Проектирование гидрографических работ в море Лаптевых

* Вибраторы доступны на частотах от 38 до 710 килогерц.

Приемопередатчик Общего Назначения (ПОН) включает в себя электронные передатчик и приемник. Приемники разработаны для работы при низком уровне шума, и они могут управлять входящими сигналами, охватывающими очень большой мгновенный динамический диапазон амплитуды в 160 дБ. Координаты всех целей подсчитаны и выведены на дисплей.

Приемопередатчик Общего Назначения (ПОН) соединяется с персональным компьютером с помощью витой пары кабеля Ethernet. Расстояние между персональным компьютером и ПОН может достигать 100 метров.

Если используется более чем один приемопередатчик, то для соединения ПОН с персональным компьютером используется небольшой концентратор Ethernet или переключатель.

Большинство функций эхолота выполняются программным обеспечением. Алгоритм обнаружения дна выполняется самостоятельно программным обеспечением с отдельным расчетом для каждого частотного канала.

Прочный и /или водонепроницаемый чемодан вмещает в себя портативную версию (здесь присутствуют компьютер и Приемопередатчик Общего Назначения (ПОН)). Оба этих блока могут работать как от стандартного аккумулятора (+12 Vdc), так и от сетевой розетки (от 115 до 230 Vac).

Интерфейсы предоставляют выходные данные глубинной телеграммы, такие как навигационные данные, информацию о датчиках температуры и движения. Для того чтобы вручную начать и закончить процесс топографической съемки может быть использована внешняя клавиша.

Также внешняя клавиша может быть добавлена для ручного контроля над событийным запуском.

Для того чтобы запустить программное обеспечение для ЕА 400, а также другое программное обеспечение (например, программное обеспечение для топографической съемки или систематизации данных) на одном и том же персональном компьютере, используется технология, которая называется сокет. С ее помощью обеспечивается передача данных между пакетами программ.

2.9.2 Мобильная переносная система

1)Переносной компьютер

2) Силовой преобразовательDC/AC

3) Приемопередатчик Общего Назначения (ПОН)

4) Преобразователи

A) Навигационные данные B) Датчик информации о движении C) Данные глубины D) 12 Vdc power E) Данные преобразователя F) Связь с сетью

Рис. 8 мобильная переносная система

2.9.3 Переносная система эхолота

Частотные каналы: 1 или 2 канала

Рабочие частоты: 33, 38, 50, 120, 200, 210 и 710 кГц

Типы эхограмм

Эхограмма поверхности

эхограмма ГБО

*Функция усиления: 20 log TVG, 30 log TVG, 40 log TVG or None

Цветовая шкала: 12 цветов

Начальная глубина и направление: от 5 до 15.000 метров в Ручном, в режиме Авто направления или в режиме Авто старта.

Частота ультразвуковых импульсов: регулируемая, максимум 20 импульсов в секунду

Прибор обнаружения дна: Программное обеспечение для алгоритма слежения, регулирующего минимальную и максимальную глубину.

Возможности представления: Выводит на экран эхо самого последнего ультразвукового импульса

2.9.4 Система эхолота

Частотные каналы: 1, 2, 3 или 4 канала

Рабочие частоты: 33, 38, 50, 120, 200, 210 и 710 кГц

Типы эхограмм:

Эхограмма поверхности

Протяженность дна (ГБО)

Функция усиления: 20 log TVG, 30 log TVG, 40 log TVG or none.

Частота ультразвуковых импульсов: Регулируемая, максимум 20 импульсов в секунду

Начальная глубина и направление: от 5 до 15000 метров в Ручном режиме, Авто направлении или в режиме Авто старта

Возможности представления: Показывает на экране эхо самого последнего импульса

Цветовая шкала: 12 цветов

Прибор обнаружения дна: Программное обеспечение для алгоритма слежения, регулирующего минимальную и максимальную глубину.

2.9.5 Внешние интерфейсы

Для системы эхолота ЕА 400 представлено множество внешних интерфейсов.

Устройства вывода

Принтер для эхограмм (интерфейс Centronics)

Данные глубины (NMEA, Simrad или Atlas)

Эхограмма (только на Ethernet)

Навигация

Relay navigation

Датчик движения

Статус - сообщения

Ссылка

Эпюра скоростей звука

Датчик температуры

Дистанционный дисплей

Исходные данные (только Ethernet) (Систематизация)

Устройства ввода

Навигационный приемник (NMEA)

Курс (NMEA)

Датчик движения (изменение местоположения, бортовая и килевая качка)

Аналоговое устройство изменения местоположения, бортовой и килевой качки (+/-10 вольт)

Ссылка

Эпюра скоростей звука

Синхронизация передачи

Датчик температуры

Remote On/Off logging

Remote On/Off pinging

Изолированные переключатели

Линия съемки

Событие

Дистанционная нагрузка

Синхронизация передачи

2.9.6 Приемопередатчик общего назначения (ПОН)

Мощность передачи: Максимум 2 киловатта (Одночастотный или Двухчастотный приемопередатчик)

Receiver noise figure: 3 dB

Волновое сопротивление преобразователя: 60 Ом

Внешняя защита: Короткое замыкание и незамкнутая защита

Приемник диапазона входного сигнала: IМгновенная динамическая амплитуда -160 дБВатт -20 дБВатт (дБ относительно1 Ватт)

Соединители

Преобразователь: 12-pin female Amphenol, Shell MS3102A-24, Insert 24-19S

AUI: 15-pin female Delta

Сеть: 8-pin RJ-45 socket

Вспомогательное оборудование: 25-pin female Delta

Физические параметры:

Ширина: 284 mm

Высота: 112 mm

Глубина: 246 mm

* Вес

С одной ТХ панелью: 2.7 кг

С двумя ТХ панелями: 3.3 кг

* Электроэнергия и предохранители

Переменный ток: 95 to 265 Vac, 50-60 Гц, 50-100 Ватт

Постоянный ток: 11 to 15 Vdc, 50-100 Ватт

* Предохранители

Предохранители переменного тока: Ш5x20 mm, 2 A slow

Предохранители постоянного тока: Ш5x20 mm, 10 A slow or fast

Рабочая температура: от 0 до +55 °C

Температура хранения: от -40 до +70 °C

Влажность: от 5 до 95%

3. Подробность промера и расположение галсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 9.

4. Район работ и маршруты обследования

Рис 10.

Данный район относится к особой категории по классификации SP-44 пятой редакции, поэтому район полностью подлежит площадному обследованию. Поскольку в данном районе находятся рекомендованные пути общей длиной длинной 232 км и остров Лейкина, из этого следует, что район работ надо разделить на две части: площадное обследование по рекомендованным путям; остальная часть района, с промером однолучевым эхолотом, и междугалсовым расстоянием 100 м.

Таблица расчета общего километража и времени промера

Район	Длина галсов (км)	Ширина захвата (м)	Количество галсов	Количество линейных километров	Предполагаемое время промера (сутки)
Рекомендованный путь (маршрут 1)	50	51	294	14582	33
Рекомендованный путь (маршрут 2)	85	45	334	28256	64
Рекомендованный путь (маршрут 3)	42	30	500	21250	48
Рекомендованный путь (маршрут 4)	58	75	200	11500	26
Остальная часть района	132	-	1150	151800	342

Таб. 5

Рекомендованный путь в таблице рассчитан с учетом коридора в пять километров по обе стороны от трассы СМП. Галсы проложены параллельно рекомендованным путям: маршрут 1 54є- 234є, маршрут 2 94є- 274є, маршрут 3 56є,5- 236є,5, маршрут 4 126є,4- 306є,4 . Общая продолжительность промера с учетом погоды составляет 227 суток, на что в местных условиях навигации понадобится 3 года!

Считаю целесообразным уменьшить коридор, в котором выполнялся промер в 2 раза (два с половиной километра вместо пяти), так как это приведет к сокращению сроков работ в так же в 2 раза.

Так же промер, выполненный, однолучевым эхолотом по расчетам, займет 456 суток (с учетом погоды). Поэтому предлагаю выполнить его только в местах расположения банок и острова Лейкина при помощи промерного катера.

5. Описание параметров судна

Для промера многолучевым эхолотом предлагаю использовать судно типа «НИС «Академик Лаврентьев»»

НИС "Академик Лаврентьев"

Классификация и регистровая информация
Владелец	Управление Научно-Исследовательским Флотом
Флаг	Россия
Порт регистрации	Владивосток
Классификация	КМ * Л1 /I/ А2
Тип судна	научно-исследовательский
Год постройки	1984
Место постройки	г. Раума, Финляндия
Позывной	UBWR
Машинное отделение
Главный двигатель	"Пилстек" 6РС2-5 Л 400, мощность 3500 л.с./2576 kW
Дизельный генератор	3 шт. по 280 кВт, 380 л.с., 1000 об./мин.
Валогенератор	500 kW, АДГ на 100 кВт
Аварийный генератор	100 kW
Скорость	- максимальная 14 узлов, 12,26 т в сутки - экономичная 12 узлов, 9,07 т в сутки
Основные параметры
Длина	75,5/68 м
Ширина	14,7 м
Высота борта	7,3 м
Осадка	4,5 м
Кубомодуль	8101,91 мі
Дедвейт	886 т
Тоннаж	697 т (нетто), 2318 т (брутто)
Запас топлива	460 т
Вид топлива	дизель-топливо
Запас масла	21 т
Запас воды	мытьевой - 166 т, питьевой 66 т
Автономность	60 суток - по продовольствию 60 суток - по воде 20000 миль, при 12 узлах
Навигационные системы
Радар	Океан-С
GPS	SPR - 1400, точность до 30 м
Гирокомпас	Вега
Эхолот	НЭЛ - М3Б, - 200 м
Автопилот
Коммуникационные системы
Инмарсат	С ТТ - 3020 С
Передатчики	ПВ/КВ SRG - 250 УКВ STR - 580 ( 2 комплекта) УКВ SMD - 150 ( 3 комплекта)
РЛО	СИГМА -С (2 шт.)
РЛС	ОКЕАН - M, до 48 миль
Спасательные средства
Спасательные плоты	ПСН - 10 x 4
Спасательные шлюпки	3 СШМП - 2 шт.
Противопожарные насосы	2 NVC 63/80, мощность 2 x 63 мі/час + 1 аварийный (электронас.)
Аккомодация
Одноместные каюты	6 шт.
Двуместные каюты	33 шт.
Всего	72 места
Экипаж	40 чел.
Научные работники	33 чел.
Лаборатории
Общая площадь	270 мі
Специальное оборудование
Лебедки	тросовая на 10 т - 1шт. тросовая на 2,4 т - 1шт. тросовая однобарабанная на 1,5 т кабельтроссовая на 2,4 т (Розетт) - 1шт. кабельная на 2,4 т - 1шт. трёхбарабанная на 0,8 т - 1шт. сейсмическая - кабельная, усилие 900 кг/с системы вертикального насоса до глубины 300 м - 1 шт.
Кранбалки	вылет за борт - 2 м - 3 шт., 2шт. - макс.грузоподъёмность 2,4 т, 1 шт. - 0,8 т
П-рама	-кормовая, вес до 12 т, размеры 3,5 ч 7,5 м -для лебёдки Розетт - нагрузка до 3 т, вылет за борт 2 м
Эхолот	"САРГАН - ЭМ" - 1 шт., 12 000 м глубоководный "ELAC", до 10 000 м
Гидролокатор	"САРГАН - ГМ" - 2 шт., 6 000 м
Лаг	доплеровский акустическийт
Грузовая палуба
Грузоподъемность судна при полном бункере	100 т
Вместимость навалочного трюма
Носовой трюм	- размер люка - 1,9 м x 1,9 м - объём - 100 мі, закрытие люковое
Кормовой трюм	- размер люка - 2,4 м x 3 м - объём - 170 мі, закрытие люковое

Так же на судне возможен спуск на воду, для производства работ, и подъем промерного катера.

При установке на судно вибратора МЛЭ необходимо провести работы по монтированию штанги конкретно под используемый вибратор. После установки вибратора в рабочее положение необходимо произвести калибровку МЛЭ и убедиться в корректности его работы. Если по ходу работ придется поднимать штангу с вибратором, то после каждого подъема-спуска необходимо производить калибровку заново.

6. Привязка галсов к геодезической основе

Расположение заданного района и пунктов с водомерными постами по СМП

навигационный гидрографический программный геодезический судно

Рис. 11

1 - Хатанга; 2 - Таймылыр; 3 - Усть-Оленек; 4 - о. Малышева; 5 - Юэдей; 6 - о. Муостах; 7 - Бухта Тикси; 8 - Быков Мыс; 9 - о. Дунай; 10 - м. Терпяй Тумса; 11 - м. Косистый; 12 - о. Преображения; 13 - Бухта Марии Прончищевой; 14 - м. Андрея; 15 - о.Малый Таймыр; 16 - м. Песчаный; 17 - о. Котельный; 18 - пр. Санникова; 19 - м.Кигилях; 20 - м. Святой Нос; 21 - Бухта Темп; 22 - о. Столбовой; 23 - Буор-хая; 24 - Найба; 25 - Олимпийская; 26 - Анабар.

Сеть морских береговых и устьевых станций, рейдовых пунктов гидростворов и океанографических разрезов была закреплена в качестве «вековой» в 1960 г. Эта сеть предназначена для изучения многолетних изменений гидрологических и гидрохимических элементов в морях и устьевых областях рек, впадающих в моря. При определении местоположения вековых океанографических разрезов, которые выбирались из сетки стандартных разрезов, предусматривалось, чтобы они удовлетворяли следующим условиям:

-- характеризовали изменчивость гидрологических и гидрохимических элементов в основных районах морей;

-- пересекали струи господствующих течений или основные циркуляционные системы;

-- пересекали проливы между морями или проходили по границам между отдельными районами морей;

-- имели многолетние ряды систематических наблюдений.

Вековые наблюдения кроме своего прямого назначения являются реперными при исследовании пространственно-временной изменчивости морских гидрологических и гидрохимических элементов, используются при расчетах водообмена, водного, солевого и теплового балансов морей и морских устьевых областей и при других расчетах.

Как видно на рис 11. Ближе всего к нашему району находится водомерный пост №9- о. Дунай. Для геодезической привязки на репере водомерного поста необходимо выполнить серию наблюдений с GPS станцией, не менее восьми часов. После этого с помощью программного обеспечения усреднить полученные координаты и высоту репера. Поскольку превышение репера над эллипсоидом, принятым для местной системы координат, и нулем поста известно, то получив превышение репера над нужным нам эллипсоидом можем посчитать превышение нуля поста

Высоты и координаты пунктов необходимо взять из каталога геодезических координат и пунктов.

Для плановой привязки в пункте базирования судна необходимо включить аппаратуру и GPS приемник и записывать координаты в отдельный файл. Затем с пункта с известными координатами (на причале), при помощи тахеометра, измерить расстояние и дирекционный угол до принимающей антенны. Решив прямую геодезическую задачу получить координаты антенны от тахеометра и сравнить с полученными от антенны, если координаты сходятся в пределах погрешности, то можно быть уверенным в плановой привязке галсов.

7. Методика выполнения работ с МЛЭ

Выполнение многолучевой съемки включает несколько этапов, включая:

- подготовку системы МЛЭ к выполнению съемки;

- выполнение многолучевой съемки в реальном масштабе времени;

- пост-обработка результатов многолучевой съемки и оценка ее соответствия заданным .

Этап выполнения площадной съемки с МЛЭ в реальном масштабе времени является наиболее ответственным и дорогостоящим. При этом необходимо решать следующие задачи:

- управлять судном-носителем так, чтобы обеспечить заданную степень перекрытия смежных полос съемки;

- осуществлять непрерывный контроль целостности системы МЛЭ;

- обеспечивать непрерывную и надежную регистрацию данных на галсах многолучевой съемки.

На каждом из указанных этапов должны быть отработаны процедуры контроль качества

Подготовка к выполнению съемки. Установка оборудование системы МЛЭ на судне-носителе.

Установка преобразователей МЛЭ может быть либо набортной (в корпусе), либо забортной - на борту или на носу.

Набортная установка используется, как правило, для больших судов и для глубоководных МЛЭ, у которых преобразователи имеют значительные габариты и массу. Это стационарный вариант постоянного крепления преобразователей. Другие варианты установки преобразователей МЛЭ используются в основном, как временные на небольшой промежуток времени на малых судах (катерах) выполняющих съемки в прибрежной мелководной зоне. Преобразователи мелководных МЛЭ (частота излучения 200 кГц и выше) имеют малые размеры и массы.

Рассмотрим вопросы выполнения начальная ориентация осей датчиков и измерения их статических смещений при первичной установке оборудования на судне-носителе. Речь пойдет о процессе выполнения измерений и ориентирования датчиков: приемо-передающих антенн МЛЭ, гирокомпаса и датчика пространственной ориентации (ДПС) относительно основных осей судовой системы координат. Измерения должны проводиться, когда судно стабилизировано на трейлере или на кильблоках в доке, когда возможны наиболее точные измерения. Это минимизирует погрешности в определении судовых координат датчиков и угловых смещений осей излучающей и приемной антенн МЛЭ относительно осей ДПС и гирокомпаса.

Угловые смещения должны быть минимизированы, а остаточные статические систематические ошибки углов крена, дифферента и курса должны быть определены в результате калибровки и компенсированы поправками, учитываемыми программно.

Смещения датчиков необходимо измерять от точки начала судовой системы координат (vessel reference point). В качестве этой точки обычно выбирают центр тяжести судна (center of gravity=COG) или точку пересечения осей крена и дифферента. Центр тяжести будет изменяться в зависимости от загрузки судна и его необходимо выбирать применительно к типичным условиям проведения съемки. На больших судах центр тяжести будет немного изменяться по вертикали вдоль оси из центра плавучести (center of buoyancy). На малых судах центры тяжести и плавучести могут не совпадать, ввиду вне центровой загрузки. Таких условий необходимо избегать, поскольку это ведет к нестабильности самого судна. Данную информацию можно получить из чертежа общего продольного план судна. Центр судовой системы координат должен быть легко доступным местом, из которого возможно выполнять измерения до мест расположения датчиков. Оси судовой системы координат должны быть направлены следующим образом ось х - вдоль киля судна (с положительным направлением к носу), ось у - в плоскости параллельной плоскости мидель шпангоута(с положительным направлением в правый борт), а ось z -вертикально вверх (положительное направление). Смещения измеряются от точки начала судовой системы до центра каждого датчика. Положение центра датчика определяется по схемам, представляемым изготовителями датчиков или могут быть точно измерены с помощью рулетки. У антенн МЛЭ физический центр тяжести , как правило, не совпадает с акустическим центром (acoustic center), например у МЛЭ Simrad EM 3000.

Величина и знак смещения каждого датчика повторно проверяется и записывается.

Требования к установке МЛЭ во многом зависят от судна-носителя. Наиболее серьезные требования предъявляет заборный вариант установки антенн МЛЭ на большом судне. ДПС всегда целесообразно размещать как можно ближе к центру тяжести судна (ЦТС). При маневренной установке ДПС лучше разместить в помещении гирокомпаса, а в случае специального судна в помещение гравиметрической лаборатории, где имеются фундаменты и марки, точно обозначающие положение диаметральной плоскости (ДП), по которой должна быть выставлена продольная ось ДПС. Выставка продольной оси ДПС вдоль ДП должна осуществляться с использованием геодезических методов. Величины смещений судовых координат антенн МЛЭ, спутниковой навигационной аппаратуры (СНА) относительно ЦТС должны измеряться с точностью 0.1м. Особое внимание должно быть уделено точности определения вертикальных координат - высоты фазового центра СНА над плоскостью статической ватерлинии и заглубление антенн МЛЭ ниже плоскости статической ватерлинии. Наиболее серьезные требования к точности выполнения ориентация осей датчиков и измерению их статических смещений предъявляет маневренная установка МЛЭ на катерах, когда съемки выполняются в мелководной зоне в соответствии с повышенной точностью (особая и первая категории). Рассмотрим более подробно следующие требования, выполнения которых обеспечит необходимую точность выполнения мелководных съемок:

А) Особенности маневренной установки преобразователей МЛЭ.

Б) Установка ДПС и гирокомпаса

В) Измерения посадки \ проседания судна (Squat/Settlement) с помощью теодолита.

Г). Измерения посадки \ проседания судна (Squat/Settlement) с использованием RTK DGPS

Д) Временная задержка ДПС

Е) Временная задержка системы позиционирования (Latency) .

Ж) Измерения смещений датчиков и рекомендации по размещению аппаратуры

А) Маневренная установка преобразователей МЛЭ.

Преобразователи МЛЭ должен быть установлены как можно ближе к диаметральной плоскости (ДП) судна. Продольная ось излучающей антенной решетки должна лежать в ДП, а продольная ось приемной антенной решетки должна лежать в плоскости, параллельной плоскости мидель шпангоута т.е. быть параллельной оси х. Это условие является важным, когда у МЛЭ отсутствует электронное управление лучами.

Большинство антенн МЛЭ, используемых на небольших судах, имеют забортное крепление. При таком креплении абсолютно необходимо чтобы продольные оси антенны и киля судна (ДП) были бы параллельны как можно с более высокой точностью. Это можно достичь, когда судно находится на трейлере или на кильблоках с использованием обычных геодезических методов измерений углов и нивелирования. Поскольку консольная установка антенны позволяет поднимать ее из воды в конце рабочего дня и вновь опускать в воду при начале работы на следующий день, такой тип установки антенны должен периодически проверяться на правильность положения основных осей. Частота, с которой такую проверку необходимо выполнять зависит от того, какого типа съемка производится и в каких условиях. Антенны, стационарно установленные на корпусе судна, обычно стабильны по месту и не требуют такой частой проверки.

Угол установки антенны (относительно вертикали ) должен быть определен и зарегистрирован, если ДПС не совмещен с самой антенной. Поскольку большинство судов на ходу имеют посадку на корму, антенна должна иметь небольшой положительный дифферент, чтобы компенсировать это явление. В результате выполнения калибровки систематическая ошибка угла дифферента антенны.

8. Состав научной партии

Состав партии	Количество
Начальник партии	1
Старший инженер-гидрограф	2
Инженер по ТБ	1
Гидрограф-оператор	2
Гидрограф, обработчик первичных данных МЛЭ	2
Оператор ГБО	2
Инженер - радиоэлектроник	1
Врач	1
Всего	12

Для наиболее оптимальной организации работ необходимо организовать двусменное несение вахты (по 12 часов в сутки для каждой смены), для каждого отряда партии, 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.

9. Заключение

Из проделанной мной работы можно сделать вывод, что проведение гидрографических изысканий в арктических морях, особенно в море Лаптевых, сопряжено с большими трудностями. Небольшой рабочий период и гидрометеорологические особенности района делают невозможными гидрографическое обследование больших территорий за период одной навигации. Из этого можно заключить что:

1) Необходимо как можно более рационально использовать время и оборудование при работах в арктических морях.

2) Производить работы в период навигации как можно большим числом судов, отдавая предпочтение рекомендованным путям и близлежащим банкам.

3) Разработать и принять руководящие документы, для гидрографической съемки, исходя из возможностей современного оборудования.

4) Разработать долгосрочный план исследования арктических морей

10. Список используемой литературы

1. Лоции моря Лаптевых №1118

2. Руководство для сквозного плавания судов по Северному Морскому Пути.- СПб. ГУНиО 1995г.

3. Гидрографические сайты

4. Фирсов Ю.Г Геодезические аспекты гидрографического использования приемной спутниковой аппаратуры C-Nav. «Навигация и гидрография» 2007, -В. 24, -С.123-135

5. Фирсов Ю.Г. Глобальная высокоточная подсистема C-NAV спутниковой радионавигационной системы GPS. «Записки по гидрографии», - В. 270, -С.54-65

6. Фирсов Ю.Г. Новая методика определения поправок уровня в удаленной морской зоне с использованием глобального спутникового сервиса C-Nav. Тезисы докладов Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и курсантов Государственной морской академии имени адмирала С.О. Макарова. СПб, ГМА, 2007, C.211-214

7. Решетняк С.В. Гидрографическая изученность подводного рельефа арктических морей России. «Геодезия и картография», 2006, вып.4, с.57 - 61

Размещено на Allbest.ru