BG67362B1 - Котвена система за подводен мониторинг с адаптивно позициониране по дълбочина и бързо предаване на критична информация - Google Patents

Abstract

Котвената система за подводен мониторинг с адаптивно позициониране по дълбочина и бързо предаване на критична информация е предназначена по време на програмирано изплаване да регистрира, записва и предава до базова станция по радиоканал за последваща обработка на хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда, звукове от биологични източници, антропогенни шумове и акустични сигнали. Фрагмент от открита звукова аномалия, представляваща критична информация от проблеми в техническото състояние на елементи от крайбрежната инфраструктура и/или от корабоплаване във временно забранени за корабоплаване и за риболовна дейност райони, се записва по безжичен способ в запаметяващо устройство на радиобуй от комплекта на системата, който при команда от блока за управление освобождава електромагнитната си ключалка и бързо изплава, предава данните до базова станция и изпълнява ролята на радиомаркер. В надводно положение по двупосочна радиовръзка с базовата станция системата получава команди, свързани с препрограмиране на режима на функциониране. Оптималната работна дълбочина се реализира автономно, когато е регистрирана значителна промяна на температурата и солеността в точката на позициониране.

Description

(54) КОТВЕНА СИСТЕМА ЗА ПОДВОДЕН МОНИТОРИНГ С АДАПТИВНО ПОЗИЦИОНИРАНЕ ПО ДЪЛБОЧИНА И БЪРЗО ПРЕДАВАНЕ НА КРИТИЧНА ИНФОРМАЦИЯ

Област на техниката

Изобретението обединява и надгражда положителните характеристики на съществуващите образци дънни и котвени хидроакустични станции и радио-хидроакустични буйове и развива нови функционалности на система за подводен мониторинг.

За цели, свързани с научни изследвания и за добиване на информация - хидрологична или свързана с контрола на състоянието на подводни инсталации и офшорни обекти, в практиката се използват котвени пасивни хидроакустични станции, представляващи херметично подводно тяло (буй), закотвено на определена дълбочина, в което са монтирани сензори, блок за захранване и други системи. По зададен алгоритъм те могат да изплават на повърхността на морето за обмен на информация и да се потапят с помощта на транспортен механизъм, който управлява дължината на котвеното въже (навива или развива макара), което е хванато за котва, осигуряваща стабилна позиция спрямо морското дъно. Недостатък на тези котвени системи е, че тяхното изплаване е относително бавно (със скорост около 3-5 m/min, поради инертността на отчитане на параметрите на средата за различни дълбочини от сензорите и поради лимитираните характеристики на транспортния механизъм [1,2]), както и факта, че по време на този сравнително дълъг период, се губи информацията за звуковата характеристика в района. По тези причини те не са подходящи за предаване по радиоканал на информация (особено акустична) за възникнали ситуации с минимално закъснение, изискващи бърза реакция.

Изобретението се отнася до „Котвена система за подводен мониторинг с адаптивно позициониране по дълбочина и бързо предаване на критична информация“ /КСПМ/ с адаптивна програмно или по радиокоманда променяема дълбочина на позициониране, предназначено да отчита, записва и предава периодично по радиоканал хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда във функция от дълбочината, звукове от биологични източници (морски бозайници, риби, скариди и др.), антропогенни шумове - импулсни (в резултат на сеизмични подводни явления, сеизмични проучвания, полагане на пилони за вятърни паркове и платформи на морското дъно, импулсни сонари или комуникационни средства, експлозии и пр.) или дълготрайни (предизвикани от корабоплаване, драгиране, течове в подводни газопроводи и нефтопроводи, действия на енергийни инсталации, акустични сигнали от изкуствени излъчващи средства и пр.).

Изобретението отчита, записва и предава периодично по радиоканал хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда във функция от дълбочината. При откриване, регистриране и класифициране на звукова аномалия (например звук от изтичащ газ при пробив на тръбопровод, или нехарактерно ниво на антропогенни шумове в защитени или забранени за плаване и за определени дейности райони от акваторията шум от използване на дънни тралове за улов на риба и др.) записва фрагмент от информацията, с продължителност достатъчна за класификацията на събитието. Този фрагмент се презаписва в автономен радиобуй от комплекта на устройството, който бързо изплава и по радиоканал предава получената информация до брегова и/или до корабна и/или въздушна базова станция, а след това изпълнява ролята на радиомаркер за обозначаване на мястото на събитието.

Изобретението позволява програмирано изплаване на повърхността на морето в определени периоди от време на КСПМ със скорост, съобразена с необходимото време за снемане на периодични отчети от използваните сензори - за дълбочина (датчик за измерване на водното налягане), за скорост на течението, за температура и електропроводимост на морската вода, за разтворен кислород, за водороден показател pH, за мътност, хлорофил, синьо-зелено водорасло и общо съдържание на разтворено и суспендирано вещество, за наличие на нефтопродукти и на биогени за температура. Данните от тези отчети за различните дълбочини се записват и съхраняват в запаметяващо устройство (ЗУ) и след изплаването се предават по радиоканал до брегова и/или корабна и/или въздушна базова станция за последваща обработка, като при необходимост се получават команди и информация от базовата станция, свързана с препрограмиране на режима на функциониране на системата.

Изобретението може да изиграе значителна роля при изготвянето на регистър на „шума”, който трябва да бъде създаден, съгласно изискванията на Решение на ЕК 2010/477/ЕС и „Ръководство за мониторинг на подводния шум в европейските морета”, съгласно “Рамкова директива за морска стратегия (РДМС)”.

Когато подводната котвена система се намира в надводно положение, по радиоканал чрез двупосочната радиовръзка с базовата станция, тя получава данни за адаптивно позициониране с цел оптимизиране на разстоянието за откриване и регистриране на морските шумове. Това позициониране се базира на излъчената от КСПМ хидрологична информация, по която в базовата станция се определя конкретната лъчева картина на разпространение на звука в морската среда и се определя оптималната дълбочина за работа на хидроакустичния приемник.

Оптималното позициониране може да се реализира и автономно по резултатите от изчислителен блок на котвената система, когато е регистрирана значителна промяна на температурата в точката на нейното позициониране и след като се изпълни предварително програмиран контролен цикъл на изплаване и потапяне за провеждане на необходимите хидрологични измервания.

При използване на КСПМ в осъществяване на процеса на контрол от оторизираните органи на нивата на антропогенни шумове в морските пространства, на състоянието на крайбрежната инфраструктура и на корабоплаването във временно забранени за плаване и за риболовна дейност райони се осигурява откриване на нарушенията на максимална дистанция с минимално закъснение, своевременно предаване на информация на оперативните централи, достатъчна за завършване на процеса на класифициране на регистрираните аномалии в звуковия фон, и осигуряване на маркер за насочване на силите и средствата за реагирането им по отношение на мястото на констатираното събитие. Това се постига като чрез бързо изплаващ автономен радиобуй от комплекта на системата към базова станция се излъчва фрагмент в цифров вид от откритата подводна звукова аномалия.

Конструкцията и оборудването на автономния радиобуй /РБ/ от комплекта на КСПМ, изплаващ за кратко време под влиянието на собствената си положителна плавучест, както и отсъствието на механична връзка (кабел или въже) с котвената система, му осигуряват стабилно вертикално положение при силно повърхностно течение и високи вълни, което позволява сигурна радиовръзка. През този период хидроакустичният приемник на КСПМ продължава своята работа и ако е необходимо може да бъде използван втори радиобуй за излъчване на допълнителна информация за класификацията и характеристиките на звуковата аномалия или за информиране за нова аномалия.

Изобретението осигурява дълъг период на използване в оперативен режим и възможност за доокомплектоване на КСПМ с автономни радиобуйове без снемането и от позиция. Вградените системи за автодиагностика контролират появата на данни за разхерметизиране, за намаляване на захранването или за някаква повреда, за броя на работоспособните автономните РБ (по време на програмираните периодични изплавания КСПМ предава и информация за оставащите работоспособни РБ) и др., и по вътрешно генерирана команда КСПМ изплува и предава данните за тези събития по радиоканал на бреговия, корабния или въздушния пункт.

Предшестващо състояние на техниката

Пасивните акустични технологии, използвани в съвременните автономни подводни звукозаписни устройства дават възможност за идентифицирането на множество биологични, геофизични и антропогенни източници на звук. Използваните за научни и производствени цели изделия осигуряват придобиването и съхраняването на определен обем акустични данни, които след това се предават периодично към фиксирана платформа или базова станция по кабел или радиоканал. Обикновено автономните подводни звукозаписни устройства са прикрепени към закотвени шамандури или са разположени на морското дъно. Основно този вид устройства се използват за осигуряване на данни за разпространението и нивото на шум в околната среда и свързаните антропогенни дейности и за базисно определяне на въздействието на шума върху чувствителните към него видове морски бозайници и риби. Това е необходимо за създаването на „шумов регистър“ [3, 4], който помага за определяне на общия пространствен и времеви мащаб на разпространението на антропогенните източници на импулсен шум, както и за установяване на изходните нива (базовите стойности) на текущото състояние на измерваната среда и тенденциите в изменението на импулсния шум спрямо тези нива. Регистърът на шума осигурява не само мониторингови данни, но и данни за планиране на мерки за редуциране/предотвратяване на негативното му въздействие върху морската околна среда.

Съществуват два основни класа позиционни акустични системи - стационарни (с кабелни преносни линии) и автономни (с радио или хидроакустични комуникационни канали). Позиционните радиохидроакустични системи и съоръжения са предназначени за организиране на непрекъснато хидроакустично наблюдение в различни райони на Световния океан. Основният елемент на позиционните системи са отдалечени хидроакустични станции, които се инсталират в необходимото количество в определени райони на океаните. Хидроакустичните станции са с различно функционално предназначение и са разделени на повърхностни, подводни и дънни [5].

Широко разпространение са получили системите, състоящи се от радиохидроакустични буй /РХАБ/ за еднократна употреба и бордово оборудване за получаване, анализ и обработка на информацията, получена от тях. По принцип на действие и устройство РХАБ са разделени на пасивни и активни [6]. Пасивните РХАБ обикновено се използват за първично откриване, класификация, локализиране и определяне на характеристиките на звукова аномалия, за която е получена информация от други физични явления, например газов изблик или петролен разлив на повърхността на морето в райони, където са изградени подводни тръбопроводи. За тази цел от специализирани летателни средства в зоната за търсене се поставя бариера или поле от РХАБ, като на тях се поставят радиомаяци или светлинни маркери за насочване на отговорните за отстраняване на авариите сили и средства.

За анализиране на получената информация в съвременните хидроакустични станции широко се използват адаптивни алгоритми, като тяхната ефективност до голяма степен се определя от хардуерните ресурси на комплекса [7, 8]. По-модерни са алгоритмите за действие на системите, които отчитат конкретните пространствено-времеви стойности на канала за разпространение на хидроакустичния сигнал. Източник на такава информация могат да бъдат адаптивни динамични океанологични модели, които предсказват с достатъчна точност разпределението на температурата, плътността, солеността и някои други параметри на околната среда или техните измерени стойности в момента на функциониране на съответната система.

В достъпните литературни източници няма информация за хидроакустично устройство подобно на КСПМ, което представлява предлаганото изобретение, в което да е реализирано адаптивно позициониране по дълбочина на основата на данни от измерванията на хидрологичните характеристики на морската вода, целящо оптимално по далечина на действие откриване и регистриране на морските шумове (посредством динамично разполагане на хидроакустичната антена в зоната на конвергенция), което да осигурява непрекъснатост на процеса на наблюдение на шумовата картина в зоната на откриване и едновременно с това да реализира бързо предаване на данни за открита звукова аномалия чрез изплаващи автономни РБ.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде подводна котвена система с адаптивна програмно или по радиокоманда променяема дълбочина на позициониране, което да обединява положителните характеристики на съществуващите образци дънни и котвени хидроакустични станции и плаващи РХАБ, което да отчита, записва и предава периодично по радиоканал хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда във функция от дълбочината, звукове от биологични източници, антропогенни шумове и акустични сигнали от изкуствени излъчващи средства, а когато е необходимо в интерес на осъществяването на процеса на контрол от оторизираните органи на нивата на антропогенни шумове в морските пространства, на техническото състояние на елементи от крайбрежната инфраструктура и на корабоплаването във временно забранени за корабоплаване и за риболовна дейност райони, да осигурява откриване на аномалии на тези шумове на максимална дистанция без прекъсване във времето, своевременно да осигуряване информация за тези аномалии на оперативните централи, достатъчна за завършване на процеса на тяхното класифициране и маркер за насочване на силите и средства за реагиране към мястото на констатираното събитие.

За тази цел се предлага КСПМ с адаптивно позициониране по дълбочина на антената на хидроакустичния приемник в зоните на конвергенция на звука, която система при програмирано изплаване на повърхността предава добитата информация по радиоканал до базови станции, които могат да бъдат разположени на брега, на кораб или на летателно средство, а при откриване и класифициране на нерегламентирани антропогенни шумове, предизвиквани от различни механизми и човешка дейност и на зададен тип аномалии в звуковия фон - бързо предаване на тази информация и на данни мястото на констатираното събитие към базови станции с цел ефективна реакция и насочване на силите и средствата за реагиране. Последното се постига, като фрагмент на шумовия сигнал от откритата от КСПМ звукова аномалия в цифров вид се записва по безжичен канал в блока за запаметяване на автономния радиобуй, след което той изплува бързо и предава определен брой пъти този фрагмент и данни за местоположението си по радиоканал към бреговата /корабната/ или въздушната базова станция.

Адаптивното позициониране по дълбочина на антената на хидроакустичния приемник в зоните на конвергенция на звука се базира на определянето на скоростта на звука в конкретната обстановка. Една от най-често използваните експериментални формули, даващи точни резултати за определяне скоростта на звука в морската вода в зависимост от температурата, солеността и статичното налягане, известна като формула на Вуд [9] е:

с = 1450 + 4.206 t - 0.0366 t² + 1.137 (S - 35) + 0.0175 h, където:

c - скорост на звука, m/s;

t - температура, °C;

h - дълбочина, m.

За изчисляване на скоростта на звука в морската вода по посочената по-горе формула в подводна котвена система са интегрирани съответните сензори - за температура, за соленост и за хидростатично налягане (т.е. за дълбочина).

Като се има предвид, че хидроакустичното поле в произволна точка на морското пространство се формира в резултат на процесите на разпространение на звука (функция от измененията на неговата скорост), влиянието им върху нивото на сигнала (шума) в точката на приемане за по-характерните лъчеви картини е:

- при отрицателна рефракция на акустичните лъчи се формира зона на акустична сянка, в която нивото на сигнала се намалява с над 100 dB;

- при смяна на слой с положителна рефракция на звуковите лъчи с отрицателна се формира слой на скока, при преминаването през който нивото на сигнала се намалява с 20-30 dB;

- при смяна на положителна с отрицателна рефракция на звуковите лъчи и пълно вътрешно отражение на границите между двата слоя се формира подводно-звуков канал /ПЗК/ с увеличение на нивото на сигнала с над 10 dB, а на разстоянието за регистриране на сигналите се увеличава с порядък, в сравнение със сферичния закон на разпространението на звуковата енергия.

Теорията за лъчевата картина на разпространение на звука в морската вода изисква позициониране на хидроакустичната антена в зоната на конвергенция (ПЗК), с което да се постигне максимална дистанция на откриване на хидроакустични сигнали и шумове. За тази цел в КСПМ програмно е заложен цикъл на изплаване-потапяне със задача измерване на хидрологичните характеристики на морската вода в района температура и соленост, във функция от дълбочината, което позволява изчисляване на значенията на скоростта на звука по дълбочина и съответната лъчева картина на разпространение на звука - зона на конвергенция, слой на скока, положителна рефракция, отрицателна рефракция и др., при всяка от които оказва значение дълбочината на позициониране на хидроакустичната антена за реализиране на оптимална дистанция на откриване на морски шумове и сигнали и избягване на зони на акустическа сянка. При програмно заложено изплаване на КСПМ, тази информация се предава по радиоканал в съответната базова станция, откъдето се получава команда за следващата дълбочина на позициониране (изчислена от софтуера в базовата станция). След заемане на заповяданата дълбочина, показанията на сензорите за температура и соленост се следят в блока за управление на КСПМ и при значителни промени в стойностите се предприема самостоятелен цикъл на изплаване и на потапяне, с цел определяне на нова оптимална дълбочина на позициониране с помощта на специализиран софтуер, записан също и в блока за управление на КСПМ.

Като се има предвид противоречието между изискването за бързо предаване на информацията за нарушения и аномалии в звуковия фон (с цел ефективна реакция и насочване на силите и средствата за реагиране към мястото на констатираното събитие) и изискването за осигуряване на определено време, необходимо за определяне на стойностите на измерваните параметри от интегрираните сензори, както и от лимитираната скорост на изплаване се предлага в структурата на подводната котвена система (около цилиндричното тяло) да се вгради пръстен с цилиндрични гнезда (барабан от револверен тип), в който да се поставят определен брой радиобуя с положителна плавучест, осигуряваща необходимата скорост на изплаване - 4-6 m/s [10]. Автономният изплаващ радиобуй е без постоянна механична връзка с КСПМ, може по команда да се отдели от нея и да изплава самостоятелно, с което се гарантира висока скорост на изплаването и поддържане на вертикално положение на тялото му при повърхностно течение и високи вълни, което осигурява комуникационен канал без флуктуации. Фрагмент от регистрираните шумови сигнали в цифров вид и с продължителност, достатъчна при циркулярно прослушване от оператор да бъде извършено отъждествяване на хидроакустичните сигнали и шумове, се предава по безжичен способ от запомнящите блокове на подводна котвена система в радиобуя и се записват в паметта на неговото запаметяващо устройство. Задачата се решава чрез подводна котвена система с адаптивна програмно или по радиокоманда променяема дълбочина на позициониране, предназначена да отчита, записва и предава периодично по радиоканал хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда във функция от дълбочината, шумове от биологични източници, шумове от антропогенни източници на звук и тези от корабоплаването, които да бъдат откривани на максимални дистанции, да предава добитата и записана информация по радиоканал до брегови /корабни/ авиационни базови станции за обработка и ползване, а при откриване и класифициране на нерегламентирани „индустриални” шумове, предизвиквани от различни механизми и човешка дейност, и от аномалии в звуковия фон - за бързо предаване на информацията за ефективна реакция и насочване на силите и средствата за реагиране към мястото на констатираното събитие.

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1. Блокова схема на КСПМ.

Фигура 2. Общ вид на КСПМ.

Фигура 3. Общ вид на изделие СПМУ - 01.

Фигура 4. Основни етапи при функционирането на КСПМ.

Примерно изпълнение на изобретението

Изобретението „Котвена система за подводен мониторинг с адаптивно позициониране по дълбочина и бързо предаване на критична информация“ /КСПМ/, показана на Фиг. 1 и Фиг. 2, се реализира на базата на изделие на Института по металознание, съоръжения и технологии с Център по хидро- и аеродинамика „Акад. Ангел Балевски“ - БАН - „Система за подводен мониторинг и управление“ /СПМУ - 01/, показана на Фиг. 3, като към съществуващата платформа се добавят нови технически решения и функционалности.

КСПМ (Фиг. 1), съгласно изобретението, представлява херметично цилиндрично метално тяло с положителна плавучест, което е свързано с котва 1 посредством котвено въже. Котвеното въже е навито на макара 2, която е закрепена към тялото на буя и се върти от блок за задвижване 3. Посоката на въртене на постояннотоковия двигател 21 и съединителя, времето на спиране и задействане на спирачката се управляват от блока за управление 13, който получава информация от сензора за дълбочина. По този начин се осигурява позиционирането на буя във верикалната плоскост на зададената (изчислената) в зависимост от хидрологичните условия дълбочина. Осигуряването на необходимата електрическа енергия на всички функционални елементи се извършва от блока за електрическо захранване 4, който е изпълнен като комплект от литиево-йонни батерии.

Около тялото на КСПМ е монтиран барабан с контейнери 6 за радиобуйове. Всеки от контейнерите представлява цилиндър, в който се поставя и застопорява с помощта на електромагнитна ключалка един РБ 7. Дъното на контейнера е херметично затворено с капак от радиопрозрачен материал към гнездо, в което е монтирано устройство за безжично предаване на информация /УБПИ/ 5 - NFC или Bluetooth.

Всеки РБ от комплекта на станцията се състои от херметично затворено цилиндрично тяло с положителна плавучест, която се осигурява от въздушна камера 8 с обем, достатъчен да осигури необходимата скорост на изплаване. Вътре в РБ са монтирани радиомодем 9 за еднопосочна комуникация - предавател, захранващ блок 11 - литиево-йонна батерия, блок за управление 10 със запаметяващо устройство /ЗУ/ за запис и съхранение на данни върху носител на информация (микроконтролер /MCU/ със SSD) и аналогично с това на контейнера устройство за безжично предаване на информация. В долната част на цилиндричното тяло има диск за задържане на буя от стопорите на електромагнитната ключалка на контейнера, в който е поставен.

На корпуса на КСПМ са монтирани чувствителните елементи на сензорите 17, които е необходимо да имат пряк достъп с морската вода, а отчетените показания се подават в блок за запис и съхранение върху носител на информация на данните от сензорите 14, изпълнен на SSD (Solid State Disk) със съответния интерфейс. Информацията от сензорите се записва непрекъснато във функция от времето (от вграден таймер) и дълбочината, по данни на сензора за хидростатично налягане. По аналогичен начин в блока за цифровизация, класификация и записване на подводни шумове 15 се запомня информацията, която постъпва от хидрофона 19. Когато КСПМ изплава на повърхността на морето, записаната информация се излъчва по радиоканал до базова станция посредством монтирания в корпуса му радиомодем 16 за двупосочна комуникация.

Блокът за управление /БУ/ 13 е реализиран като компютърно устройство на базата на микроконтролери, изпълняващо функциите за комуникация с другите устройства, измерване и запомняне на различни величини от сензорите, изчисления за управление процеса по изплаване и удълбочаване на КСПМ и др.

Блокът за цифровизация, класификация и записване на подводни шумове /БЦКЗПШ/ 15, който е изпълнен като схема с основни елементи аналого-цифров преобразувател, микроконтролер и запаметяващо устройство, получава информация от хидрофон 4 с предусилвател с работна честотна лента от няколко херца до няколко десетки килохерца - честотен диапазон, в който са концентрирани доминантните честотни съставляващи на звуковете от биологични източници, антропогенни шумове и акустични сигнали от изкуствени излъчващи средства [9].

След като КСПМ заеме позиция на зададената дълбочина в БЦКЗПШ се определя нивото на фоновия шум в района, което се запомня и служи за база за сравнение. При превишаване на това ниво започва записване на регистрираните хидроакустични сигнали, които могат да бъдат от биологични източници, шумове от антропогенни източници на звук, от корабоплаването и др. Тази информация за звуковата картина в зоната на откриване, параметрите на която зависят основно от чувствителността на хидрофона, амплитудата на хидроакустичните сигнали и лъчевата картина на разпространение на звука в морската вода [9], заедно със записаните хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда в компресиран вид се предава по време на програмиран радиосеанс до базовата станция за нуждите на научни изследвания и анализи.

Съгласно заложена програма КСПМ периодично изплава на повърхността за двустранна радиокомуникация с базова станция, излъчва се посочената по-горе информация, след което се изчаква получаването на информация за препрограмиране - промяна на времето на следващо изплаване, дълбочина на позициониране, определена със специализирания софтуер за обработване на хидрологичната информация в базовата станция и команда за начало на потапяне на позиция. Ако такава команда не се получи в програмираното за плаване на повърхността време, КСПМ изпълнява самостоятелно потапяне на оптимална позиция и последващ резервен вариант на изплаване за радиосеанс.

Промяната на позицията по дълбочина, за да се осигури максимална дистанция на откриване на подводни шумове и сигнали, може да се изпълни от КСПМ автономно по резултатите от изчислителното устройство на станцията, когато е регистрирана от сензорите значителна промяна на температурата и/или солеността в точката на позициониране. Изпълнява се контролен цикъл на изплаване и потапяне за хидрологични измервания без излизане на повърхността на морето.

Паралелно с процеса на записване, в БЦКЗПШ се извършва класифициране на регистрираните хидроакустични сигнали за откриване на нерегламентирани „индустриални” шумове, предизвиквани от различни механизми и човешка дейност, и от аномалии в звуковия фон. Когато такива бъдат открити, времеви сегмент от него, с продължителност, която е достатъчен за анализиране по-късно от оператор, се подава към УБПИ за запис и съхранение в ЗУ на избран от блока за управление радиобуй (БУ през УБПИ контролира състоянието на захранващия блок и работоспособността на всеки РБ). След завършване на процеса на запис по команда от БУ радиобуя автоматично се освобождава от контейнера, в който е поставен и изплава на повърхността под действие на подемната сила от положителната си плавучаст. На повърхността на морето РБ започва да излъчва циркулярно записаната информация, своя идентификационен номер и GPS координатите си, които служат за определяне на местоположението на събитието и за прибирането на буя ако това е планирано. След определен период от време РБ се самопотапя. Ако хидроакустичните сигнали от нерегламентирани „индустриални” шумове, и от аномалии в звуковия фон се запазват за време по-голямо от програмираното или се появяват отново описаната процедура се изпълнява отново със следващ РБ (ако е предвиден такъв вариант). Когато всички РБ в барабана с контейнерите се използват, КСПМ изплава на повърхността и излъчва сигнал, с който обозначава своето място и необходимостта от попълване с нови РБ.

На Фиг. 4 са показани основните етапи при функционирането на КСПМ:

1) КСПМ се спуска във водата от кораб с подходящо подемно-пусково оборудване или с използване на специализирана транспортна количка, на който е развърната базова станция /БС/ от комплекта за приемане и обработване на информацията. КСПМ потъва до дъното във вертикално положение;

2) КСПМ се отделя от котвата и започва бавно да изплава до повърхността на морето, като едновременно с това сензорите за температура, соленост и дълбочина отчитат и записват в БЦКЗПШ. На повърхността радиомодемът на КСПМ започва комуникация с радиомодема на базовата станция на кораба за предаване на добитата информация. Операторът на БС с помощта на специализиран софтуер определя дълбочината на зоната на конвергенция или на оптималната дълбочина на позициониране при отсъствие на ПЗК. По изградената радиолиния от БС към КСПМ се предава информация за дълбочината на позициониране, датата, времето и продължителността на следващото изплаване (ако предварително не е въведено разписание за програмно изплаване) и команда за начало на потапяне;

3) КСПМ започва да се потапя и се позиционира на зададената дълбочина. В БЦКЗПШ се определя нивото на фоновия шум в района, което се запомня и служи за база за сравнение. При превишаване на това ниво започва записване на регистрираните хидроакустични сигнали, които могат да бъдат от биологични източници, шумове от антропогенни източници на звук, от корабоплаването и др. Контролират се значенията на температурата и солеността и се сравняват с първоначално отчетените;

4) Съгласно заложена програма КСПМ изплава на повърхността за двустранна радиокомуникация с БС, излъчва се посочената по-горе информация, след което се изчаква получаването на информация за препрограмиране - промяна на времето на следващо изплаване, дълбочина на позициониране, определена със специализирания софтуер за обработване на хидрологичната информация в базовата станция, и команда за начало на потапяне на позиция. Ако такава команда не се получи в програмираното за плаване на повърхността време, КСПМ изпълнява самостоятелно потапяне на оптимална позиция и последващ резервен вариант на изплаване за радиосеанс;

5) Изпълнява мероприятията по т. 3;

6) Когато от сензорите е регистрирана значителна промяна на температурата и/или солеността в точката на позициониране КСПМ изпълнява контролен цикъл на изплаване и потапяне за хидрологични измервания без излизане на повърхността на морето;

7) РБ се потапя до новата дълбочина, която е определена от специализирания софтуер за обработване на хидрологичната информация, записан в БУ. Продължава изпълнението на мероприятията по т. 3;

8) Паралелно с процеса на записване, в БЦКЗПШ се извършва класифициране на регистрираните хидроакустични сигнали за откриване на нерегламентирани „индустриални” шумове, предизвиквани от различни механизми и човешка дейност, и от аномалии в звуковия фон. Когато такъв бъде открит, времеви сегмент от него, който като продължителност е достатъчен за анализиране по-късно от оператор, се подава към УБПИ за запис и съхранение в ЗУ на избран от блока за управление радиобуй (БУ през УБПИ контролира състоянието на захранващия блок и работоспособността на всеки РБ);

9) След завършване на процеса на запис по команда от БУ, радиобуя се освобождава от контейнера, в който е поставен, и изплава на повърхността под действие на подемната сила от положителната си плавучаст. На повърхността на морето РБ започва да излъчва циркулярно записаната информация, своя идентификационен номер и GPS координатите си, които служат за неговото прибиране ако е планирано. След определен период от време РБ се самопотапя;

10) Когато всички РБ в барабана с контейнерите се използват, ББ изплава на повърхността и излъчва сигнал, с който обозначава своето място и необходимостта от попълване с нови РБ. Този вариант, при който за времето на зареждане с нови РБ се нарушава непрекъснатостта на мониторинга за неопределено време, може да се избегне с организационни мерки - по информация за броя на работоспособните РБ във всеки програмиран периодичен радиосеанс операторът може да предвиди зареждането на барабана да се извърши по време на следващото изплаване.

Приложение (използване) на изобретението

Изобретението отчита, записва и предава периодично по радиоканал хидрофизични, хидрохимични, биологични и екологични данни за морската среда във функция от дълбочината. При откриване, регистриране и класифициране на звукова аномалия (например звук от изтичащ газ при пробив на тръбопровод или нехарактерно ниво на антропогенни шумове в защитени или забранени за плаване и за определени дейности райони от акваторията шум от използване на дънни тралове за улов на риба и др.) записва фрагмент от информацията, с продължителност достатъчна за класификацията на събитието. Този фрагмент се презаписва в автономен радиобуй от комплекта на устройството, който бързо изплава и по радиоканал предава получената информация до брегова и/или до корабна и/или въздушна базова станция, а след това изпълнява ролята на радиомаркер за обозначаване на мястото на събитието.

Изобретението позволява програмирано изплаване на повърхността на морето в определени периоди от време на КСПМ със скорост, съобразена с необходимото време за снемане на периодични отчети от използваните сензори - за дълбочина (датчик за измерване на водното налягане), за скорост на течението, за температура и електропроводимост на морската вода, за разтворен кислород, за водороден показател pH, за мътност, хлорофил, синьо-зелено водорасло и общо съдържание на разтворено и суспендирано вещество, за наличие на нефтопродукти и на биогени за температура. Данните от тези отчети за различните дълбочини се записват и съхраняват в запаметяващо устройство (ЗУ) и след изплаването се предават по радиоканал до брегова и/или корабна и/или въздушна базова станция за последваща обработка, като при необходимост се получават команди и информация от базовата станция, свързана с препрограмиране на режима на функциониране на системата.

Изобретението може да изиграе значителна роля при изготвянето на регистър на „шума”, който трябва да бъде създаден, съгласно изискванията на Решение на ЕК 2010/477/ЕС и „Ръководство за мониторинг на подводния шум в европейските морета”, съгласно „Рамкова директива за морска стратегия (РДМС)”.

Когато подводната котвена система се намира в надводно положение, по радиоканал чрез двупосочната радиовръзка с базовата станция, тя получава данни за адаптивно позициониране с цел оптимизиране на разстоянието за откриване и регистриране на морските шумове. Това позициониране се базира на излъчената от КСПМ хидрологична информация, по която в базовата станция се определя конкретната лъчева картина на разпространение на звука в морската среда и се определя оптималната дълбочина за работа на хидроакустичния приемник.

Оптималното позициониране може да се реализира и автономно по резултатите от изчислителен блок на котвената система, когато е регистрирана значителна промяна на температурата в точката на нейното позициониране и след като се изпълни предварително програмиран контролен цикъл на изплаване и потапяне за провеждане на необходимите хидрологични измервания.

КСПМ е изключително подходяща за осъществяване на контрол на нивата на антропогенни шумове в морските пространства от оторизираните органи, както и за контрол на състоянието на крайбрежната инфраструктура и на корабоплаването във временно забранени за плаване и за риболовна дейност райони, поради това, че тя осигурява откриване на нарушенията на максимална дистанция с минимално закъснение, своевременно предаване на информация на оперативните централи, достатъчна информация за завършване на процеса на класифициране на регистрираните аномалии в звуковия фон, както и на пространствен маркер за насочване на силите и средствата за реагирането им по отношение на мястото на констатираното събитие. Това се постига като чрез бързо изплаващ автономен РБ от комплекта на системата към базова станция се излъчва фрагмент в цифров вид от откритата подводна звукова аномалия и неговите GPS координати.

Конструкцията и оборудването на автономния РБ от комплекта на КСПМ, изплаващ за кратко време под влиянието на собствената си положителна плавучест, както и отсъствието на механична връзка (кабел или въже) с котвената система, му осигуряват стабилно вертикално положение при силно повърхностно течение и високи вълни, което позволява сигурна радиовръзка. През този период хидроакустичният приемник на КСПМ продължава своята работа и ако е необходимо може да бъде използван втори радиобуй за излъчване на допълнителна информация за класификацията и характеристиките на звуковата аномалия или за информиране за нова аномалия.

Изобретението осигурява дълъг период на използване в оперативен режим и възможност за доокомплектоване на КСПМ с автономни РБ без снемането и от позиция. Вградените системи за автодиагностика контролират появата на данни за разхерметизиране, за намаляване на захранването или за някаква повреда, за броя на работоспособните автономни РБ (по време на програмираните периодични изплавания КСПМ предава и информация за оставащите работоспособни РБ) и др., и по вътрешно генерирана команда КСПМ изплува и предава данните за тези събития по радиоканал на бреговия, корабния или въздушния пункт.

Claims (1)

1. Котвена система за подводен мониторинг с адаптивно позициониране по дълбочина и бързо предаване на критична информация, състояща се от херметично подводно тяло с положителна плавучест и транспортна система за потапяне и изплаване, в което са монтирани блок за електрическо захранване (4), сензори (17) с блок за запис и съхранение на данните от тях (14), хидрофон (19) с блок за цифровизация, класификация, записване и съхранение на подводни шумове и сигнали (15), радиомодем (16), за обмен на информация с базова/корабна станция и на команди за препрограмиране на режима на функциониране на системата, блок за управление (13), характеризираща се с това, че от външната страна на подводното тяло е монтиран барабан с контейнери (6), в които чрез електромагнитни ключалки са фиксирани автономни изплуващи радиобуйове (7), във всеки от които са монтирани запаметяващо устройство (10), захранващ блок (11) и радиомодем (9), свързан с блока за безжично предаване на информация (5), както и блок за управление (13), който е свързан с блок за задвижване (3), управляващ постояннотоков двигател (21) и съединителя, за адаптивно позициониране на антената на хидрофона (19)