RU2453865C1 - Method of determining sea ice draft and system to this end - Google Patents
Method of determining sea ice draft and system to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453865C1 RU2453865C1 RU2010154377/28A RU2010154377A RU2453865C1 RU 2453865 C1 RU2453865 C1 RU 2453865C1 RU 2010154377/28 A RU2010154377/28 A RU 2010154377/28A RU 2010154377 A RU2010154377 A RU 2010154377A RU 2453865 C1 RU2453865 C1 RU 2453865C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- drifter
- sea
- fields
- determining
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия ледовым явлениям и может быть также использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях, включая кольцевые автомагистрали.The invention relates to automated technical means to ensure counteraction to ice phenomena and can also be used to combat icing on major highways, including ring highways.
Известен способ определения дрейфа морских льдов путем сопоставления характерных одинаковых деталей ледяного покрова на двух последовательных спутниковых изображениях [1].A known method for determining the drift of sea ice by comparing the characteristic identical parts of the ice cover in two successive satellite images [1].
Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленная обработкой фотографических изображений по визуальному выявлению характерных одинаковых деталей ледяного покрова.The disadvantage of this method is the high complexity associated with the processing of photographic images to visually identify the characteristic identical parts of the ice sheet.
В известном способе [2] находят узловые точки на изображении низкого разрешения и используют их в качестве центров, около которых находятся узловые точки при более высоком разрешении, следуя по иерархии уровней. Способ применяется при анализе сплоченных льдов в центральных районах Арктики, однако в битых льдах и в случаях значительных углов поворота ледяных полей работает хуже.In the known method [2], nodal points are found in a low-resolution image and used as centers near which nodal points are located at a higher resolution, following the hierarchy of levels. The method is used in the analysis of cohesive ice in the central regions of the Arctic, however, in broken ice and in cases of significant angles of rotation of the ice fields it works worse.
Известен также способ [3] определения дрейфа льдов, основанный на слежении за характерными деталями ледяного покрова. При этом на первом этапе выполняют сегментацию РСА-изображения и векторизацию границ сегментов. После этого сопоставляют сегменты на последовательных изображениях.There is also known a method [3] for determining ice drift, based on tracking the characteristic details of the ice cover. In this case, at the first stage, PCA image segmentation and segmentation of the segment boundaries are performed. After that, the segments on sequential images are compared.
В известном способе [4] сопоставляют границы полей и разрывов, представленных в виде отрезков прямых линий.In the known method [4], the boundaries of fields and discontinuities are represented, represented as segments of straight lines.
В известном способе [5] выполняют выбор некоторого сегмента на одном изображении и поиск наилучшего совпадения на повторном изображении путем перемещения по всем сегментам с похожими характеристиками и нахождения их одномерной кросскорреляции. В известном способе [6] используется стохастический подход для нахождения соответствия ледяных полей.In the known method [5], one selects a segment in one image and searches for the best match in the repeated image by moving across all segments with similar characteristics and finding their one-dimensional cross-correlation. In the known method [6], a stochastic approach is used to find the correspondence of ice fields.
Известная оперативная система определения дрейфа льдов по РСА-изображениям [7] включает комбинацию объектно-ориентированных и зонных методов для слежения за ледяными полями, которые могут перемещаться поступательно и поворачиваться в период между съемками. В центральной Арктике, где движение морских льдов является преимущественно поступательным, достаточно хорошие результаты получаются при использовании пространственной корреляции для нахождения одних и тех же участков изображения.The well-known operational system for determining ice drift by SAR images [7] includes a combination of object-oriented and zone methods for tracking ice fields that can move translationally and rotate between shots. In the central Arctic, where the movement of sea ice is mostly translational, quite good results are obtained when spatial correlation is used to find the same areas of the image.
Однако с увеличением угла поворота льдин пик корреляции расширяется и в конечном итоге становится статистически незначимым. Поэтому для анализа изображений кромки льда в алгоритме предусмотрено слежение за характерными особенностями ледяного покрова и определение их идентичности путем одномерной кросскорреляции сегментов. Недостатком применения объектно-ориентированных подходов к РСА-изображениям является неточность выделения признаков изображения (границы каналов и полей, отдельные поля и т.д.) из-за спекл-шума и низкого контраста изображения. В случае значительных углов поворота ледяных полей используется система полярных координат, в которой параметр поворота становится поступательным, что позволяет применить кросскорреляционный метод к преобразованному спектру мощности для определения угла поворота [8]. После исключения относительного поворота пик кросскорреляции возрастает, что позволяет получить векторы перемещения первого порядка, определяющие движение льда как твердого тела (перемещение и поворот) [9].However, with an increase in the angle of rotation of the ice floes, the correlation peak expands and ultimately becomes statistically insignificant. Therefore, for the analysis of ice edge images, the algorithm provides for tracking the characteristic features of the ice cover and determining their identity by means of one-dimensional cross-correlation of segments. The disadvantage of using object-oriented approaches to SAR images is the inaccuracy of highlighting image features (channel and field boundaries, individual fields, etc.) due to speckle noise and low image contrast. In the case of significant rotation angles of ice fields, a polar coordinate system is used in which the rotation parameter becomes translational, which allows the cross-correlation method to be applied to the converted power spectrum to determine the rotation angle [8]. After the relative rotation is excluded, the cross-correlation peak increases, which allows one to obtain first-order displacement vectors that determine the motion of ice as a solid (displacement and rotation) [9].
При «нежестком» движении используют способ «оптического потока», в котором в отличие от объектно-ориентированных способов слежения проблема деформации решается посредством использования локальных частных производных значений яркости [8]. Основой этого алгоритма является использование пространственных и временных изменений яркости соседних точек для получения векторов перемещения. Способ применяется для получения данных о деформации льда при образовании ледяных торосов или разводий. Недостатком является то, что при его применении нельзя восстановить поле дрейфа при нарушениях непрерывности движения.In “non-rigid” motion, the “optical flow” method is used, in which, in contrast to object-oriented tracking methods, the deformation problem is solved by using local partial derivatives of brightness values [8]. The basis of this algorithm is the use of spatial and temporal changes in the brightness of neighboring points to obtain displacement vectors. The method is used to obtain data on ice deformation during the formation of ice hummocks or streaks. The disadvantage is that when it is used, it is impossible to restore the drift field in case of violations of the continuity of movement.
При использовании кросскорреляционного способа строится пирамида с различными уровнями разрешения изображения и кинематика льдов вычисляется на каждом уровне, начиная с самого низкого разрешения, результаты одного уровня используются как начальные значения для следующего (более высокого) уровня. На каждом уровне используется двумерный бинарный поиск в окне размером d и определяется смещение до d/2 пикселя вверх/вниз/вправо/влево. При этом выбирается пара блоков с наибольшей корреляцией, а соответствующее перемещение позволяет оценить дрейф льда. Для удаления ложных векторов после окончания бинарного поиска выполняется медианная фильтрация полученных векторов и каждый из них замещается медианой девяти векторов. При помощи вспомогательной программы векторы дрейфа могут наноситься на изображение.When using the cross-correlation method, a pyramid is built with different levels of image resolution and the kinematics of ice is calculated at each level, starting from the lowest resolution, the results of one level are used as initial values for the next (higher) level. At each level, a two-dimensional binary search is used in a window of size d and an offset of up / down / right / left is determined to d / 2 pixels. In this case, a pair of blocks with the highest correlation is selected, and the corresponding movement allows us to estimate the ice drift. To remove false vectors after the end of the binary search, the median filtering of the obtained vectors is performed and each of them is replaced by the median of nine vectors. Using an auxiliary program, drift vectors can be applied to the image.
В общем случае этот способ не обеспечивает достоверное определение характеристик поверхности при изменяющихся сложных метеорологических условиях и в условиях быстрой изменчивости отражательных и излучаемых характеристик подстилающей поверхности.In the General case, this method does not provide a reliable determination of surface characteristics under changing complex meteorological conditions and in conditions of rapid variability of the reflective and radiated characteristics of the underlying surface.
Это объясняется тем, что общая зависимость принятых сигналов радиолокационной станции бокового обзора и радиометра от параметров ледяного покрова является достаточно сложной, так как в пределах элемента разрешения каждого прибора находятся смешанные поля льдов разного возраста, а система уравнений для оценки эффективности площади рассеяния, определяемой по радиолокационной станции бокового обзора и эффективной радиояркостной температуры, определяемой по радиометру, содержит четыре неизвестных и соответственно четыре непостоянных параметра[5], что оказывается не разрешимой задачей для определения значений искомых параметров, а именно частной сплоченности, в пределах разрешения соответственно радиолокатора бокового обзора и радиометра. Устранение данного недостатка в известном способе [5] решается путем использования карт состояния ледового покрова за предшествующую декаду месяца, которые строятся в Гидрометеоцентре по обобщенным данным ледовой авиаразведки для арктического бассейна. При этом на текущие изображения, полученные по полям соответственно радиолокационным и радиометрическим способом, наносят вручную контуры однородных состояний ледяного покрова, соответствующие предыдущим картам - схемам. Далее выполняют идентифицирование областей с однородными состояниями ледяного покрова. После того, как полностью идентифицированными оказались одна или две области на текущем изображении поверхности и предыдущих картах - схемах, определяют направление и среднюю величину смещения между этими областями. С учетом полученных значений среднего смещения и направления, границы предшествующего положения областей, занесенные на текущую информацию, смещают для более точного соответствия. Данную операцию необходимо выполнять ввиду того, что на изображениях с текущей информацией, некоторые области перестают различаться, в то время как на предыдущей карте - схеме они могут различаться.This is because the general dependence of the received signals of the side-view radar and the radiometer on the parameters of the ice cover is quite complicated, since within the resolution element of each device there are mixed ice fields of different ages, and a system of equations for evaluating the efficiency of the scattering area determined by the radar station side view and effective radio brightness temperature, determined by radiometer, contains four unknowns and, accordingly, four non-constant parameter [5], which turns out to be an insoluble problem for determining the values of the desired parameters, namely, private cohesion, within the resolution of the side-scan radar and the radiometer, respectively. The elimination of this drawback in the known method [5] is solved by using maps of the state of the ice cover for the previous decade of the month, which are built in the Hydrometeorological Center according to the generalized data of ice reconnaissance for the Arctic basin. At the same time, the contours of homogeneous states of the ice cover corresponding to the previous maps — schemes are manually applied to the current images obtained from the fields, respectively, by radar and radiometric methods. Next, identification of areas with homogeneous states of ice cover is performed. After one or two areas on the current image of the surface and previous maps - schemes are completely identified, the direction and the average displacement between these areas are determined. Taking into account the obtained values of the average displacement and direction, the boundaries of the previous position of the regions recorded on the current information are shifted for more accurate correspondence. This operation must be performed due to the fact that on the images with current information, some areas cease to differ, while on the previous map - scheme they may differ.
Причинами этого являются ситуации, заключающиеся в нарастании присутствующего в пределах области молодого льда (от нилоса к серому льду), отражательные характеристики которого становятся близкими к характеристикам многолетнего льда, изменение частичной сплоченности многолетнего льда резко уменьшилась из-за появления ветровых трещин и разводий или выпадением на поверхность нескольких областей многолетнего льда выпал влажный снег. Для однозначно опознанных областей выполняется расчет характеристик ледяного покрова, т.е. определение частной сплоченности льдов разного возраста.The reasons for this are situations consisting in the growth of young ice present within the region (from nilos to gray ice), the reflection characteristics of which become close to the characteristics of perennial ice, the change in the partial cohesion of perennial ice has sharply decreased due to the appearance of wind cracks and streaks or precipitation on wet snow fell on the surface of several areas of perennial ice. For uniquely identified areas, the calculation of the characteristics of the ice cover is performed, i.e. determination of private cohesion of ice of different ages.
При выполнении идентификации с использованием нескольких карт-схем при переносе изображений необходимо учитывать масштабы карт, т.е. выполнять генерализацию новых карт, в противном случае возможны существенные искажения изображений, а в некоторых случаях и потеря информации.When performing identification using several schematic maps during image transfer, the scale of the maps must be taken into account, i.e. generalize new cards, otherwise significant image distortions, and in some cases information loss, are possible.
Способ имеет высокую трудоемкость как при обработке вновь полученной информации, так и информации предшествующих наблюдений.The method has a high complexity both when processing newly obtained information and information from previous observations.
Кроме того, необходимо учитывать проявление маскирующего эффекта в арктических районах, который определяется скоростью изменения метеорологических условий, а также изменение условий дрейфа льда, что требует повторения операций способа через несколько часов, особенно при резком изменении пространственного распределения гидрометеорологических параметров.In addition, it is necessary to take into account the manifestation of a masking effect in the Arctic regions, which is determined by the rate of change of meteorological conditions, as well as the change in ice drift conditions, which requires the method to repeat operations after several hours, especially with a sharp change in the spatial distribution of hydrometeorological parameters.
И если при проведении масштабных исследований в арктическом регионе данный способ имеет применимость при составлении прогноза развития ледовой обстановки в сочетании с использованием информации, полученной от других источников информации (гидрометеорологические станции, суда гидрографической службы и т.п.), то для обеспечения безопасной эксплуатации морских терминалов нефтегазовых месторождений в арктической зоне его эффективность не является достаточной.And if, when conducting large-scale research in the Arctic region, this method is applicable in making a forecast for the development of ice conditions in combination with the use of information received from other sources of information (hydrometeorological stations, vessels of the hydrographic service, etc.), then to ensure the safe operation of marine terminals of oil and gas fields in the Arctic zone, its effectiveness is not sufficient.
Повышение достоверности определения достоверности дрейфа ледовых полей, преимущественно в зонах нефтегазовых месторождений, оборудованных добычными платформами и погрузочными морскими терминалами, достигается в способе определения дрейфа морских льдов, включающем слежение за их перемещением с отображением на мониторе пути перемещения морских льдов, в котором слежение за перемещением морских льдов осуществляют относительно морского опорного пункта с известными координатами, путем определения изменения координат ледовых полей, полученных посредством дрифтера, оснащенного приемопередатчиком, спутниковой навигационной системой и гидроакустической навигационной системой, при отображении на мониторе пути перемещения льдов выявляют потенциально опасные ледовые поля, определяют дистанцию сближения и запас времени для принятия решения по локализации потенциально опасного ледового поля (заявка RU №2010106859 [10]).An increase in the reliability of determining the reliability of ice field drift, mainly in areas of oil and gas fields equipped with production platforms and loading sea terminals, is achieved by the method of determining sea ice drift, including tracking their movement with the display on the monitor of the sea ice movement path, in which tracking the movement of sea ice ice is carried out relative to the sea reference point with known coordinates, by determining the change in the coordinates of the ice fields, according to scientists using a drifter equipped with a transceiver, satellite navigation system and sonar navigation system, when displayed on the monitor the ice movement paths identify potentially dangerous ice fields, determine the distance of approach and the amount of time to decide on the location of a potentially dangerous ice field (application RU No. 2010016859 [10 ]).
Применение дрифтеров, оснащенных приемником спутниковой навигационной системы и аппаратурой гидроакустического канала связи, в качестве навигационных маяков, расположенных на морской ледовой поверхности, позволяет определить путь движения ледовых полей (дрейф) относительно добычной платформы с большей достоверностью, так как при этом обеспечивается возможность реализации высокоточной навигации по сравнению с известными способами определения дрейфа морских льдов.The use of drifters equipped with a satellite navigation system receiver and sonar channel equipment as navigation beacons located on the sea ice surface allows determining the path of movement of ice fields (drift) relative to the mining platform with greater reliability, as this enables the implementation of high-precision navigation compared with known methods for determining the drift of sea ice.
Однако для обеспечения безопасной эксплуатации морских терминалов по добыче углеводородов недостаточно только прогнозных данных о возможных путях перемещения ледовых образований. Для принятия решения и организации необходимых мероприятий и средств по защите морских терминалов по добыче углеводородов помимо скорости и направления перемещения ледового образования и его площади существенной характеристикой ледовых образований является толщина льда или объем ледового образования, которые известными способами не определяются. Данные характеристики являются определяющими при выборе необходимых средств по защите морских терминалов по добыче углеводородов от их возможного разрушения под действием ледовых полей.However, to ensure the safe operation of offshore hydrocarbon production terminals, only prognostic data on possible ways of moving ice formations are insufficient. In order to make a decision and organize the necessary measures and means for protecting offshore hydrocarbon production terminals, in addition to the speed and direction of movement of the ice formation and its area, an essential characteristic of ice formations is the thickness of ice or the volume of ice formation, which are not determined by known methods. These characteristics are decisive when choosing the necessary means to protect offshore hydrocarbon production terminals from their possible destruction under the influence of ice fields.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей способа определения дрейфа ледовых полей, преимущественно в зонах нефтегазовых месторождений, оборудованных добычными платформами и погрузочными морскими терминалами, и повышение надежности функционирования морских объектов хозяйственной деятельности на акваториях, подверженных ледовым образованиям, представляющих опасность для морских объектов хозяйственной деятельности.The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality of the method for determining the drift of ice fields, mainly in areas of oil and gas fields equipped with production platforms and loading sea terminals, and to increase the reliability of the operation of offshore facilities in ice-prone areas that are dangerous for offshore facilities .
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения дрейфа морских льдов, включающем слежение за их перемещением, отображение на мониторе пути перемещения морских льдов, в котором слежение за перемещением морских льдов осуществляют относительно морского опорного пункта с известными координатами, путем определения изменения координат ледовых полей, полученных посредством дрифтера, оснащенного приемопередатчиками спутниковой навигационной системы и гидроакустической навигационной системы, при отображении на мониторе пути перемещения льдов выявляют потенциально опасные ледовые поля, определяют дистанцию сближения и запас времени для принятия решения по локализации потенциально опасного ледового поля, в котором в отличие от прототипа принятие решения по локализации опасного ледового поля выполняют с учетом толщины ледового поля, величины которого определяют путем зондирования площади ледяного поля посредством акустического локатора, установленного на дирижабле.The problem is solved due to the fact that in the method for determining the drift of sea ice, including tracking their movement, display on the monitor the path of movement of sea ice, in which tracking the movement of sea ice is carried out relative to the sea reference point with known coordinates, by determining the coordinates of the ice fields received by a drifter equipped with transceivers of satellite navigation system and sonar navigation system, when displayed on a monitor e ways of moving ice identify potentially dangerous ice fields, determine the distance of approach and the amount of time to decide on the location of a potentially dangerous ice field, in which, unlike the prototype, the decision on the localization of a dangerous ice field is performed taking into account the thickness of the ice field, the values of which are determined by sounding the area of the ice field by means of an acoustic locator mounted on the airship.
При этом система для определения дрейфа морских льдов, включающая дрифтер, который представляет собой телескопический цилиндрический сосуд, выполненный из макролона, выдерживающего высокие ударные нагрузки в условиях возможных подвижек ледовых полей под действием гидрометеорологических факторов, в верхней части цилиндрический сосуд снабжен распорками, выполненными в виде набора игольчатых трактов, для обеспечения надежного закрепления дрифтера на поверхности льда в заранее оборудованные лунки, в верхней части дрифтера размещен приемопередатчик спутниковой навигационной системы, а в нижней части дрифтера размещено приемопередающее устройство гидроакустического средства, добычная платформа оснащена соответствующими режиму работ гидроакустическими приемопередающими антеннами и спутниковой навигационной системой, навигационным контроллером и навигационным программно-математическим обеспечением, при этом дрифтер работает в режиме «запрос-ответ» и в режиме «пингер» (маяк), дополнительно содержит еще одно гидроакустическое средство, выполненное в виде акустического локатора и установленное на летательном аппарате, выполненном в виде жесткокаркасного дирижабля, при этом акустический локатор выполнен с возможностью определения толщины льда.Moreover, the system for determining sea ice drift, including a drifter, which is a telescopic cylindrical vessel made of macrolon that can withstand high shock loads under conditions of possible movement of ice fields under the influence of hydrometeorological factors, in the upper part of the cylindrical vessel is equipped with spacers made in the form of a set needle paths, to ensure reliable fastening of the drifter on the ice surface in pre-equipped holes, in the upper part of the drifter is placed the transmitter is a satellite navigation system, and a sonar transceiver is located at the bottom of the drifter, the mining platform is equipped with hydroacoustic transceiver antennas and a satellite navigation system, a navigation controller and navigation software, and the drifter operates in a “request-response” mode and in the “pinger” mode (beacon), it additionally contains one more sonar, made in the form of acoustics eskogo locator and installed in an aircraft, made in the form zhestkokarkasnogo airship, the acoustic locator configured to determine ice thickness.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Как и в прототипе [10] по снимкам, полученным с ИСЗ, воспроизводят изображения ледовых полей на мониторе, находящихся в регионе размещения добычной платформы. На основе полученной информации производят топологический анализ возможных опасных областей и формируют необходимое число информационных массивов координат точек границ областей чрезмерного сближения для каждого ледового поля, формируют формуляр ледовых полей (номер цели, размер ледового поля, скорость и направление движения относительно добычной платформы). На основе анализа данных формуляра выявляют потенциально опасные ледовые поля, которые при сближении с добычной платформой могут нарушить безопасную эксплуатацию, как самой добычной платформы, так и инфраструктуры месторождения (погрузочные морские терминалы, подходные судовые пути).As in the prototype [10] from images obtained from the satellite, images of ice fields on the monitor located in the region where the mining platform is located are reproduced. Based on the information received, a topological analysis of possible hazardous areas is performed and the required number of information arrays of coordinates of the points of the boundaries of the areas of excessive convergence for each ice field are formed, an ice field form is formed (target number, ice field size, speed and direction of movement relative to the mining platform). Based on the analysis of the form data, potentially dangerous ice fields are identified that, when approaching the production platform, can interfere with the safe operation of both the production platform itself and the field’s infrastructure (loading sea terminals, access routes).
На потенциально опасные ледовые поля устанавливают дрифтеры, оснащенные спутниковыми и гидроакустическими навигационными каналами.Drifters equipped with satellite and sonar navigation channels are installed on potentially dangerous ice fields.
Дрифтер представляет собой телескопический цилиндрический сосуд, выполненный из макролона, выдерживающего высокие ударные нагрузки в условиях возможных подвижек ледовых полей под действием гидрометеорологических факторов.The drifter is a telescopic cylindrical vessel made of macrolon that can withstand high shock loads under conditions of possible movements of ice fields under the influence of hydrometeorological factors.
В верхней части цилиндрический сосуд снабжен распорками, выполненными в виде набора игольчатых трактов, которые предназначены для обеспечения надежного закрепления дрифтера на поверхности льда. Дрифтеры размещают в заранее оборудованные лунки.In the upper part, the cylindrical vessel is equipped with spacers made in the form of a set of needle paths, which are designed to ensure reliable fastening of the drifter on the ice surface. Drifters are placed in pre-equipped holes.
В верхней части дрифтера размещен приемопередатчик спутниковой навигационной системы, а в нижней части дрифтера размещено приемопередающее устройство гидроакустического средства.The transceiver of the satellite navigation system is located in the upper part of the drifter, and the transceiver of the hydroacoustic means is located in the lower part of the drifter.
Добычная платформа оснащается соответствующими режиму работ гидроакустическими приемопередающими антеннами и спутниковой навигационной системой, навигационным контроллером и навигационным программно-математическим обеспечением. Дрифтер работает в режиме «запрос-ответ» и в режиме «пингер» (маяк).The mining platform is equipped with hydroacoustic transceiver antennas and a satellite navigation system, a navigation controller, and navigation software and math software appropriate to the operating mode. The drifter operates in the request-response mode and in the pinger mode (beacon).
При решении навигационных задач с использованием гидроакустического канала при глубинах моря более одного километра целесообразно работать на частотах в диапазоне от 8 до 15 КГц, при этом энергетическая дальность связи с дрифтером будет достигать 10-14 км, а погрешность определения координат аппарата составит 7-10 метров в режиме ДБ и 0,3% от дальности в режиме УКБ и 0,5 град. по углу пеленгации. При глубине моря менее одного километра целесообразно использовать рабочие частоты в диапазоне 25-35 кГц и работать в режиме УКБ. При этом максимальная дальность связи будет достигать порядка 3 км.When solving navigation problems using a sonar channel at sea depths of more than one kilometer, it is advisable to work at frequencies in the range from 8 to 15 KHz, while the energy range of communication with the drifter will reach 10-14 km, and the error in determining the coordinates of the device will be 7-10 meters in the DB mode and 0.3% of the range in the UKB mode and 0.5 deg. along the direction finding angle. With a sea depth of less than one kilometer, it is advisable to use operating frequencies in the range of 25-35 kHz and operate in the UKB mode. In this case, the maximum communication range will reach about 3 km.
Каждый сигнал дрифтера имеет специальный формат и кодировку и несет в себе информацию о географических координатах дрифтера (определенных посредством спутниковой навигационной системы), его индивидуальном номере, направлении и скорости его перемещения совместно с ледовым полем.Each drifter signal has a special format and encoding and carries information on the geographic coordinates of the drifter (determined by the satellite navigation system), its individual number, direction and speed of its movement together with the ice field.
Передача гидроакустических сигналов на приемник гидроакустических сигналов, размещенный на добычной платформе, осуществляется в режиме «запрос-ответ» или режиме «пингер». Приемник фиксирует дистанцию и пеленг до дрифтера (режим УКБ) и вычисляет его точные географические координаты, используя информацию, принятую от спутниковой навигационной системы. Скорость передачи по гидроакустическому каналу связи составлять 9600-12400 бод.The sonar signals are transmitted to the sonar receiver located on the production platform in the request-response mode or the pinger mode. The receiver fixes the distance and bearing to the drifter (UKB mode) and calculates its exact geographical coordinates using information received from the satellite navigation system. The sonar transmission rate is 9600-12400 baud.
На добычной платформе полученная от дрифтеров информация о дистанциях и пеленгах ледовых полей преобразуется с помощью преобразователя в цифровую форму и вводится в процессор для расчета скорости и направления движения дрифтеров совместно с ледовыми полями. Кроме того, на добычную платформу поступает информация о величинах толщины ледовых полей, которые определяют посредством гидроакустического средства по изменению коэффициента отражения на границе атмосфера - лед и на границе лед - вода.On the mining platform, information received from drifters about the distances and bearings of ice fields is converted using a converter into digital form and entered into the processor to calculate the speed and direction of movement of drifters together with ice fields. In addition, information on the thicknesses of ice fields, which are determined by hydroacoustic means by changing the reflection coefficient at the atmosphere – ice interface and at the ice – water interface, is received on the mining platform.
При этом выполняется топологический анализ потенциально опасных ледовых полей по отношению к инфраструктуре месторождения. Определяется запас времени для принятия решения по локализации потенциально опасного ледового поля.In this case, a topological analysis of potentially dangerous ice fields is performed in relation to the infrastructure of the field. The time margin for deciding on the location of a potentially dangerous ice field is determined.
Гидроакустическое средство установлено на дирижабле типа Au 30, который также оснащен штатными средствами для выполнения лазерного сканирования, аэрофото- и тепловизионной съемки.The hydroacoustic tool is installed on an airship of the Au 30 type, which is also equipped with standard tools for performing laser scanning, aerial and thermal imaging.
Выбор дирижабля по сравнению с другими летательными аппаратами обусловлен тем обстоятельством, что в системе «Газпрома» дирижабли рассматриваются как техническое средство для мониторинга газопроводов и в качестве транспортных средств в отдаленных районах Сибири и Крайнего Севера (А.Фролов. Дирижабли в системе «Газпрома». Корпоративный журнал ОАО «Газпром» (www.GAZPROM.RU). №6, 2009, с.40-41). Кроме того, плавность и скорость перемещения, а также надежность полета этого летательного аппарата являются основным достоинством, позволяющим получать более качественные материалы для трехмерных моделей местности.The choice of an airship compared to other aircraft is due to the fact that in the Gazprom system, airships are considered as a technical tool for monitoring gas pipelines and as vehicles in remote areas of Siberia and the Far North (A. Frolov. Airships in the Gazprom system. The corporate journal of OAO Gazprom ( www.GAZPROM.RU ). No. 6, 2009, p.40-41). In addition, the smoothness and speed of movement, as well as the reliability of the flight of this aircraft are the main advantage, allowing to obtain better materials for three-dimensional terrain models.
В качестве гидроакустического средства в конкретной технической реализации используется акустический локатор с высокочастотным непрерывным излучением.As a hydroacoustic means in a specific technical implementation, an acoustic locator with high-frequency continuous radiation is used.
Несмотря на то, что для профилирования нижней поверхности льда с высокой разрешающей способностью целесообразно использовать высокочастотные звуковые колебания (100 кГц и выше), непосредственное применение этого частотного диапазона для измерения толщины льда затруднено из-за затухания акустических волн в толще льда.Despite the fact that it is advisable to use high-frequency sound vibrations (100 kHz and higher) for profiling the lower surface of ice with high resolution, direct application of this frequency range for measuring ice thickness is difficult due to attenuation of acoustic waves in the ice thickness.
Для преодоления указанной трудности предлагается использовать нелинейные или параметрические эффекты (В.А.Воронин, С.П.Тарасов, В.И.Тимошенко. Гидроакустические параметрические системы. Ростов-на-Дону, Ростиздат, 2004, с.29-30). При этом непрерывное колебание модулируется по амплитуде отрезком сигнала низкой частоты и за счет нелинейных эффектов во льду распространяется низкочастотная волна. Толщина льда определяется по величине запаздывания низкочастотного сигнала, отраженного от границы лед-воздух, по отношению к огибающей сигнала, отраженного от границы вода-лед.To overcome this difficulty, it is proposed to use non-linear or parametric effects (V. A. Voronin, S. P. Tarasov, V. I. Timoshenko. Hydroacoustic parametric systems. Rostov-on-Don, Rostizdat, 2004, p.29-30). In this case, the continuous oscillation is modulated in amplitude by a segment of a low-frequency signal and, due to nonlinear effects, a low-frequency wave propagates in ice. The thickness of the ice is determined by the delay value of the low-frequency signal reflected from the ice-air interface with respect to the envelope of the signal reflected from the water-ice interface.
Аналогом такого акустического локатора является устройство, приведенное в источнике: Linearisierung des Schreibermasstabes vom Seitensicht - Sonar. Kilian Zech, Marszal Tacek/Wiss. Z. Wik/Ihelm-Pieck-Univ. Rostok, Naturwiss. R., 1986. - V. 34, №3, p.36-40.An analogue of such an acoustic locator is the device shown in the source: Linearisierung des Schreibermasstabes vom Seitensicht - Sonar. Kilian Zech, Marszal Tacek / Wiss. Z. Wik / Ihelm-Pieck-Univ. Rostok, Naturwiss. R., 1986. - V. 34, No. 3, p. 36-40.
При мониторинге ледовых полей дирижабли могут использоваться попутно, при выполнении ими задач по прямому назначению, что может сократить расход материальных ресурсов.When monitoring ice fields, airships can be used along the way, when they perform tasks for their intended purpose, which can reduce the consumption of material resources.
Наличие на борту штатных средств для выполнения лазерного сканирования, аэрофото- и тепловизионной съемки позволит повысить достоверность и надежность получения трехмерных моделей местности на акватории местонахождения объектов хозяйственной деятельности для выявления наиболее опасных ледовых полей и принятия решений по их локализации.The availability of on-board facilities for performing laser scanning, aerial and thermal imaging will increase the reliability and reliability of obtaining three-dimensional terrain models in the water area of the location of objects of economic activity to identify the most dangerous ice fields and make decisions on their localization.
По результатам ледового мониторинга строят двухмерные и трехмерные модели ледовых образований, а также определяют их прочностные характеристики. Промышленная реализация дрифтерной технологии и гидроакустических и спутниковых навигационных средств имеет достаточную апробацию, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического предложения условию патентоспособности «промышленная применимость».Based on the results of ice monitoring, two-dimensional and three-dimensional models of ice formations are built, and their strength characteristics are determined. The industrial implementation of drift technology and sonar and satellite navigation aids has sufficient testing, which allows us to conclude that the claimed technical proposal meets the patentability condition “industrial applicability”.
Источники информацииInformation sources
1. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение/Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука, 2007, с.235-238.1. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. Science, 2007, p. 235-238.
2. Daida J., Samadani R. Object-oriented feature-tracking algorithms for SAR images of the marginal ice zone // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1990, №28(4), p.573-589.2. Daida J., Samadani R. Object-oriented feature-tracking algorithms for SAR images of the marginal ice zone // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1990, No. 28 (4), p. 573-589.
3. Cjllins M.J., Emery W.J. Computational method for estimating sea motion in sequential seasat synthetic aperture radar imagery by matched filtering // j. Geophys. Res. 1988. №93(C8), p.9241-9251.3. Cjllins M.J., Emery W.J. Computational method for estimating sea motion in sequential seasat synthetic aperture radar imagery by matched filtering // j. Geophys. Res. 1988. No. 93 (C8), p. 9241-9251.
4. Vesecky J.F., Samadani R., Smith M.P., Daica J.M. et. al. // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 1988. №26(1), p.38-48.4. Vesecky J.F., Samadani R., Smith M.P., Daica J.M. et. al. // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 1988. No. 26 (1), p. 38-48.
5. McConnell R., Kwok R., Curlander J.C., Kober W. et. al. Psi-S correlation and dynamic time warp-ice: two methods for tracking ice floes in SAR images // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1991, №29(11), p.1004-1012.5. McConnell R., Kwok R., Curlander J.C., Kober W. et. al. Psi-S correlation and dynamic time warp-ice: two methods for tracking ice floes in SAR images // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1991, No. 29 (11), p. 1004-1012.
6. Banfield J. Automated tracking of ice floes: a stochastic approach // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1991, №29(6), p.905-911.6. Banfield J. Automated tracking of ice floes: a stochastic approach // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1991, No. 29 (6), p.905-911.
7. Kwok R., Curlander J.C., McConnell R., Pang S.S. An ice-motion tracking system at the Alaska SAR facility // IEEE J. Oceanic Engineering. 1990. №15(1), p.44-54.7. Kwok R., Curlander J.C., McConnell R., Pang S.S. An ice-motion tracking system at the Alaska SAR facility // IEEE J. Oceanic Engineering. 1990. No. 15 (1), p. 44-54.
8. Sun Y. Ice motion retrieval from SAR imagery in terms of intensive derivative // Proc. Of the Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp., May 1992, Houston, Texas, USA, vol.1 IEEE, Piscataway, NJ, 1992, p.585-587.8. Sun Y. Ice motion retrieval from SAR imagery in terms of intensive derivative // Proc. Of the Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp., May 1992, Houston, Texas, USA, vol. 1 IEEE, Piscataway, NJ, 1992, p. 585-587.
9. Sun Y. A new correlation technique for ice motion analysis // EARSeL Advances in Remote sensing, 1994, №3(2), p.2489-2514.9. Sun Y. A new correlation technique for ice motion analysis // EARSeL Advances in Remote sensing, 1994, No. 3 (2), p. 2489-2514.
10. Заявка RU №2010106859.10. Application RU No. 2010016859.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154377/28A RU2453865C1 (en) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Method of determining sea ice draft and system to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154377/28A RU2453865C1 (en) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Method of determining sea ice draft and system to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2453865C1 true RU2453865C1 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=46681175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010154377/28A RU2453865C1 (en) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Method of determining sea ice draft and system to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2453865C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2582850C2 (en) * | 2014-04-01 | 2016-04-27 | Валерий Викторович Степанов | Method of determining sea ice drift field |
| RU2593411C1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-08-10 | Владимир Васильевич Чернявец | Method of determining sea ice drift |
| RU2727081C1 (en) * | 2020-01-10 | 2020-07-17 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of monitoring the state of a drift ice field or fast ice and predicting its fracture upon compression of ice and swell exposure |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003149332A (en) * | 2001-11-07 | 2003-05-21 | Communication Research Laboratory | Sea ice observation method |
| RU84112U1 (en) * | 2009-03-17 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") | BAROTESTER FOR DIAGNOSTIC OF A HYDRAULIC DRIVE |
-
2010
- 2010-12-29 RU RU2010154377/28A patent/RU2453865C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003149332A (en) * | 2001-11-07 | 2003-05-21 | Communication Research Laboratory | Sea ice observation method |
| RU84112U1 (en) * | 2009-03-17 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") | BAROTESTER FOR DIAGNOSTIC OF A HYDRAULIC DRIVE |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шейкин И.Б. и др. Оценка возможностей спутниковых навигационных измерений для изучения кинематики и динамики морского льда (по данным российских дрейфующих станций СП-33 и СП-35) / Проблемы Арктики и Антарктики, №2(79), с.31-43. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2582850C2 (en) * | 2014-04-01 | 2016-04-27 | Валерий Викторович Степанов | Method of determining sea ice drift field |
| RU2593411C1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-08-10 | Владимир Васильевич Чернявец | Method of determining sea ice drift |
| RU2727081C1 (en) * | 2020-01-10 | 2020-07-17 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of monitoring the state of a drift ice field or fast ice and predicting its fracture upon compression of ice and swell exposure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2712969C2 (en) | Method for remote measurement of ice thickness, method for remote measurement of ice strength, device for remote measurement of ice thickness, device for remote measurement of ice strength and remote measuring module | |
| WO2020005116A1 (en) | Method for locating underwater objects | |
| US20140313072A1 (en) | Ice keel prediction from sar, optical imagery and upward looking sonars | |
| RU2674404C1 (en) | Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation | |
| CN110988884B (en) | Medium latitude ionosphere detection method based on high-frequency ground wave radar | |
| RU2453865C1 (en) | Method of determining sea ice draft and system to this end | |
| Multala et al. | An airborne electromagnetic system on a fixed wing aircraft for sea ice thickness mapping | |
| JP6567665B2 (en) | A method for estimating each drift (floating) vector at all points in a ship's route | |
| Forte et al. | Pros and cons in helicopter-borne GPR data acquisition on rugged mountainous areas: critical analysis and practical guidelines | |
| Roul et al. | Ambient noise estimation in territorial waters using AIS data | |
| RU2416070C1 (en) | Method for determining sea ice drift | |
| Xiong et al. | An ensemble method for automatic real-time detection, evaluation and position of exposed subsea pipelines based on 3D real-time sonar system | |
| RU2424538C1 (en) | Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel | |
| EP2562558B1 (en) | Process for the localization of targets drifting in the sea | |
| Rizos | Surveying | |
| Ptak et al. | Long-distance multistatic aircraft tracking with VHF frequency doppler effect | |
| RU2635332C1 (en) | Method of determining state of ice cover | |
| Wang et al. | Wireless sensor networks for underwater localization: A survey | |
| RU2593411C1 (en) | Method of determining sea ice drift | |
| Bernhardt et al. | Bistatic observations of the ocean surface with HF radar, satellite and airborne receivers | |
| Zhang et al. | Ocean roughness and wind measurements with L-and S-band signals of opportunity (SoOp) reflectometry | |
| RU2572085C1 (en) | Method for search, detection and monitoring of location of mobile underwater technical objects in sea and ocean areas | |
| Crawford | Ice island deterioration | |
| Popescu et al. | An overall view of LiDAR and Sonar systems used in geomatics applications for hydrology. | |
| Tulokhonov et al. | Radiophysical monitoring of the Lake Baikal ice cover |