RU2556289C1 - Method of determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics and system for determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics - Google Patents
Method of determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics and system for determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556289C1 RU2556289C1 RU2014119480/28A RU2014119480A RU2556289C1 RU 2556289 C1 RU2556289 C1 RU 2556289C1 RU 2014119480/28 A RU2014119480/28 A RU 2014119480/28A RU 2014119480 A RU2014119480 A RU 2014119480A RU 2556289 C1 RU2556289 C1 RU 2556289C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- satellite
- measuring devices
- sensors
- water
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к определению океанографических характеристик и построению их пространственного распределения и может быть использовано для географических и природоресурсных исследований океанов и морей.The invention relates to the determination of oceanographic characteristics and the construction of their spatial distribution and can be used for geographic and environmental studies of oceans and seas.
Известен способ определения океанографических характеристик и устройство для его реализации, основанные на использовании набора измерительных датчиков, которые с помощью самолета или судна погружают в воду, зондируют ими водную толщу до дна, измеряя при этом океанографические характеристики. Результаты измерения записывают и хранят в устройстве памяти, а затем, когда датчики находятся на поверхности, по команде в определенный момент времени передают их на искусственный спутник Земли или другое приемное устройство (патент US №5209112 [1]).A known method for determining oceanographic characteristics and a device for its implementation, based on the use of a set of measuring sensors that are immersed in water using an airplane or ship, probe the water column to the bottom, while measuring oceanographic characteristics. The measurement results are recorded and stored in a memory device, and then, when the sensors are on the surface, they are sent to a artificial Earth satellite or other receiving device at a certain point in time (US patent No. 5209112 [1]).
Недостатком известного способа и устройства для его реализации [1] является низкая информативность измерений, обусловленная невозможностью измерения параметров светового поля над морской поверхностью, в части регистрации спектров выходящего из моря солнечного излучения, несущих информацию о концентрации в морской воде взвешенного минерального и органического, а также растворенного органического веществ, но которые регистрируются спутниковой аппаратурой. Также известные способ и устройство не позволяют достичь относительно высокой точности корректировки спутниковых данных из-за недостаточного объема информации.A disadvantage of the known method and device for its implementation [1] is the low information content of measurements, due to the inability to measure the parameters of the light field above the sea surface, in terms of recording spectra of solar radiation emerging from the sea, bearing information about the concentration of suspended mineral and organic in sea water, as well as dissolved organic matter, but which are recorded by satellite equipment. Also, the known method and device do not allow to achieve a relatively high accuracy of satellite data adjustment due to insufficient information.
Известен также способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и система для его реализации, основанные на комплексных подспутниковых (судовых) и спутниковых измерениях океанографических характеристик с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, при этом с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, установленных на судне, измеряют океанографические характеристики, а именно гидрофизические характеристики морской воды и ее поверхности, метеорологические характеристики и параметры светового поля над морской поверхностью с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, установленных на искусственных спутниках Земли, зондируют водную поверхность и принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности, данные подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти, по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственное распределение океанографических характеристик, исследуемых акваторий (Дистанционное зондирование моря с учетом атмосферы./ Под ред. В.А. Урденко и Г. Циммермана. Сб. статей, Выпуск института Космических исследований АН ГДР, Москва-Берлин-Севастополь, 1985 г., стр. 6-19 [2]).There is also a method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics and a system for its implementation, based on integrated sub-satellite (ship) and satellite measurements of oceanographic characteristics using measuring sensors and integrated measuring devices, while using measuring sensors and integrated measuring devices installed on vessel, measure oceanographic characteristics, namely hydrophysical characteristics of sea water and its rotation At the same time, the meteorological characteristics and parameters of the light field above the sea surface, using measuring sensors and integrated measuring devices installed on artificial Earth satellites, probe the water surface and receive data from the remote sensing of the water surface, the data of satellite and satellite measurements are stored in the memory device, according to the readings measuring sensors and complex measuring devices correct satellite data, which determine and The spatial distribution of the oceanographic characteristics of the studied water areas (Remote sensing of the sea taking into account the atmosphere. / Ed. V.A. Urdenko and G. Zimmerman. Sat articles, Issue of the Space Research Institute of the Academy of Sciences of the German Democratic Republic, Moscow-Berlin-Sevastopol, 1985, pp. 6-19 [2]).
Недостатками известного способа и системы для его реализации [2] являются низкая информативность измерений и точность корректировки спутниковых данных за счет недостаточной синхронности подспутниковых (судовых) и спутниковых измерений, что приводит к необходимости пространственно-временного усреднения измеряемых океанографических характеристик, а также высокая стоимость описанных способа и системы. Недостаточная синхронность подспутниковых (судовых) и спутниковых измерений и низкая точность определения океанографических характеристик с использованием описанного выше способа обусловлена тем, что измерения выполняют на стоянках (на станциях) судна путем зондирования измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами водной толщи или путем их буксировки на ходу судна, при этом в последнем случае измерения в поверхностных слоях воды производят в возмущенной корпусом движущегося судна водной среде, что вносит значительную погрешность в определение реальных значений гидрофизических и других океанологических характеристик.The disadvantages of the known method and system for its implementation [2] are the low informational content of the measurements and the accuracy of the correction of satellite data due to insufficient synchronization of sub-satellite (ship) and satellite measurements, which leads to the need for spatio-temporal averaging of the measured oceanographic characteristics, as well as the high cost of the described method and systems. The lack of synchronization of sub-satellite (ship) and satellite measurements and the low accuracy of determining oceanographic characteristics using the method described above is due to the fact that the measurements are carried out at the berths (stations) of the vessel by probing with gauges and complex measuring devices of the water column or by towing them while the vessel is on the move in this case, in the latter case, measurements in the surface layers of water are carried out in an aqueous medium disturbed by the hull of a moving vessel, which introduces a significant error in determining the real values of hydrophysical and other oceanological characteristics.
Высокая стоимость описанного выше способа и системы для ее реализации обусловлена тем, что для проведения подспутниковых измерений используют научно-исследовательское судно, имеющее водоизмещение от 800-1000 и более тонн и оснащенное дорогостоящей научной аппаратурой и оборудованием. На эксплуатацию такого судна тратятся большие финансовые средства. Кроме того, для эксплуатации и обслуживания сложной научной аппаратуры и оборудования, а также для научного руководства экспериментальными работами в море привлекается большое число высококвалифицированных специалистов, которые относительно длительное время проводят в море и в связи с этим на их содержание тратятся также большие денежные средства.The high cost of the method and system described above for its implementation is due to the fact that for carrying out sub-satellite measurements a research vessel is used that has a displacement of 800-1000 or more tons and is equipped with expensive scientific apparatus and equipment. Large financial resources are spent on the operation of such a vessel. In addition, a large number of highly qualified specialists are involved in the operation and maintenance of complex scientific instruments and equipment, as well as for the scientific management of experimental work at sea, who spend a relatively long time at sea and, therefore, large amounts of money are spent on their maintenance.
Известно также техническое решение, технический результат которого заключается в повышении информативности измерений и точности определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик (океанографических полей) исследуемых акваторий, а также в снижении стоимости способа и системы для его реализации (патент RU №2156958 С1, 27.09.2000 [3]).There is also known a technical solution, the technical result of which is to increase the information content of measurements and the accuracy of determination and construction of the spatial distribution of oceanographic characteristics (oceanographic fields) of the studied water areas, as well as to reduce the cost of the method and system for its implementation (patent RU No. 2156958 C1, 09/27/2000 [3]).
Известный способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик [3], заключается в том, что с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств производят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств погружают в воду, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на носовой части судна, расположенной над водой, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на борту судна, в режиме реального времени считывают и записывают показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в устройство считывания первичных данных, в котором показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств в процессе непрерывных измерений периодически обновляют, с искусственного спутника Земли принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности Земли, считывают координаты судна из устройства определения координат судна, из устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли считывают координаты луча сканирования водной поверхности, сравнивают их с упомянутыми координатами судна и в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств упомянутого искусственного спутника Земли и устройства определения координат судна из упомянутого устройства считывания первичных данных считывают в упомянутое устройство памяти и запоминают соответствующие упомянутым координатам показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, и соответствующие значения упомянутых координат регистрируют данные дистанционного зондирования водной поверхности искусственным спутником Земли, определяют градуировочные коэффициенты и по упомянутым показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов датчиков и комплексных измерительных устройств, полученным при совпадении координат судна и координат луча сканирования водной поверхности Земли, корректируют упомянутую спутниковую информацию.A known method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics [3], is that using measuring sensors and integrated measuring devices perform complex sub-satellite (ship) and satellite measurements of oceanographic characteristics, while the results of satellite and satellite measurements are stored in a memory device and according to the testimony of the aforementioned measuring sensors and complex measuring devices, satellite data are corrected, according to which distribute and build spatial distributions of oceanographic characteristics of the studied water areas, while the first set of measuring sensors and complex measuring devices are immersed in water, the second set of measuring sensors and complex measuring devices are placed on the bow of the vessel located above the water, the third set of measuring sensors and complex measuring devices placed on board the vessel, read and record the readings of said measurement sensors in real time and complex measuring devices that are part of the said first, second and third sets of measuring sensors and complex measuring devices, a primary data reader, in which the readings of the said measuring sensors and complex measuring devices are periodically updated during continuous measurements, data is received from an artificial Earth satellite remote sensing of the water surface of the Earth, read the coordinates of the vessel from the device for determining the coordinates of the vessel, from the coordinates of the beam of scanning the water surface by an artificial Earth satellite read the coordinates of the beam of scanning the water surface, compare them with the mentioned coordinates of the vessel and if they coincide within the spatial resolution of the measuring sensors and complex measuring devices of the aforementioned artificial Earth satellite and the device for determining the coordinates of the vessel from the above primary data readers are read into the memory device and stored the indications of said measuring sensors and complex measuring devices corresponding to said coordinates and constituent parts of said first, second and third sets of measuring sensors and complex measuring devices are recorded, and corresponding values of said coordinates are recorded for remote sensing of a water surface by an artificial Earth satellite, calibration coefficients are determined and mentioned indications of measuring sensors and complex measuring devices, inputs comprising the first, second and third sets of sensors and complex measuring devices obtained when the coordinates of the vessel and the coordinates of the scanning beam of the Earth’s water surface coincide, the above-mentioned satellite information is corrected.
При этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств крепят жестко с помощью электромагнитного устройства или постоянного магнита к носовой части судна ниже его ватерлинии, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на носовой части судна над водой таким образом, чтобы в поле зрения упомянутого второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств не попадало отраженное от морской поверхности рассеянное бортом носовой части судна солнечное излучение. Первым, вторым и третьим наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измерения выполняют на ходу судна в невозмущенной водной среде. Первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств контактно измеряют изменение скорости воды и вибрацию судна, температуру, электропроводность и давление воды, концентрацию кислорода и показатель рассеяния света в воде. Вторым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют контактно температуру, влажность и давление атмосферного воздуха, направление и скорость приводного ветра, дистанционно в забортной морской воде флюоресценцию хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, дистанционно - радиационную температуру морской поверхности, спектральные яркость неба, яркость моря и облученность морской поверхности солнечным излучением. Третьим набором датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют в проточной забортной морской воде спектральный показатель ослабления света, флюоресценцию хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, концентрацию хлорофилла, каротиноидов, феофитина, углерода, при этом в третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств забортную морскую воду подают по водопроводу автоматически на ходу судна из устройства забора забортной воды, размещенного в первом наборе измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств.In this case, the first set of measuring sensors and complex measuring devices are fixed rigidly with an electromagnetic device or a permanent magnet to the bow of the vessel below its waterline, the second set of measuring sensors and complex measuring devices are placed on the bow of the vessel above the water so that in the field of view of the aforementioned the second set of measuring sensors and complex measuring devices did not get reflected from the sea surface scattered by the side of the bow of the ship solar ie radiation. The first, second, and third sets of measuring sensors and complex measuring devices perform measurements while the vessel is in undisturbed water. The first set of measuring sensors and complex measuring devices measure the contact speed of the water and the vibration of the vessel, temperature, conductivity and pressure of the water, the oxygen concentration and the rate of light scattering in the water. The second set of measuring sensors and complex measuring devices measure contact temperature, humidity and atmospheric air pressure, direction and speed of driving wind, remotely in seawater, the fluorescence of phytoplankton chlorophyll and dissolved (yellow) organic matter, remotely - the radiation temperature of the sea surface, the spectral brightness of the sky , brightness of the sea and exposure of the sea surface to solar radiation. A third set of sensors and complex measuring devices measure the spectral index of light attenuation, fluorescence of chlorophyll and dissolved (yellow) organic matter, the concentration of chlorophyll, carotenoids, pheophytin, carbon in a flowing outboard seawater, while in the third set of measuring sensors and complex measuring devices, outboard marine water is supplied through the water supply automatically while the vessel is moving from the seawater intake device located in the first set of measuring sensors and plex measuring devices.
А система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, включает измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, устройство приема спутниковых данных и устройство памяти, дополнительно введены устройство считывания первичных данных, устройство управления, устройство определения координат луча сканирования водной поверхности Земли искусственным спутником Земли и устройство определения координат судна, устройство хранения спутниковых данных и устройство корректировки спутниковых данных и хранения океанографических характеристик, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств закреплен на носовой части судна, находящейся под водой, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещены соответственно на носовой части судна, расположенной над водой, и борту упомянутого судна, упомянутые первый, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств соединены с упомянутым устройством считывания первичных данных, которое соединено с упомянутым устройством управления и с упомянутым устройством памяти, при этом упомянутое устройство управления соединено с упомянутым устройством определения координат судна и с упомянутым устройством определения координат луча сканирования водной поверхности Земли искусственным спутником Земли, которое соединено с упомянутым устройством приема спутниковой информации, соединенным с устройством хранения спутниковой информации, в свою очередь соединенным с упомянутым устройством коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных, которое соединено с упомянутым устройством памяти. При этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств содержит устройство забора забортной морской воды, соединенное водопроводом с третьим набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, трехкоординатный измеритель изменения скорости воды и вибрации судна и измерительные датчики: температуры, электропроводности и давления морской воды, показателя рассеяния света в воде и концентрации в ней кислорода. Все упомянутые измерительные датчики и комплексные измерительные устройства размещены в герметичном контейнере, который жестко прикреплен к носу судна ниже его ватерлинии с помощью электромагнита (или постоянного магнита) и к которому прикреплен страховочный трос, второй конец которого закреплен на борту судна, и соединен с устройством считывания первичных данных многожильным герметичным электрическим кабелем. Второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств содержит измерительные датчики температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измеритель флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель радиационной температуры морской поверхности (радиометр) и измеритель спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Все упомянутые измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав второго набора, расположены на носовой части судна над водой таким образом, чтобы в поле зрения измерителя спектральной яркости моря не попадало отраженное от морской поверхности рассеянное бортом носовой части судна солнечное излучение, и соединены с помощью электрического кабеля с устройством считывания первичных данных. Третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств содержит измеритель спектрального показателя ослабления света морской воды, измеритель флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода. Все упомянутые датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав третьего _ набора, расположены на борту судна (в судовой лаборатории) и соединены с помощью электрического кабеля с устройством считывания первичных данных, а с помощью водопровода - с устройством забора забортной морской воды.And the system for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics includes measurement sensors and complex measuring devices, a satellite data receiving device and a memory device, an additional primary data reader, a control device, a coordinate device for determining the coordinates of a scanning beam of the Earth’s water surface by an artificial Earth satellite, and a determination device are also introduced ship coordinates, satellite data storage device and sp satellite data and storing oceanographic characteristics, with the first set of measuring sensors and integrated measuring devices mounted on the bow of the vessel under water, the second and third sets of measuring sensors and integrated measuring devices, respectively, on the bow of the vessel located above the water, and the board said vessel, said first, second and third sets of measuring sensors and complex measuring devices are connected to said reading device primary data, which is connected to said control device and to said memory device, wherein said control device is connected to said device for determining the coordinates of the vessel and to said device for determining the coordinates of the scanning beam of the Earth’s water surface by an artificial Earth satellite, which is connected to the said device for receiving satellite information connected to the satellite information storage device, in turn connected to said spu correction device -twinned information and oceanographic data storage, which is connected with said memory device. In this case, the first set of measuring sensors and complex measuring devices contains a seawater intake device connected by a water supply to the third set of measuring sensors and complex measuring devices, a three-coordinate measuring instrument for changing water velocity and vessel vibration, and measuring sensors for temperature, electrical conductivity and sea water pressure, indicator light scattering in water and oxygen concentration in it. All the mentioned measuring sensors and complex measuring devices are placed in an airtight container, which is rigidly attached to the bow of the vessel below its waterline using an electromagnet (or permanent magnet) and to which a safety cable is attached, the second end of which is fixed on board the vessel, and connected to the reader primary data stranded sealed electric cable. The second set of measuring sensors and complex measuring devices contains measuring sensors for temperature, humidity and air pressure, driving wind speed and direction, a phytoplankton and dissolved (yellow) organic matter fluorescence meter, a sea surface radiation temperature meter (radiometer) and a sky spectral brightness meter, brightness of the sea and exposure of the sea surface to solar radiation. All the abovementioned measuring sensors and complex measuring devices that are part of the second set are located on the bow of the vessel above the water so that solar radiation reflected from the sea surface does not fall into the field of view of the spectral brightness meter of the vessel, and are connected to using an electric cable with a primary data reader. The third set of measuring sensors and complex measuring devices includes a spectral indicator of light attenuation of sea water, a fluorescence meter of chlorophyll phytoplankton and dissolved (yellow) organic matter, a meter of chlorophyll and dissolved (yellow) organic matter, a meter of chlorophyll, carotenoids, pheophytin, dissolved ( yellow) organic matter, carbon. All the above-mentioned sensors and complex measuring devices that are part of the third _ set are located on board the vessel (in the ship’s laboratory) and are connected by an electric cable to a primary data reader, and by means of a water supply system to an outboard seawater intake device.
Повышение информативности измерений и точности определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий в известном изобретении [3] достигается за счет осуществления автоматизированных синхронных измерений в реальном времени с помощью трех наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, установленных на судне, и измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, расположенных на искусственном спутнике Земли, и за счет запоминания результатов измерений в моменты совпадения координат судна и координат луча сканирования поверхности океана измерительными датчиками искусственного спутника Земли, при этом предлагаемое устройство позволяет проводить измерения гидрофизических и других океанологических характеристик в невозмущенной корпусом движущегося судна водной среде и над невозмущенной корпусом судна водной поверхностью.Improving the information content of measurements and the accuracy of determining and constructing the spatial distribution of the oceanographic characteristics of the studied water areas in the known invention [3] is achieved through the implementation of automated synchronous measurements in real time using three sets of measuring sensors and integrated measuring devices installed on the vessel, and measuring sensors and integrated measuring devices located on an artificial Earth satellite, and by storing the results measurements at the moments of coincidence of the coordinates of the vessel and the coordinates of the scanning beam of the ocean surface by measuring sensors of an artificial Earth satellite, while the proposed device allows measurements of hydrophysical and other oceanological characteristics in an undisturbed hull of a moving ship in an aqueous medium and over an unperturbed hull of a ship in a water surface.
Недостатками известного способа определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик является то, что измерительные датчики связаны с судном (первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств прикреплен к носовой части судна ниже его ватерлинии), которое подвержено возмущающим факторам метеорологического и гидрологического происхождения, а следовательно и на измерительные датчики будут воздействовать те же возмущающие факторы, что и на судно, т.е. имеет место невысокая достоверность результатов измерений.The disadvantages of the known method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics is that the measuring sensors are connected to the vessel (the first set of measuring sensors and complex measuring devices attached to the bow of the vessel below its waterline), which is subject to disturbing factors of meteorological and hydrological origin, and therefore the measuring sensors will be affected by the same disturbing factors as the vessel, i.e. there is a low reliability of the measurement results.
Кроме того, известный способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик обеспечивает локальные измерения, что обусловлено налагаемыми ограничениями при выполнении измерений, например, на скорость движения судна и на мореходность, т.е. для получения необходимых массивов измерений по большим площадям потребуется проведение длительных измерений.In addition, the known method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics provides local measurements, which is due to the imposed restrictions when performing measurements, for example, on the speed of a ship and on seaworthiness, i.e. to obtain the necessary arrays of measurements over large areas will require long-term measurements.
Также из описания изобретения непонятно, на каком принципе работает «трехкоординатный измеритель изменения скорости воды и вибрации судна», что ставит под сомнение промышленную реализацию известного способа определения и построения пространственного распределения океанографических характеристикIt is also unclear from the description of the invention on which principle the “three-coordinate measuring instrument for changing the speed of water and the vibration of the vessel” works, which casts doubt on the industrial implementation of the known method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics
Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the determination and construction of the spatial distribution of oceanographic characteristics.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, заключающимся в том, что с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств производят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий, первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств погружают в воду, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на носовой части судна, расположенной над водой, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на борту судна, в режиме реального времени считывают и записывают показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в устройство считывания первичных данных, в котором показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств в процессе непрерывных измерений периодически обновляются, с искусственного спутника Земли принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности, считывают координаты судна из устройства определения координат судна, из устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли считывают координаты луча сканирования водной поверхности, сравнивают их с упомянутыми координатами судна и в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств упомянутого искусственного спутника Земли и устройства определения координат судна из упомянутого устройства считывания первичных данных считывают в упомянутое устройство памяти и запоминают соответствующие упомянутым координатам показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, и соответствующие значения упомянутых координат, регистрируют данные дистанционного зондирования водной поверхности искусственным спутником Земли, определяют градуировочные коэффициенты и по упомянутым показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов датчиков и комплексных измерительных устройств, полученным при совпадении координат судна и координат луча сканирования водной поверхности, корректируют упомянутую спутниковую информацию, в отличие от прототипа в спутниковые измерения океанографических характеристик дополнительно включают топографическую съемку прибрежной территории, посредством лазера в красном диапазоне, измерения глубины акватории, посредством лазера зеленого диапазона, первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств выполняют акустическое зондирование морского дна, определяют высоту, период, мощность и крутизну поверхностных волн, посредством датчика давления, дополнительно введен еще один набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, размещенных на носителе, выполненным в виде зонда сочлененного с якорно-буйрепным устройством, размещенным в кормовой части судна, а в системе определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, которая включает наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, устройство приема спутниковых данных и устройство памяти, устройство считывания первичных данных, устройство управления, устройство определения координат луча сканирования водной поверхности Земли измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли и устройство определения координат судна, устройство хранения спутниковых данных и устройство корректировки спутниковых данных и хранения океанографических характеристик, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств закреплен на носовой части судна, находящейся под водой, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещены соответственно на носовой части судна, расположенной над водой, и борту упомянутого судна, первый, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств соединены с устройством считывания первичных данных, которое соединено с упомянутыми устройством управления и устройством памяти, при этом устройство управления соединено с устройством определения координат судна и с устройством определения координат луча сканирования водной поверхности Земли измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли, которое соединено с устройством приема спутниковой информации, соединенным с устройством хранения спутниковой информации, в свою очередь, соединенным с устройством коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных, которое соединено с упомянутым устройством памяти, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде и устройства забора забортной морской воды, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода, в отличие от прототипа аппаратура спутниковых измерений дополнительно содержит лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств дополнительно содержит многолучевой эхолот, гидролокатор бокового обзора, дополнительно введен еще один набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, состоящих из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде, который размещен на носителе, выполненным в виде зонда сочлененного с якорно-буйрепным устройством, размещенным в кормовой части судна.The problem is solved due to the fact that in the method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics, which consists in the fact that using measuring sensors and complex measuring devices perform complex sub-satellite (ship) and satellite measurements of oceanographic characteristics, while the results of sub-satellite and satellite measurements correctly stored in the memory device and according to the testimony of the mentioned measuring sensors and complex measuring devices satellite data are used to determine and construct spatial distributions of oceanographic characteristics of the studied water areas, the first set of measuring sensors and complex measuring devices are immersed in water, the second set of measuring sensors and complex measuring devices are placed on the bow of the vessel located above the water, the third set of measuring sensors and complex measuring devices are placed on board the vessel, read and write readings in real time of measuring sensors and complex measuring devices that are part of the aforementioned first, second and third sets of measuring sensors and complex measuring devices, into a primary data reader, in which the readings of said measuring sensors and complex measuring devices are periodically updated during continuous measurements, from artificial Earth satellite receive remote sensing data of the water surface, read the coordinates of the vessel from the device coordinates of the vessel, from the device for determining the coordinates of the scanning beam of the water surface by an artificial Earth satellite, read the coordinates of the scanning beam of the water surface, compare them with the mentioned coordinates of the vessel and if they coincide within the spatial resolution of the measuring sensors and complex measuring devices of the aforementioned artificial Earth satellite and device determining the coordinates of the vessel from said primary data reader is read into the aforementioned a triad of memory, and the readings corresponding to said coordinates of said measuring sensors and complex measuring devices included in said first, second and third sets of measuring sensors and complex measuring devices are stored, and corresponding values of said coordinates are recorded, remote sensing data of a water surface by an artificial Earth satellite, determine calibration coefficients and according to the mentioned readings of measuring sensors and integrated and measuring devices that are part of the aforementioned first, second and third sets of sensors and complex measuring devices obtained by matching the coordinates of the vessel and the coordinates of the scanning beam of the water surface, correct the aforementioned satellite information, unlike the prototype, satellite measurements of oceanographic characteristics additionally include coastal topographic surveys territory, by means of a laser in the red range, measuring the depth of the water area, by means of a green range laser, The first set of measuring sensors and complex measuring devices perform acoustic sensing of the seabed, determine the height, period, power and steepness of the surface waves using a pressure sensor, additionally introduced another set of measuring sensors and complex measuring devices placed on a carrier made in the form of an articulated probe with an anchor-buoy device located in the stern of the vessel, and in the system for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic their characteristics, which includes sets of measuring sensors and complex measuring devices, a satellite data receiving device and a memory device, a primary data reader, a control device, a device for determining the coordinates of a scanning beam of the Earth’s water surface with measuring sensors and complex measuring devices of an artificial Earth satellite, and a device for determining coordinates vessel, satellite data storage device and satellite data and XP correction device the oceanographic characteristics, while the first set of measuring sensors and integrated measuring devices are mounted on the bow of the vessel under water, the second and third sets of measuring sensors and integrated measuring devices are respectively located on the bow of the vessel above the water and on board the said vessel, the first, second and third sets of measuring sensors and complex measuring devices are connected to a primary data reader, which is connected to the aforementioned with a control device and a memory device, the control device being connected to a device for determining the coordinates of the vessel and to a device for determining the coordinates of the scanning beam of the Earth’s water surface with measuring sensors and complex measuring devices of an artificial Earth satellite, which is connected to a satellite information receiving device connected to a satellite storage device information, in turn, connected to a satellite information correction and storage device, an oceanographer data, which is connected to the aforementioned memory device, the first set of measuring sensors and complex measuring devices consisting of temperature, electrical conductivity and sea water pressure sensors, oxygen concentration, light scattering index in water and seawater intake device, a second set of measuring sensors and complex measuring devices consists of sensors for temperature, humidity and pressure of atmospheric air, direction and speed of the driving wind, fluorometer scenarios of phytoplankton and dissolved (yellow) organic matter, measuring instrument (radiometer) of radiation temperature of the sea surface and measuring the spectral brightness of the sky, sea brightness and sea surface irradiation with solar radiation, the third set of measuring sensors and complex measuring devices consists of a measuring instrument of the spectral indicator of light attenuation of sea water , phytoplankton chlorophyll fluorescence meter and dissolved (yellow) organic matter, chloro concentration meter phyll and dissolved (yellow) organic matter, a concentration meter of chlorophyll, carotenoids, pheophytin, dissolved (yellow) organic matter, carbon, in contrast to the prototype, satellite measurement equipment additionally contains lidar containing a red and green laser, the first set of measuring sensors and complex measuring devices additionally contains a multi-beam echo sounder, side-scan sonar, additionally introduced another set of measuring sensors and complex measurements measuring devices, consisting of measuring instruments for the vertical profiles of dissolved methane, the content of alpha, beta, and gamma radioactivity nitrates, the zonal and meridional components of the flow velocity, the speed of sound in sea water, which is placed on a carrier made in the form of a probe coupled with an anchor-buoy device located in the stern of the vessel.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема заявляемой системы.The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of the inventive system.
Система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик состоит из первого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1, второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2, третьего набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3, устройства считывания первичных данных 4, устройства управления 5, устройства определения координат судна 6, устройства приема спутниковой информации 7, устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли 8, устройства хранения спутниковой информации 9, устройства памяти 10, устройства корректировки спутниковой информации и хранения океанографических полей 11. В состав первого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1 входят трехкоординатный измеритель изменения скорости воды и вибрации судна, датчики температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода и показателя рассеяния света в воде и устройство забора забортной морской воды 12. Все измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав первого набора 1, и устройство забора забортной морской воды 12 размещены в контейнере, который жестко прикреплен к носовой части судна ниже его ватерлинии с помощью электромагнита (или постоянного магнита), и для повышения надежности его крепления используется страховочный трос, который одним своим концом прикреплен к контейнеру, содержащему набор 1, а вторым концом закреплен на борту судна. Все измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав первого набора 1, соединены с устройством считывания первичных данных 4 многожильным герметичным электрическим кабелем 13. Устройство забора забортной морской воды 12 соединено с третьим набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3 с помощью водопровода 14. При этом контейнер с первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1 и устройством забора забортной морской воды 12 прикреплен к носовой части судна так, что упомянутые измерительные датчики и устройство забора забортной морской воды 12 находятся в невозмущенной корпусом движущегося судна водной среде, а входное отверстие устройства забора забортной морской воды 12 направлено в сторону движения судна (по ходу судна).The system for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics consists of a first set of measuring sensors and complex measuring devices 1, a second set of measuring sensors and complex measuring devices 2, a third set of measuring sensors and complex measuring devices 3, primary data reader 4, control device 5, devices for determining the coordinates of the vessel 6, devices for receiving satellite information 7, devices for determining the coordinates of the beam scanning the water surface with an artificial Earth satellite 8, a satellite information storage device 9, a memory device 10, a satellite information correction device and storing oceanographic fields 11. The first set of measuring sensors and complex measuring devices 1 includes a three-coordinate measuring instrument for changing water velocity and vessel vibration, sensors temperature, electrical conductivity and pressure of seawater, oxygen concentration and light scattering in water and outboard intake device sea water 12. All measuring sensors and complex measuring devices that are part of the first set 1, and the seawater intake device 12 are placed in a container that is rigidly attached to the bow of the vessel below its waterline using an electromagnet (or permanent magnet), and To increase the reliability of its fastening, a safety cable is used, which is attached at one end to a container containing kit 1 and secured on board with the other end. All measuring sensors and complex measuring devices that are part of the first set 1 are connected to the primary data reader 4 by a multicore sealed electric cable 13. The seawater intake device 12 is connected to the third set of measuring sensors and complex measuring devices 3 using a water supply 14. In this case, the container with the first set of measuring sensors and complex measuring devices 1 and a device for taking outboard sea water 12 is attached to the bow the bottom so that the said measuring sensors and seawater abstraction device 12 are located in an unperturbed hull of a moving vessel of the moving vessel, and the inlet of the seawater intake device 12 is directed towards the vessel (along the vessel).
В состав второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2 входят датчики температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измеритель флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель радиационной температуры морской поверхности (радиометр) и измеритель спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2 размещен на носовой части судна, расположенной над водой таким образом, чтобы в поле зрения измерителя спектральной яркости моря не попадало отраженное от морской поверхности рассеянное бортом носовой части судна солнечное излучение. Каждый из датчиков, входящих в состав второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2, соединен с помощью электрического многожильного кабеля 15 с устройством считывания первичных данных 4.The second set of measuring sensors and complex measuring devices 2 includes sensors of temperature, humidity and pressure of atmospheric air, the direction and speed of the driving wind, a fluorescence meter of phytoplankton and dissolved (yellow) organic matter, a sea surface radiation temperature meter (radiometer) and a spectral brightness meter sky, sea brightness and sea surface irradiation by solar radiation. The second set of measuring sensors and complex measuring devices 2 is placed on the bow of the vessel located above the water so that the solar radiation reflected from the sea surface does not fall into the field of view of the spectral brightness meter of the sea. Each of the sensors that make up the second set of measuring sensors and complex measuring devices 2 is connected using an electric multicore cable 15 with a primary data reader 4.
В состав третьего набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3 входят измеритель спектрального показателя ослабления света морской воды, измеритель флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода. Третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3 размещен на борту судна в судовой лаборатории. Каждый из датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в третий набор 3, соединен с помощью электрического многожильного кабеля 16 с устройством считывания первичных данных 4.The third set of measuring sensors and complex measuring devices 3 includes a spectral indicator of light attenuation of sea water, a fluorescence meter of chlorophyll phytoplankton and dissolved (yellow) organic matter, a concentration meter of chlorophyll and dissolved (yellow) organic matter, a meter of chlorophyll, carotenoid, pheophytin concentration dissolved (yellow) organic matter, carbon. The third set of measuring sensors and complex measuring devices 3 is placed on board the vessel in the ship's laboratory. Each of the sensors and complex measuring devices included in the third set 3, is connected using an electric multicore cable 16 with a primary data reader 4.
Устройство считывания первичных данных 4 соединено с устройством управления 5. Устройства управления 5 соединено с устройством определения координат судна 6, например навигационным прибором "GPS" и с устройством определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли 8. Устройство определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли 8 соединено с устройством приема спутниковой информации 7, которое соединено с устройством хранения спутниковой информации 9, соединенным с устройством корректировки спутниковой информации и хранения океанографических полей 11. Устройство корректировки спутниковой информации и хранения океанографических полей 11 соединено с устройством памяти 10, соединенным с устройством считывания первичных данных 4. Система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик также содержит еще один набор 17 измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, состоящих из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде, который размещен на носителе 18, выполненном в виде зонда, сочлененного с якорно-буйрепным устройством 19, размещенным в кормовой части судна. Носитель 18 и устройство считывания первичных данных 4 соединены посредством бортовой аппаратуры 20. Канал связи между носителем (зондом) 18 и бортовой аппаратурой выполнен на индуктивных модемах. Индуктивные модемы типа SBE-44 установлены на судне и зонде и служат для передачи данных измерений и телеметрической информации. Индуктивный модем представляет собой катушку индуктивности с изолированными электрическими выводами, помещенную в корпус из диэлектрика, залитого компаундом, и электронной платы управления. В сборке индуктор и ферритовое кольцо устанавливается на буйреп так, чтобы стальной несущий трос в полихлорвиниловой оболочке свободно проходил через центр катушки. Буйреп представляет собой многожильный нержавеющий несущий трос в диэлектрической оболочке, изолирующей от воды. По индуктивному каналу выполняется передача данных от зонда к судну. Таким образом, система подводной связи обеспечивает бесконтактный обмен информацией между зондом и судном.The primary data reader 4 is connected to the control device 5. The control device 5 is connected to the device for determining the coordinates of the vessel 6, for example, a GPS navigation device and to the device for determining the coordinates of the scanning beam of the water surface by an artificial Earth satellite 8. The device for determining the coordinates of the beam of scanning the water surface by an artificial satellite Earth satellite 8 is connected to a satellite information receiving device 7, which is connected to a satellite information storage device 9, connected with a device for correcting satellite information and storing oceanographic fields 11. A device for correcting satellite information and storing oceanographic fields 11 is connected to a memory device 10 connected to a reader for primary data 4. The system for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics also contains another set of 17 measurement sensors and complex measuring devices, consisting of meters of vertical profiles of dissolved methane, containing nitrates of alpha, beta and gamma radioactivity, the zonal and meridional components of the flow velocity, the speed of sound in sea water, which is located on the carrier 18, made in the form of a probe articulated with an anchor-buir device 19, located in the stern of the vessel. The carrier 18 and the primary data reader 4 are connected via the on-board equipment 20. The communication channel between the carrier (probe) 18 and the on-board equipment is made on inductive modems. Inductive modems type SBE-44 are installed on the vessel and the probe and are used to transmit measurement data and telemetry information. An inductive modem is an inductance coil with insulated electrical leads, placed in a housing made of a compound dielectric and an electronic control board. In the assembly, the inductor and the ferrite ring are mounted on the buoyer so that the steel supporting cable in the polyvinyl chloride sheath freely passes through the center of the coil. Buirep is a multicore stainless bearing cable in a dielectric sheath, insulating from water. An inductive channel transfers data from the probe to the ship. Thus, the underwater communication system provides a non-contact exchange of information between the probe and the vessel.
Якорно-буйрепное устройство 19 обеспечивают фиксацию зонда 18 на заданных глубинах, а также на морском дне. Аппаратура спутниковых измерений дополнительно содержит лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, представляющий собой батиметрическую систему. Принцип действия батиметрической системы установленной на воздушном носителе основан на измерении интервала времени между моментом отражения лазерного импульса от поверхности воды и от дна водоема. Использование лазера зеленого и красного диапазонов позволяет одновременно измерять глубины на акватории и выполнять топографическую съемку прибрежной территории.Anchor-buoy device 19 provide fixation of the probe 18 at predetermined depths, as well as on the seabed. The satellite measurement equipment further comprises a lidar containing a red and green laser, which is a bathymetric system. The principle of operation of the bathymetric system mounted on an air carrier is based on measuring the time interval between the moment of reflection of the laser pulse from the surface of the water and from the bottom of the reservoir. Using a green and red laser allows you to simultaneously measure depths in the water area and perform topographic surveys of the coastal territory.
Лидар позволяет выполнить съемку рельефа дна в труднодоступных местах (от уреза воды до глубины 1,5-2,0 м).Lidar allows you to shoot the bottom topography in hard to reach places (from the water edge to a depth of 1.5-2.0 m).
Однако, несмотря на высокую производительность и возможность измерять глубины на величину превышающую три естественных прозрачностей воды, лидар имеет существенный недостаток - это низкая разрешающая способность. Он не в состоянии обнаружить объект размером менее чем 2×2 м, что делает его применение на акваториях где необходимо выполнение съемки рельефа дна в соответствии с требованиями «особого» класса съемки невозможным.However, despite the high productivity and the ability to measure depths exceeding the three natural transparency of water, lidar has a significant drawback - this is a low resolution. He is not able to detect an object less than 2 × 2 m in size, which makes its use in water areas where it is necessary to survey the bottom topography in accordance with the requirements of the “special” class of shooting impossible.
Первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств дополнительно содержит многолучевой эхолот и гидролокатор бокового обзора.The first set of measuring sensors and complex measuring devices additionally contains a multi-beam echo sounder and side-scan sonar.
Многолучевой эхолот (МЛЭ) формирует лучи по фиксированным направлениям в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, по которым ведется прием гидроакустических сигналов. Прием отраженного сигнала производится по множеству отдельных направлений, которые называются лучами.A multi-beam echo sounder (MBE) generates rays in fixed directions in a plane perpendicular to the ship’s diametrical plane, along which sonar signals are received. Reception of the reflected signal is made in many separate directions, which are called rays.
Угловое расстояние между крайними лучами определяет ширину полосы обзора для заданной глубины моря (от 70% от глубины до 3-х и более глубин). По результатам полученных батиметрических данных создается цифровая модель рельефа дна. Полученная модель очень информативна и может применяться для решения самых различных задач.The angular distance between the extreme rays determines the width of the field of view for a given depth of the sea (from 70% of the depth to 3 or more depths). Based on the results of bathymetric data, a digital bottom topography model is created. The resulting model is very informative and can be used to solve a variety of problems.
Но, при использовании МЛЭ необходимо учитывать их ограниченную возможность по обнаружению подводных объектов. Лучи излучаемые МЛЭ расположены веерообразно. Между проекцией лучей на дне существуют пропуски. Ширина пропусков зависит от количества лучей в посылке, от глубины.But, when using MBE, it is necessary to take into account their limited ability to detect underwater objects. The rays emitted by MBE are fan-shaped. There are gaps between the projection of the rays at the bottom. The width of the gaps depends on the number of rays in the package, on the depth.
Размеры пропусков увеличиваются по мере увеличения глубины. В процессе камеральной обработки материалов работы МЛЭ, пропуски между лучами заполняются. Заполнение проводится по математическому алгоритму, который в упрощенном виде сводится к осреднению значений соседних лучей.The dimensions of the gaps increase with increasing depth. In the process of cameral processing of MBE materials, the gaps between the beams are filled. Filling is carried out according to a mathematical algorithm, which in a simplified form reduces to averaging the values of neighboring rays.
Величина образующихся на профиле промежутков между измеряемыми по наклонным лучам глубинами может превышать десятки метров, что свидетельствует об ограниченных возможностях решения задачи обнаружения объектов МЛЭ. В случае попадания какого-либо подводного предмета в пропуск между лучами МЛЭ, он не будет зафиксирован в итоговых материалах. В конкретной реализации применен высокочастотный многолучевой эхолот типа ЕМ 100.The magnitude of the gaps formed on the profile between the depths measured by oblique rays can exceed tens of meters, which indicates the limited possibilities for solving the problem of detecting MBE objects. If any underwater object gets into the gap between the MBE rays, it will not be recorded in the final materials. In a specific implementation, a high frequency multipath echo sounder of the EM 100 type is used.
Для обнаружения подводных объектов состав измерительных средств введен гидролокатор бокового обзора типа СН-300, который представляет собой гидролокатор шагового поиска и может исследовать подводное пространство в горизонтальном и вертикальном направлениях.To detect underwater objects, the composition of the measuring instruments introduced a side-scan sonar of the SN-300 type, which is a step search sonar and can explore the underwater space in horizontal and vertical directions.
В систему определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик дополнительно введен еще один набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, состоящих из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде, который размещен на носителе, выполненным в виде зонда сочлененного с якорно-буйрепным устройством, размещенным в кормовой части судна.In the system for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics, one more set of measuring sensors and complex measuring devices has been introduced, consisting of measuring instruments for vertical profiles of dissolved methane, the content of alpha, beta, and gamma radioactivity nitrates, the zonal and meridional components of the flow velocity, and sound velocity in seawater, which is placed on a carrier made in the form of a probe articulated with an anchor-buoy device placed in the feed h STI vessel.
Носитель 18 представляет собой зонд многоразового использования и предназначен для измерения на ходу судна (до 15уз) гидрофизических параметров: температуры (от -2 до 30 град. С, скорости звука (от 1410 до 1560 м/с с предельной погрешностью ±0,3 м/с) и гидростатического давления (от 0 до 5 МПа) с последующим пересчетом в глубину. Измерение гидрофизических параметров производится с дискретностью по глубине 2 м до глубины 200 м и 5 м на глубинах более 200 м.Carrier 18 is a reusable probe and is designed to measure hydrophysical parameters (up to 15 ultrasound) on the vessel: temperature (from -2 to 30 degrees C, sound speed (from 1410 to 1560 m / s with a margin error of ± 0.3 m / s) and hydrostatic pressure (from 0 to 5 MPa) with subsequent conversion to depth. Measurement of hydrophysical parameters is performed with discreteness in depth of 2 m to a depth of 200 m and 5 m at depths of more than 200 m.
Зонд 18 (носитель) соединен с бортовой аппаратурой 20 для приема измерительной информации, ее обработки, регистрации, архивирования и выдачи внешним потребителям. Установка зонда 18 на заданную глубину осуществляется посредством тросовой лебедки, выполненной на принципе безинерционной катушки для обеспечения беспрепятственного погружения зонда 18 на ходу судна на заранее заданную глубину погружения (или при нахождении судна в дрейфе на морское дно). Тросовая лебедка устанавливается в кормовой части судна.The probe 18 (carrier) is connected to the on-board equipment 20 for receiving measurement information, its processing, recording, archiving and delivery to external consumers. The installation of the probe 18 to a predetermined depth is carried out by means of a cable winch, made on the principle of an inertia-free coil to ensure unimpeded immersion of the probe 18 while the ship is moving to a predetermined depth of immersion (or when the ship is in a drift on the seabed). A cable winch is installed in the stern of the vessel.
Бортовая аппаратура 20 создана на основе ЭВМ и предназначена для приема измерительной информации, вычисления глубины погружения зонда по измеренному гидростатическому давлению, аппроксимации вертикальных распределений параметров, отображение в графическом и табличном виде обработанной измерительной информации, ее архивацию и выдачу внешним потребителям по стандартным интерфейсам.On-board equipment 20 is based on a computer and is designed to receive measurement information, calculate the immersion depth of the probe by measured hydrostatic pressure, approximate the vertical distributions of parameters, display the processed measurement information in graphical and tabular form, archive it and provide it to external consumers using standard interfaces.
В качестве датчика давления применен датчик давления типа DRUCK РМР 4010.As a pressure sensor, a pressure sensor of the DRUCK PMP 4010 type is used.
В качестве датчиков измерения температуры, электропроводности и давления, акустического доплеровского измерителя течения, могут быть использованы датчики, например, акустический трехкомпонентный измеритель течений типа 3D-ACM модель 3ACM-CBP-S и измеритель электропроводности с датчиком температуры, выполненный на основе измерителя скорости течения типа CTS-C-1ED или доплеровский измеритель течения Nortek Aquadopp 3D.As sensors for measuring temperature, conductivity and pressure, an acoustic Doppler flow meter, sensors can be used, for example, a three-component acoustic current meter type 3D-ACM model 3ACM-CBP-S and a conductivity meter with a temperature sensor based on a type current velocity meter CTS-C-1ED or Nortek Aquadopp 3D Doppler current meter.
Акустический доплеровский измеритель профиля течений измеряет три компоненты скорости течения на одном горизонте и включает в себя трехкомпонентный магнитный компас для измерения магнитного поля Земли в трех проекциях, двухосевой электролитический инклинометр для измерения отклонения от вертикали, твердотельный датчик температуры. Принцип измерения скорости течения основан на измерении разности времен пролета акустического импульса в прямом и обратном направлении («времяпролетный» измеритель). Он может быть также оснащен датчиком давления для измерения глубины погружения зонда 18. Он также имеет интерфейс для подключения датчика солености и температуры и два входных канала постоянного тока для подключения внешних датчиков. Результаты измерений передаются в реальном времени в формате ASCII по последовательному интерфейсу RS-232 или RS-485 при скорости 19200 бит/сек, либо записываются в стандартное статическое ОЗУ размером 0,5 МБ, питаемое литиевой батареей, для последующего считывания.An acoustic Doppler current profile meter measures three components of the current velocity on one horizon and includes a three-component magnetic compass for measuring the Earth’s magnetic field in three projections, a two-axis electrolytic inclinometer for measuring deviations from the vertical, and a solid-state temperature sensor. The principle of measuring the flow velocity is based on measuring the difference in the time of flight of the acoustic pulse in the forward and reverse directions (“time-of-flight” meter). It can also be equipped with a pressure sensor for measuring the immersion depth of the probe 18. It also has an interface for connecting a salinity and temperature sensor and two DC input channels for connecting external sensors. The measurement results are transmitted in real time in ASCII format via the RS-232 or RS-485 serial interface at a speed of 19,200 bps, or written to a standard static RAM of 0.5 MB in size, powered by a lithium battery, for subsequent reading.
Программное обеспечение (программа 3DACM97) позволяет конфигурировать и настраивать датчик с использованием стандартного пользовательского интерфейса Windows. Данные могут передаваться в режиме реального времени или считываться из внутренней памяти прибора. Данные, передаваемые в режиме реального времени, могут быть представлены в графическом виде на экране дисплея. Программное обеспечение в режиме реального времени принимает и сохраняет данные о векторе скорости, данные с трехкомпонентного компаса, инклинометра, данные с дополнительных датчиков, включая датчик солености, температуры, давления.The software (3DACM97 program) allows you to configure and configure the sensor using the standard Windows user interface. Data can be transmitted in real time or read from the internal memory of the device. Real-time data can be displayed graphically on the display screen. The software in real time receives and stores data on the velocity vector, data from a three-component compass, inclinometer, data from additional sensors, including a salinity, temperature, pressure sensor.
Данные о векторе скорости усредняются с помощью алгоритма векторного осреднения по временному интервалу от 15 секунд до 60 минут. Программа ACMPost позволяет графически отображать прочитанные данные на дисплее и сохранять данные по измерениям солености, температуры, давления в файле стандарта DAT С00 и HDR. Эти форматы также могут читаться программой ACMPost.The data on the velocity vector are averaged using the vector averaging algorithm over a time interval from 15 seconds to 60 minutes. ACMPost program allows you to graphically display the read data on the display and save data on measurements of salinity, temperature, pressure in a file of standard DAT C00 and HDR. These formats can also be read by ACMPost.
Электронный интерфейс обеспечивает выход напряжения постоянного тока пропорционально электропроводности и температуре. Управление выходом напряжения достигается посредством двух управляемых пользователем логических линий. Датчики электропроводности основаны на датчике электропроводности с индуктивной связью.An electronic interface provides DC voltage output in proportion to electrical conductivity and temperature. Voltage output control is achieved through two user-controlled logic lines. Conductivity sensors are based on an inductively coupled conductivity sensor.
Индуктивные датчики демонстрируют естественную устойчивость, в отличие от датчиков, основанных на незащищенных электродах, при изменении их геометрии, которая вызывается биообрастанием. Большой внутренний диаметр датчика электропроводности устраняет необходимость в насосе или других искусственных средствах проведения потока воды через датчик. Использование высококачественного платинового термометра сопротивления приводит к линейным измерениям температуры, характеризуемым высокой стабильностью. Электронный сигнал очень линеен, что устраняет необходимость использования комплексных уравнений для преобразования выходных сигналов в физические величины.Inductive sensors exhibit natural stability, unlike sensors based on unprotected electrodes, when their geometry changes, which is caused by biofouling. The large internal diameter of the conductivity sensor eliminates the need for a pump or other artificial means of conducting water flow through the sensor. The use of a high-quality platinum resistance thermometer leads to linear temperature measurements characterized by high stability. The electronic signal is very linear, which eliminates the need to use complex equations to convert output signals to physical quantities.
Коммуникационный протокол модуля включает в себя развитую систему команд, позволяющую организовать работу с модулем наиболее удобным для пользователя образом.The communication protocol of the module includes an advanced command system that allows you to organize work with the module in the most convenient way for the user.
Модуль может работать в одном из четырех режимов:The module can operate in one of four modes:
- режим RUN MODE (normal).- RUN MODE (normal) mode.
В этом режиме модуль осуществляет измерения всех параметров:In this mode, the module measures all parameters:
- режим RUN MODE (fast pressure).- RUN MODE mode (fast pressure).
В этом режиме измерения осуществляются только для датчика давления и передается значение только величины давления.In this mode, measurements are made only for the pressure sensor and only the pressure value is transmitted.
Режимы OPEN MODE (изменение констант калибровки) и CAL MODE (проведение калибровки) являются вспомогательными и используются при проведении метрологического обслуживания прибора. Измеренные величины автоматически пересчитываются в физические значения и в таком виде (в ASCII-кодах) передаются пользователю, а также записываются в память, откуда могут быть считаны позднее в произвольный момент времени.The OPEN MODE (change of calibration constants) and CAL MODE (calibration) modes are auxiliary and are used during metrological maintenance of the device. The measured values are automatically converted into physical values and in this form (in ASCII codes) are transmitted to the user, as well as recorded in memory, from where they can be read later at an arbitrary point in time.
Датчик растворенного в воде кислорода представляет собой датчик типа (AANDERAA Oxygen Optode 4330F).The oxygen dissolved in water sensor is a type sensor (AANDERAA Oxygen Optode 4330F).
Датчик содержания углеводородов представляет собой датчик типа METS ("CAPSUM"), который позволяют измерять концентрацию метана в водной толще. Датчик представляет собой полупроводниковый прибор, принцип работы которого заключается в том, что диффузия молекул углеводородов из воды через специальную силиконовую мембрану транслируется в камеру датчика. Адсорбция молекул углеводов на активном слое датчика приводит к электронному обмену с молекулами кислорода, таким образом, меняя сопротивление активного слоя, которое преобразуется в выходное (измеряемое) напряжение.The hydrocarbon content sensor is a METS type sensor ("CAPSUM"), which allows you to measure the concentration of methane in the water column. The sensor is a semiconductor device, the principle of which is that the diffusion of hydrocarbon molecules from water through a special silicone membrane is transmitted to the sensor chamber. Adsorption of carbohydrate molecules on the active layer of the sensor leads to electronic exchange with oxygen molecules, thus changing the resistance of the active layer, which is converted into output (measured) voltage.
Основные характеристики датчика: 10 мкм силиконовая мембрана; рабочая глубина 0-3500 м; рабочая температура 2-20 град. C; время измерения от 1 до 3 сек; время стабилизации диффузии - до 5 минут, в зависимости от турбулентности; входное напряжение 9-36 В; расход энергии 160 мА/ч; выходной сигнал - аналоговый 0-5 В и цифровой RS-485; метан 50 нмоль/л - 10 мкмоль/л.Main characteristics of the sensor: 10 microns silicone membrane; working depth 0-3500 m; operating temperature 2-20 degrees. C; measurement time from 1 to 3 seconds; diffusion stabilization time - up to 5 minutes, depending on turbulence; input voltage 9-36 V; power consumption 160 mA / h; output signal - analog 0-5 V and digital RS-485; methane 50 nmol / L - 10 μmol / L.
Датчик содержания углекислого газа предназначен для измерения спектров комбинационного рассеяния оптического излучения в составе заякоренной профилирующей подводной обсерватории посредством спектроанализатора. По спектрам комбинационного рассеивания получают информацию о составе морской воды. Основные технические характеристики спектроанализатора: спектральный диапазон 0,52-0,78 мкм, полоса пропускания 0,54 нм на 0,783 мкм, точность позиционирования по спектру 0,2 нм, число спектральных каналов 4096.The carbon dioxide sensor is designed to measure the Raman spectra of optical radiation as part of an anchored profiling underwater observatory using a spectrum analyzer. From the Raman spectra, information is obtained about the composition of sea water. The main technical characteristics of the spectrum analyzer are: a spectral range of 0.52-0.78 microns, a passband of 0.54 nm to 0.783 microns, a positioning accuracy of 0.2 nm in the spectrum, and a number of spectral channels of 4096.
Датчики содержания альфа-, бета- и гамма-радиоактивности объединены в блок, который также содержит модуль контроля радиационного загрязнения, который предназначен для определения in situ содержания гамма-излучающих радионуклидов (как техногенного, так и естественного происхождения) в морской воде.Alpha, beta, and gamma radioactivity sensors are combined into a unit that also contains a radiation contamination control module, which is designed to determine the in situ content of gamma-emitting radionuclides (both technogenic and natural) in seawater.
Основные технические характеристики модуля контроля радиационного загрязнения: диапазон регистрируемых энергий 0,2-3,0 мэВ, энергетическое разрешение по линии цезия 137 13%, число уровней квантования спектра 256, максимальное число отсчетов в канале 65000, максимальная скорость регистрации не менее 1000 1/с.The main technical characteristics of the radiation pollution control module are: the range of recorded energies is 0.2-3.0 meV, the energy resolution along the cesium line is 137 13%, the number of quantization levels of the spectrum is 256, the maximum number of samples in the channel is 65000, and the maximum recording speed is at least 1000 1 / from.
Кроме того, блок также содержит классификатор для классификации загрязнений морской воды по спектральным характеристикам и молекулярному составу морской воды, включающий датчик ядерно-магнитного резонанса, который представляет собой мини-магнитную систему, состоящую из самарий-кобальтовых шайб с большой постоянной намагниченностью и большой энергоемкостью. При массе магнита 9 кг удается достигнуть значения индукции магнитного поля в его зазоре до 1,5 Т. Таким образом, при плавной механической регулировке междуполюсного расстояния магнитной системы рабочая частота может изменяться в пределах от 12 до 60 МГц для протонов при сохранении достаточно высокой однородности. Магнит функционирует без потребления энергоресурсов и предназначен для выявления распределения температуры морской воды, солености, наличие кислорода на фиксированном разрезе. Известно, что в морской воде содержится большое количество парамагнитных примесей в виде парамагнитных ионов переходных металлов и их комплексных соединений в парамагнитном состоянии. По сигналам, полученным с датчика ядерно-магнитного резонанса строят графики распределения времени спин-решеточной релаксации (T1) (так называемые изолинии T1) в поверхностном и в придонном слоях воды. Полученные изолинии позволяют выявить зоны влияния на компонентный состав приповерхностной и придонной морской воды таких источников парамагнитных примесей, как речной сток и области геохимической аномалии, приуроченные к геологическому разлому.In addition, the unit also contains a classifier for classifying seawater pollution by spectral characteristics and molecular composition of seawater, including a nuclear magnetic resonance sensor, which is a mini-magnetic system consisting of cobalt washer samarium with large permanent magnetization and high energy intensity. With a magnet mass of 9 kg, it is possible to achieve a magnetic field induction in its gap of up to 1.5 T. Thus, with smooth mechanical adjustment of the interpolar distance of the magnetic system, the working frequency can vary from 12 to 60 MHz for protons while maintaining a fairly high uniformity. The magnet operates without the consumption of energy and is designed to detect the distribution of sea water temperature, salinity, the presence of oxygen in a fixed section. It is known that in seawater contains a large number of paramagnetic impurities in the form of paramagnetic transition metal ions and their complex compounds in the paramagnetic state. The signals obtained from the nuclear magnetic resonance sensor plot the distribution of spin-lattice relaxation time (T 1 ) (the so-called isolines T 1 ) in the surface and in the bottom layers of water. The obtained contours make it possible to identify zones of influence on the component composition of near-surface and near-bottom seawater of such sources of paramagnetic impurities as river flow and areas of geochemical anomaly associated with a geological fault.
По выявленным трассерам устанавливают динамику водных масс по глубине установки зонда 18. По концентрационным полям парамагнитных примесей определяют степень загрязнения техногенного характера.The identified tracers establish the dynamics of water masses along the depth of the probe installation 18. The degree of pollution of anthropogenic nature is determined by the concentration fields of paramagnetic impurities.
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
Показания измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав первого 1, второго 2 и третьего 3 наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, автоматически в режиме реального времени считываются в устройство считывания первичных данных 4, в котором эти данные хранятся и периодически обновляются. При этом каждому измерительному датчику и комплексному измерительному устройству, входящему в первый 1, второй 2 и третий 3 наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, соответствует свой адрес в устройстве считывания первичных данных 4. В процессе выполнения измерений на ходу судна в третий набор измерительных датчиков 3 из устройства забора забортной воды 12, расположенного в контейнере вместе с первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1, автоматически постоянно на ходу судна по водопроводу 14 поступает забортная морская вода, которая используется измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами, входящими в третий набор 3, для анализа содержания в ней различных веществ. Сведения о месте нахождения судна поступают из устройства определения координат судна 6 в устройство управления 5, в которое одновременно из устройства определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 поступает информация о координатах луча сканирования водной поверхности измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли. Координаты луча сканирования определяются следующим образом. В устройстве определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 хранятся данные о параметрах движения искусственных спутников Земли. В момент времени, когда сигнал, передаваемый со спутника, попадает в область уверенного приема спутникового сигнала устройством приема спутниковой информации 7, расположенным на судне, из устройства приема спутниковой информации 7 в устройство определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 поступают сигналы, соответствующие началу приема каждой строки сканирования. В устройстве определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 на основании этих данных и параметров движения искусственных спутников Земли автоматически для каждого момента времени определяются координаты луча сканирования водной поверхности Земли, которые затем и поступают в устройство управления 5. Одновременно, начиная с момента начала приема, в устройство хранения спутниковой информации 9 поступают данные из устройства приема спутниковой информации 7. В устройстве управления 5 упомянутые координаты сравниваются и, в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств спутника и устройства определения координат судна 6, из устройства управления 5 в устройство считывания первичных данных 4 автоматически передаются упомянутые координаты и команда, по которой данные, соответствующие показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав первого 1, второго 2 и третьего 3 наборов, считываются из устройства считывания первичных данных 4 и записываются в устройство памяти 10 по адресам, соответствующим номерам измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в которое одновременно записываются совпавшие координаты судна и координаты луча сканирования водной поверхности измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли. Затем эти данные передаются в устройство корректировки спутниковой информации и хранения океанографических характеристик 11, в которое также из устройства хранения спутниковой информации 9 поступает спутниковая информация и соответствующие каждому пикселю координаты луча сканирования водной поверхности Земли, в которое, в свою очередь, из устройства определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 поступают текущие значения координат луча сканирования. В устройстве корректировки спутниковой информации и хранения океанографических характеристик 11 сопоставляются спутниковые данные и результаты измерений, полученные измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами, входящими в состав первого 1, второго 2 и третьего 3 наборов, в момент совпадения координат судна и луча сканирования. По результатам сопоставления определяются градуировочные коэффициенты, которые используются для корректировки полученной со спутника информации. По специальным алгоритмам и математическим программам с учетом гидрометеорологических условий проведения подспутниковых измерений и параметров атмосферы производится автоматическая корректировка спутниковой информации в отношении каждого пикселя для всех пикселей, составляющих спутниковую информацию, по которым определяются океанографические характеристики и строятся их пространственные распределения (океанографические поля). Устройство памяти 10, устройство хранения спутниковой информации 9, устройство управления 5, устройство определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8, устройство корректировки спутниковой информации и хранения океанографических характеристик 11 могут быть реализованы на базе стандартной ЭВМ.The readings of measuring sensors and complex measuring devices that are part of the first 1, second 2 and third 3 sets of measuring sensors and complex measuring devices are automatically read in real time into a primary data reader 4 in which these data are stored and periodically updated. At the same time, each measuring sensor and complex measuring device included in the first 1, second 2 and third 3 sets of measuring sensors and complex measuring devices, has its own address in the primary data reader 4. In the process of taking measurements on the ship in the third set of measuring sensors 3 from the seawater intake device 12 located in the container together with the first set of measuring sensors and complex measuring devices 1, automatically constantly on the go about the water supply 14 comes sea water, which is used by measuring sensors and complex measuring devices included in the third set 3, to analyze the content of various substances in it. Information about the location of the vessel comes from the device for determining the coordinates of the vessel 6 to the control device 5, which simultaneously receives information about the coordinates of the beam of the scan of the water surface by measuring sensors and complex measuring devices of the artificial Earth satellite from the device for determining the coordinates of the scanning beam by an artificial Earth satellite. The coordinates of the scanning beam are defined as follows. The device for determining the coordinates of the scanning beam by an artificial Earth satellite 8 stores data on the motion parameters of the artificial Earth satellites. At the time when the signal transmitted from the satellite falls into the region of reliable reception of the satellite signal by the satellite information receiving device 7 located on the vessel, signals corresponding to the beginning of reception are received from the satellite information receiving device 7 to the device for determining the coordinates of the scanning beam by the artificial Earth satellite 8 each scan line. In the device for determining the coordinates of the scanning beam by the artificial Earth satellite 8, based on these data and the motion parameters of the artificial Earth satellites, the coordinates of the scanning beam of the Earth’s surface are automatically determined for each moment of time, which then enter the control device 5. At the same time, starting from the moment of reception, data from the device for receiving satellite information 7 is received in the device for storing satellite information 9; in the control device 5, the mentioned coordinates are compared and, if they coincide within the spatial resolution of the measuring sensors and complex measuring devices of the satellite and the device for determining the coordinates of the vessel 6, from the control device 5 to the primary data reader 4, the mentioned coordinates and a command are automatically transmitted, according to which the data corresponding to the readings sensors and complex measuring devices that are part of the first 1, second 2 and third 3 sets are read from the primary reader x 4, and data are written in the memory unit 10 at addresses corresponding to the number of measuring sensors and complex measuring devices, which are recorded simultaneously matched the coordinate position of the vessel and the aqueous beam scanning surface measuring sensors and measuring devices integrated satellite. Then this data is transmitted to the device for correcting satellite information and storing oceanographic characteristics 11, which also receives satellite information from the satellite information storage device 9 and the coordinates of the scanning beam of the Earth’s water surface corresponding to each pixel, to which, in turn, from the device for determining the coordinates of the beam scanning artificial Earth satellite 8 receives the current coordinate values of the scanning beam. In the device for adjusting satellite information and storing oceanographic characteristics 11, satellite data and measurement results obtained by measuring sensors and complex measuring devices that are part of the first 1, second 2 and third 3 sets are compared at the moment the coordinates of the vessel and the scanning beam coincide. Based on the results of the comparison, calibration coefficients are determined, which are used to correct the information received from the satellite. Using special algorithms and mathematical programs, taking into account the hydrometeorological conditions for satellite measurements and atmospheric parameters, satellite information is automatically adjusted for each pixel for all pixels that make up satellite information, which are used to determine oceanographic characteristics and construct their spatial distributions (oceanographic fields). A memory device 10, a storage device for satellite information 9, a control device 5, a device for determining the coordinates of a scanning beam by an artificial Earth satellite 8, a device for correcting satellite information and storing oceanographic characteristics 11 can be implemented on the basis of a standard computer.
Аппаратура спутниковых измерений дополнительно содержит лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, что обеспечивает выполнить топографическую и батиметрическую съемку.The satellite measurement equipment additionally contains a lidar containing a red and green laser, which provides topographic and bathymetric surveys.
Батиметрическая съемка выполняется также посредством многолучевого эхолота и гидролокатора бокового обзора с обнаружением подводных объектов. Дополнительно введенный еще один набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 17, состоящих из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде в сочетании с соответствующим программным обеспечением позволяет выполнять автоматизированные измерения вертикальных профилей следующих параметров состояния водных масс и морских экосистем: растворенный метан CH4, растворенный кислород О2, % насыщения воды кислородом О2, водородный показатель pH, соленость воды S, температура воды, прозрачность воды, концентрация хлорофилла, содержание нитратов, содержание взвеси, парамагнитных примесей, растворенный углекислый газ СО2, а также выполнять автоматизированные измерения вертикальных профилей следующих параметров, играющих ключевую роль в переносе загрязнений: зональная компонента скорости течения U, меридиональная компонента скорости течения V, амплитуда поверхностных морских волн, длина поверхностных волн, направление распространения поверхностных волн.A bathymetric survey is also performed using a multi-beam echo sounder and side-scan sonar with the detection of underwater objects. Additionally introduced another set of measuring sensors and complex measuring devices 17, consisting of meters for vertical profiles of dissolved methane, nitrate content of alpha, beta and gamma radioactivity, zonal and meridional components of the flow velocity, sound velocity in sea water in combination with the corresponding software the software allows automated measurements of vertical profiles of the following parameters of the state of water masses and marine ecosystems: dissolved methane CH 4 , sol boiled oxygen О 2 ,% saturation of water with oxygen О 2 , hydrogen pH, water salinity S, water temperature, water transparency, chlorophyll concentration, nitrate content, suspension, paramagnetic impurities, dissolved carbon dioxide CO 2 , as well as to perform automated measurements of vertical profiles of the following parameters that play a key role in the transfer of pollution: the zonal component of the current velocity U, the meridional component of the current velocity V, the amplitude of the surface sea waves, the length of the surface wave, direction of propagation of surface waves.
Исходными данными для получения параметров волнения являются измерения давления в месте расположения прибора. Давление меняется в соответствии с изменениями расстояния между водной поверхностью и прибором. Когда расстояние увеличивается, давление также увеличивается. Когда расстояние уменьшается, давление также уменьшается.The initial data for obtaining the parameters of the waves are pressure measurements at the location of the device. The pressure changes in accordance with changes in the distance between the water surface and the device. When the distance increases, the pressure also increases. When the distance decreases, the pressure also decreases.
Параметры волны рассчитываются на основании, полученных волнограмм, содержащих 2N измерений, где N=7, 8 …, 12. Давление измеряется при частоте 2 Гц так, чтобы длительность волновых записей варьировалась от 64 с до 2048 с.The wave parameters are calculated based on the obtained waveograms containing 2 N measurements, where N = 7, 8 ..., 12. The pressure is measured at a frequency of 2 Hz so that the duration of the wave recordings varies from 64 s to 2048 s.
Так как волновое движение на поверхности моря вызывает динамическое изменение давления, которое может быть измерено с помощью датчика давления, расположенного в зонде, размещенном между дном и поверхностью моря, и так как при этом магнитуда наблюдаемого динамического давления зависит от периода волн на поверхности и глубины нахождения зонда, то спектр мощности корректируется перед расчетом волновых параметров на разницу между действительным динамическим давлением и динамическим давлением, наблюдаемым в точке установки зонда.Since the wave motion on the surface of the sea causes a dynamic change in pressure, which can be measured using a pressure sensor located in a probe located between the bottom and the sea surface, and since the magnitude of the observed dynamic pressure depends on the period of the waves on the surface and the depth of the probe, the power spectrum is corrected before calculating the wave parameters for the difference between the actual dynamic pressure and the dynamic pressure observed at the point of installation of the probe.
По зарегистрированным датчиком давления значениям спектра мощности рассчитываются.According to the registered pressure sensor, the values of the power spectrum are calculated.
Средняя высота первой трети самых высоких волн в волнограмме:The average height of the first third of the highest waves in the waveogram:
где m0 - момент нулевого порядка (
Максимальная высота волны: 
Среднее значение периода пересечения нулевой поверхности определяется как длина записи волнограммы, разделенная на количество пересечений в записи волнограммы:The average value of the intersection period of the zero surface is defined as the length of the waveogram record, divided by the number of intersections in the waveogram record:
Период спектрального максимума TWp: TW=1/fWp, где fWp - частота пика волнового спектра.The period of the spectral maximum T Wp : T W = 1 / f Wp , where f Wp is the frequency of the peak of the wave spectrum.
Среднее значение волнового периода Tm01: Tm01=m0/m1.The average value of the wave period T m01 : Tm 01 = m 0 / m 1 .
Период энергетического максимума Tm-10=m-1/m0.The period of the energy maximum T m-10 = m -1 / m 0 .
Мощность волны J=0,49hm0 Tm-10.Wave power J = 0.49h m0 T m-10 .
Пиковость спектра Qp: 
где S(fi) - компонент волнового спектра при этой частоте, fi - специфическая частота. Крутизна волны ξ: ξ=2πh/gT2.where S ( fi ) is the component of the wave spectrum at this frequency, f i is the specific frequency. The steepness of the wave ξ: ξ = 2πh / gT 2 .
Промышленная реализация предлагаемого способа определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и системы определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик для реализации способа технической сложности не представляет, так как средства измерения имеют промышленную применимость.The industrial implementation of the proposed method for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics and the system for determining and constructing the spatial distribution of oceanographic characteristics does not present technical complexity, since the measuring instruments have industrial applicability.
Источники информации.Information sources.
1. Патент US №5209112.1. US patent No. 5209112.
2. Дистанционное зондирование моря с учетом атмосферы./Под ред. В.А. Урденко и Г. Циммермана. Сб. статей, Выпуск института Космических исследований АН ГДР, Москва-Берлин-Севастополь, 1985 г., стр. 6-19.2. Remote sensing of the sea, taking into account the atmosphere. / Ed. V.A. Urdenko and G. Zimmerman. Sat articles, Issue of the Space Research Institute of the Academy of Sciences of the German Democratic Republic, Moscow-Berlin-Sevastopol, 1985, pp. 6-19.
3. Патент RU №2156958 С1, 27.09.2000.3. Patent RU No. 2156958 C1, 09.27.2000.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014119480/28A RU2556289C1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | Method of determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics and system for determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014119480/28A RU2556289C1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | Method of determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics and system for determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2556289C1 true RU2556289C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014119480/28A RU2556289C1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | Method of determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics and system for determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2556289C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2753651C1 (en) * | 2021-01-11 | 2021-08-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Autonomous underwater fluorimeter probe |
| RU2775203C1 (en) * | 2021-05-06 | 2022-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ) | Method for predicting and estimating the maximum energy and length of surface waves generated by a cyclone |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5209112A (en) * | 1991-02-28 | 1993-05-11 | Battelle Memorial Institute | Expendable oceanographic sensor apparatus |
| RU2156958C1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-09-27 | Матюшенко Владимир Алексеевич | Method of determination and construction of spatial distribution of oceanographic characteristics and system for its realization |
| RU2282217C1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-08-20 | Александр Александрович Парамонов | Method of determining comprehensive data on ocean condition |
| RU2304794C2 (en) * | 2005-11-01 | 2007-08-20 | Александр Николаевич Добротворский | Mode of hydrometeorologoacouctic observation over an area of water |
-
2014
- 2014-05-14 RU RU2014119480/28A patent/RU2556289C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5209112A (en) * | 1991-02-28 | 1993-05-11 | Battelle Memorial Institute | Expendable oceanographic sensor apparatus |
| RU2156958C1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-09-27 | Матюшенко Владимир Алексеевич | Method of determination and construction of spatial distribution of oceanographic characteristics and system for its realization |
| RU2282217C1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-08-20 | Александр Александрович Парамонов | Method of determining comprehensive data on ocean condition |
| RU2304794C2 (en) * | 2005-11-01 | 2007-08-20 | Александр Николаевич Добротворский | Mode of hydrometeorologoacouctic observation over an area of water |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Пелевин В.Н. Исследование морей России дистанционными средствами с судов и космических носителей: оценка экологического состояния вод / Информационный бюллетень РФФИ, 1998, т.6, N 5. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2753651C1 (en) * | 2021-01-11 | 2021-08-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Autonomous underwater fluorimeter probe |
| RU2775203C1 (en) * | 2021-05-06 | 2022-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ) | Method for predicting and estimating the maximum energy and length of surface waves generated by a cyclone |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110609287B (en) | Double-frequency radar scatterometer and method for simultaneously measuring sea surface wind field and flow field | |
| Penna et al. | Sea surface height measurement using a GNSS wave glider | |
| RU2426149C1 (en) | Sonar location complex | |
| CN111854704A (en) | Marine geophysical comprehensive survey system | |
| CN102927984B (en) | Method of eliminating influence of carrier magnetizing field on geomagnetic measurement | |
| Plets et al. | Marine geophysics data acquisition, processing and interpretation | |
| CN104268848A (en) | Ocean internal wave velocity monitoring method | |
| CN107703501A (en) | A kind of device for calibrating multibeam sonar depth measurement and resolution ratio | |
| Kearns et al. | Bathymetry-The art and science of seafloor modeling for modern applications | |
| Send et al. | A global boundary current circulation observing network | |
| CN104613893B (en) | A kind of method that utilization remote sensing images measure the bed ripples depth of water | |
| RU2456644C2 (en) | Geochemical exploration method | |
| RU2436134C1 (en) | Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean | |
| RU2556289C1 (en) | Method of determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics and system for determining and constructing spatial distribution of oceanographic characteristics | |
| RU2478059C1 (en) | Mobile sea vessel for underwater research | |
| Zhidkova et al. | The research of waters eutrophication of the gulf of Taganrog of the Sea of Azov for ecological monitoring purposes | |
| RU2374667C1 (en) | Method of geochemical survey | |
| RU2348950C1 (en) | Underwater observatory | |
| Yu et al. | Analysis of the natural electric field at different sea depths | |
| RU2525644C2 (en) | Method of geochemical exploration | |
| RU2513630C1 (en) | Method of geochemical prospecting for geoecological monitoring of offshore oil-and-gas-bearing zones | |
| Grear et al. | Quantifying background magnetic fields at marine energy sites: challenges and recommendations | |
| RU2546784C2 (en) | Underwater observatory | |
| RU2156958C1 (en) | Method of determination and construction of spatial distribution of oceanographic characteristics and system for its realization | |
| RU2559338C1 (en) | Method of determining and building spatial distribution of oceanographic characteristics and system for thereof realisation |