреемлемы для небольших плавсредств ввиду того, что имеют значительные весо-габаритные характеристики, затрудняющие их транспортировку и маневренную установку.

Прецезионная механика весьма чувствительна к ударам и вибрации. Время от запуска гирокомпаса до выхода в рабочий режим обычно составляет несколько часов. Существенна широтная погрешность в высоких широтах, а также скоростная погрешность. В результате суммарная погрешность на промере , возникающая при переходах с галса на галс (поворот на 180є) ведет к заметному снижению точности многолучевой съемки рельефа. То же самое можно сказать и о «датчике качки», выполненном на механических гироскопах. Высокое качество съемки обеспечивается только на длинных прямолинейных галсах. После очеред-ного разворота на 180є(переход на новый галс)при скорости 6 узлов значение вертикального перемещения судна может содержать погрешность до 0.5 м. в течении 5-6 минут. Все это может значительно затруднить промер на стесненной акватории и в у зкостях, особенно на маломерном высокоманевренном плавсредстве.

Всех вышеуказанных недостатков лишена интегрированная система пространственной ориентации “Seapath 200”, являющаяся уникальной разработкой фирмы Seatex. Эта система специально разработана для совместного использования с многолучевыми эхолотами, системами динамического позиционирования и навигационными гидроакустическими системами.

Интегрированная система пространственной ориентации “Seapath 200” в реальном масштабе времени вырабатывает значения курса, координат, вертикального перемещения , а также углов крена и дифферента. Это достигается интегрированием двух независимых технологий: СНА и встроенного «датчика качки». Ядром системы является процессорный блок, содержащий вычиситель со специализированной программой, реализующий фильтр Калмана, два приемника СНА специальный MRU, а также интерфейсы RS232\422 и блок питания. Устройство размещено в стандартном корпусе с возможностью установки в стандартную стойку и весит 9 кг. В процессорный блок вводятся данные дифференциальных поправок в формате RTCM 104 от внешнего приемника . Измерение курса производится с использова-нием информации от интегрированного в систему датчика качки MRU5 и информации о фазе несущей от двух двенадцатиканальных приемников GPS с антеннами, разнесенными на 2.5 м.. Измерение мгновенных значений углов крена и дифферента возможно практически при любых условиях. Это обусловлено использованием данных о скорости, получаемых от GPS для компенсации горизонтальных ускорений. Координаты и скорость судна вычисляются по данным измерений псевдодальностей до навигационных спутников с использованием сглаженной фазы несущей и доплеровского сдвига частоты. Данные корректируются поправками за вертикальную скорость и вертикальное перемещение, получаемые от MRU5. Интегрирование всей информации с использованием фильта позволяет вести постоянный мониторинг качества координирования с учетом возможного пропадания сигналов от отдельных навигационных спутников, ухудшения качества геометрии пространственной спутниковой засечки(PDOP), а также возникновения недопустимой разницы результатов, выдаваемых MRU5 и GPS. Такой постоянный контроль невозможен при использовании любой из перечисленных систем в отдельности. С другой стороны, при кратковременном пропадании сигналов от навигационных спутников система способна длительное время выдавать достаточно точные координаты и данные пространственной ориентации от MRU5 на прямом курсе.

Интегрированная система пространственной ориентации “Seapath 200”имеет следующие точностные характеристики:

- СКП измерения курса 0.075є;

- СКП измерения крена\дифферента 0.03є;

- СКП измерения амплитуды качки 0.05 м.;

- удвоенная СКП координат в дифференциальном режиме

(при наличии внешнего источника) 2 м.

Таким образом, характеристики системы“Seapath 200” удовлетворяют требованиям съемки особой категории в соответствии с стандартом SP-44 (редакция 4).

Кроме всех перечисленных положительных сторон “Seapath 200” у этой системы есть еще одно важное достоинство. Все вышеперечисленные параметры строго синхронизированы по времени и поступают на выход с частотой 100 Гц, что согласовано с возможностями устройства управления ЕМ3000. Это позволяет минимизировать и упростить, а то и исключить интерполяцию углов качки, вертикальных перемещений и координат для каждой индивидуальной посылки, что улучшает суммарную точность системы

2.9 Гидрографический однолучевой эхолот EA 400 фирмы Konsberg

EA 400 - это одно- или многочастотный эхолот, разработанный для профессиональных гидрографов. Данный эхолот одновременно может работать максимум на четырех частотных каналах.

Система EA 400 является гибкой и легко изменяющейся системой благодаря модульной конструкции.

Система EA 400 доступна в двух версиях. В стандартной системе ЕА 400 используется 15 дюймовый жидкокристаллический монитор, соединенный с компьютером, в то время как системы ЕА 400P и ЕА 400SP являются переносными.

Вся система ЕА 400Р располагается в небольшом прочном чемодане. Она может работать как от сетевой розетки, так и от стандартного автомобильного аккумулятора. Имеет низкую потребляемую мощность. Система ЕА 400SP располагается в таком же чемодане. Все соединения выполняются при помощи разъемов, расположенных на чемодане.

Можно использовать эхолоты различного типа: от недорогих однолучевых до многочастотных систем.

Доступ к меню и диалоговым окнам осуществляется как с помощью стандартной компьютерной мыши, так и с помощью шарового манипулятора.

В работе используются жидкокристаллические мониторы с высокой разрешающей способностью.

В системе ЕА 400 используется интерфейс компании Microsoft Windows®. Работа с ней не требует объяснений. Начало работы будет легким, если вы хорошо знакомы со стандартными программами Microsoft Windows®.

Функция сохранение/воспроизведение предварительно обрабатывает данные эхограммы, необходимые для того, чтобы впоследствии их распечатать на бумаге. Необработанные сигналы записываются на встроенный жесткий диск. Во время воспроизведения этот сигнал обрабатывается и посылается системе ЕА 400, как если бы он был передан с помощью трансивера.

2.9.1 Основные блоки

Стандартный гидрографический эхолот ЕА 400 состоит из одного или более вибраторов, Приемопередатчика Общего Назначения (ПОН) и LCD блока, объединенного с персональным компьютером.