RU2635332C1 - Method of determining state of ice cover - Google Patents

Method of determining state of ice cover Download PDF

Info

Publication number
RU2635332C1
RU2635332C1 RU2016122581A RU2016122581A RU2635332C1 RU 2635332 C1 RU2635332 C1 RU 2635332C1 RU 2016122581 A RU2016122581 A RU 2016122581A RU 2016122581 A RU2016122581 A RU 2016122581A RU 2635332 C1 RU2635332 C1 RU 2635332C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
images
image
floes
thickness
Prior art date
Application number
RU2016122581A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Чернявец
Original Assignee
Владимир Васильевич Чернявец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Васильевич Чернявец filed Critical Владимир Васильевич Чернявец
Priority to RU2016122581A priority Critical patent/RU2635332C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2635332C1 publication Critical patent/RU2635332C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30—Assessment of water resources

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: using a digital camera and underwater video camera, placed respectively at drones and autonomous SONOBOT machine, they get an image of ice floes. They interpret and analyze the produced images. Doing that they specify the thickness of the ice floes, the strength properties of each ice floe and also identify ice floes which show a hazard to the business-specific offshore facility, with the subsequent ranking of ice floes by their destructive force. In addition, they determine the direction and velocity of ice floe drift based on the displacement of images at a given time interval, mark the ice floes according to the degree of their destructive force, taking into account the strength properties of the business-specific offshore facility.
EFFECT: expansion of functionality, reduction of labour costs.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для малых величин толщины льда, как со стационарных морских сооружений, так и с подвижных морских судов и аппаратов.The invention relates to the field of measurement technology and can be used for small ice thicknesses, both from stationary offshore structures and from mobile sea vessels and vehicles.

Известно устройство, реализующее способ определения толщины льда, содержащее полую цилиндрическую герметичную эластичную оболочку, заполненную незамерзающей рабочей средой под давлением выше атмосферного и соединенную полостью с манометром (патент RU №2422736 С1, 27.06.2011 [1]), в котором в период льдообразования измеряют давление в полости эластичной оболочки посредством манометра и на основе тарировочного графика, построенного по результатам измерения давления, определяют толщину льда.A device is known that implements a method for determining the thickness of ice, containing a hollow cylindrical sealed elastic shell filled with a non-freezing working medium under atmospheric pressure and connected by a cavity with a manometer (patent RU No. 2422736 C1, 06/27/2011 [1]), in which they measure during ice formation the pressure in the cavity of the elastic shell by means of a pressure gauge and on the basis of the calibration graph, constructed according to the results of pressure measurement, determine the thickness of the ice.

Недостатком этого известного устройства можно считать узкую функциональную возможность, связанную с построением тарировочного графика в зависимости от диапазона изменения толщины льда.The disadvantage of this known device can be considered a narrow functionality associated with the construction of the calibration schedule depending on the range of changes in the thickness of the ice.

Известно также устройство для определения толщины льда (патент RU 2495369 С1, 10.10.2013 [2]), содержащее микроволновой генератор, полый диэлектрический цилиндр, полую цилиндрическую герметичную эластичную оболочку и измеритель амплитудно-частотных характеристик. Принцип действия этого устройства заключается в возбуждении электромагнитных колебаний в металлическом резонаторе (резонатор размещен в цилиндрическом цилиндре) с диафрагмой в виде одной из торцевых стенок и воздействии рабочей средой эластичной оболочки на диафрагму резонатора. В данном устройстве измерение собственно резонансной частоты резонатора дает возможность определить толщину льда.It is also known a device for determining the thickness of ice (patent RU 2495369 C1, 10.10.2013 [2]), containing a microwave generator, a hollow dielectric cylinder, a hollow cylindrical sealed elastic shell and a meter of amplitude-frequency characteristics. The principle of operation of this device is to excite electromagnetic oscillations in a metal resonator (the resonator is placed in a cylindrical cylinder) with a diaphragm in the form of one of the end walls and the action of the elastic medium on the cavity diaphragm by the working medium. In this device, the measurement of the resonant frequency of the resonator itself makes it possible to determine the thickness of the ice.

Недостатком этого устройства является низкая чувствительность при изменении толщины в малых значениях. Таким же недостатком обладают и известные технические решения (патент RU №2323131 С1, 27.04.2008 [3], патент на полезную модель RU №143181 U1, 20.07.2014 [4], патент GB №2123563 А, 01.02.1984 [5], заявка WO №2012005635 А1, 12.01.2012 [6]).The disadvantage of this device is the low sensitivity when changing thickness in small values. The well-known technical solutions also have the same drawback (RU patent No. 2323131 C1, 04/27/2008 [3], utility model patent RU No. 143181 U1, 07/20/2014 [4], GB patent No. 2,123,563 A, 02/01/1984 [5] Application WO No. 2012005635 A1, January 12, 2012 [6]).

Техническим результатом известного технического решения (патент RU №2567449 С1, 10.11.2015 [7]) является повышение чувствительности измерения, что достигается тем, что в устройство для измерения малых величин толщины льда, содержащее микроволновый генератор и полую цилиндрическую герметичную эластичную оболочку, введены волноводная детекторная головка с поршнем, гидроцилиндр поступательного движения и измеритель амплитуды, причем вход измерителя амплитуды соединен с первым плечом волноводной детекторной головки с поршнем, второе плечо которого подключено к выходу микроволнового генератора, третье плечо волноводной детекторной головки с поршнем соединено с выходом гидроцилиндра поступательного движения, вход гидроцилиндра поступательного движения подключен к полой цилиндрической герметичной эластичной оболочке.The technical result of the known technical solution (patent RU No. 2567449 C1, 11/10/2015 [7]) is to increase the measurement sensitivity, which is achieved by the fact that a waveguide waveguide is introduced into the device for measuring small ice thicknesses containing a microwave generator and a hollow cylindrical sealed elastic shell a detector head with a piston, a translational hydraulic cylinder and an amplitude meter, wherein the input of the amplitude meter is connected to the first arm of the waveguide detector head with a piston, the second arm of which connected to the output of the microwave generator, a third arm waveguide of the detector head with a piston connected to the output of translational motion of the hydraulic cylinder, the hydraulic cylinder forward movement input is connected to a hollow cylindrical airtight elastic membrane.

Сущность известного изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что продедектированный выходной сигнал волноводной детекторной головки с поршнем, сформированный в результате взаимодействия микроволнового сигнала с поршнем при его перемещении из-за воздействия на него штока гидроцилиндра после обжатия эластичной оболочки образованным на поверхности воды льдом, дает возможность измерить толщину льда [7].The essence of the known invention, characterized by a combination of the above features, is that the detected output signal of the waveguide detector head with the piston, formed as a result of the interaction of the microwave signal with the piston during its movement due to the action of the hydraulic cylinder rod after compression of the elastic shell formed on the surface water with ice, makes it possible to measure the thickness of the ice [7].

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения толщины льда на основе использования продедектированного выходного сигнала волноводной детекторной головки с поршнем, возникающего при взаимодействии микроволнового сигнала с поршнем при перемещении штока гидроцилиндра и обжатии эластичной оболочки с желаемым техническим результатом, т.е. повышением чувствительности измерения толщины льда.The presence in the inventive device of the totality of the listed existing features allows us to solve the problem of measuring the ice thickness based on the use of the detected output signal of the waveguide detector head with the piston that occurs when the microwave signal interacts with the piston when moving the hydraulic cylinder rod and compressing the elastic shell with the desired technical result, i.e. increasing the sensitivity of measuring the thickness of the ice.

Однако известное техническое решение при его практической реализации имеет ограничения, связанные с прочностными характеристиками льда и скоростью движения ледовых полей, что при неблагоприятных условиях может привести к выходу из строя устройства измерения толщины льда.However, the known technical solution in its practical implementation has limitations associated with the strength characteristics of the ice and the speed of movement of the ice fields, which under adverse conditions can lead to failure of the device for measuring the thickness of the ice.

Известны также акустико-гидростатические способы измерения толщины погруженной части льда, который содержит измерение высоты водяного столба, измеряемого датчиком забортного давления, и измерение расстояния до нижней поверхности льда, определяемое эхолотом. Толщина льда при этом есть разность измеренной высоты столба и оценки расстояния до нижней поверхности льда (А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства», СПб., изд. «ЛЭТИ», 2009 г., с. 123-170 [8]). Основным недостатком этого способа является недостаточная точность измерения, которая определяется низкой точностью гидростатического измерителя, зависящей от знания атмосферного давления на момент измерения, и точностью измерения эхолотом, показания которого зависят от точности измерения скорости звука. Скорость звука может быть измерена на глубине движения, а по трассе распространения сигнала и, особенно, в районе, близком к кромке льда, измерить ее практически невозможно.Acousto-hydrostatic methods are also known for measuring the thickness of the submerged portion of ice, which comprises measuring the height of the water column measured by the overboard pressure sensor and measuring the distance to the bottom surface of the ice, determined by an echo sounder. The ice thickness in this case is the difference between the measured column height and the estimate of the distance to the lower surface of the ice (A.V. Bogorodsky, D. B. Ostrovsky, “Hydroacoustic navigation and search and survey means”, St. Petersburg, published by “LETI”, 2009 , pp. 123-170 [8]). The main disadvantage of this method is the lack of measurement accuracy, which is determined by the low accuracy of the hydrostatic meter, which depends on the knowledge of atmospheric pressure at the time of measurement, and the accuracy of the sonar, the readings of which depend on the accuracy of measurement of sound speed. The speed of sound can be measured at a depth of movement, and along the signal propagation path, and especially in the area close to the ice edge, it is practically impossible to measure.

Для измерения толщины молодого морского льда используются преимущественно чисто акустические способы измерения.Purely acoustic methods of measurement are mainly used to measure the thickness of young sea ice.

Известен способ измерения толщины льда с использованием параметрического излучения. Нелинейное взаимодействие в воде сигналов 2-х частот приводит к возникновению разностной частоты, на которой и измеряется толщина льда. Характеристики направленности имеют практически такую же ширину, как и на исходных частотах накачки. Практическая реализация эхо-ледомера на параметрическом методе излучения столкнулась с рядом технических и технологических трудностей, присущих параметрическому методу, которые не позволили обеспечить требуемую точность измерения во всем диапазоне толщин льда, тем более на дистанции упреждения.A known method of measuring the thickness of the ice using parametric radiation. Nonlinear interaction in water of signals of 2 frequencies leads to the appearance of a difference frequency at which the thickness of ice is measured. Directivity characteristics are almost the same width as at the initial pump frequencies. The practical implementation of the echo ice meter using the parametric radiation method has encountered a number of technical and technological difficulties inherent in the parametric method, which have not made it possible to provide the required measurement accuracy over the entire range of ice thicknesses, especially at a lead distance.

В настоящее время для измерения толщины льда используются гидроакустические эхо-ледомеры (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. - СПб.: Наука, 2004 г., с. 127-142 [9]).At present, sonar echo-ice gauges are used to measure the thickness of ice (Yu.A. Koryakin, S. A. Smirnov, G. V. Yakovlev. Ship sonar equipment. - St. Petersburg: Nauka, 2004, p. 127-142 [9]).

Гидроакустический эхо-ледомер свободен от недостатков акусто-гидростатического, так как его показания не зависят от абсолютного гидростатического давления. Гидроакустический эхо-ледомер состоит из высокочастотного канала, который содержит генератор, антенну, приемник и измеритель расстояния, низкочастотного канала, содержащего генератор, антенну, приемник и измеритель расстояния, индикатор и блок измерения толщины льда. Зондирующий импульс с высокочастотной несущей отражается от нижней поверхности льда, а сигнал низкочастотной несущей - от его верхней поверхности. Физической основой этого эффекта служит аномально большое затухание акустической энергии в кристаллической структуре молодого льда, обнаруженное во время изучения его акустических свойств. При очень низких частотах порядка 1 кГц затухание сигнала в толще льда небольшое, при частотах выше 100 кГц затухание настолько сильное, что эхо-сигнал формируется только самым нижним слоем льда. (В.В. Богородский, Г.Е. Смирнов, С.А. Смирнов. «Поглощение и рассеяние звуковых волн морским льдом». Труды ААНИИ. Л., 1975 г., с. 128-134 [10]).The hydroacoustic echo-ice meter is free from acousto-hydrostatic imperfections, since its readings are independent of absolute hydrostatic pressure. The hydroacoustic echo-ice meter consists of a high-frequency channel, which contains a generator, an antenna, a receiver and a distance meter, a low-frequency channel, which contains a generator, an antenna, a receiver and a distance meter, an indicator, and an ice thickness measuring unit. A probe pulse with a high-frequency carrier is reflected from the lower surface of the ice, and a signal of a low-frequency carrier is reflected from its upper surface. The physical basis of this effect is the abnormally large attenuation of acoustic energy in the crystalline structure of young ice, discovered during the study of its acoustic properties. At very low frequencies of the order of 1 kHz, the signal attenuation in the ice thickness is small; at frequencies above 100 kHz, the attenuation is so strong that an echo signal is generated only by the lowest layer of ice. (VV Bogorodsky, G. E. Smirnov, S. A. Smirnov. “Absorption and scattering of sound waves by sea ice.” Proceedings of the AARI. L., 1975, p. 128-134 [10]).

При толщине льда меньше 0,5 м, что соответствует молодому льду, точность измерения толщины льда таким способом недостаточна для решения практических задач при измерении по курсу движения. Кроме того, этот способ требует участия оператора для ручной отработки результатов.When the ice thickness is less than 0.5 m, which corresponds to young ice, the accuracy of measuring the ice thickness in this way is insufficient to solve practical problems when measuring at the heading. In addition, this method requires the participation of the operator for manual processing of the results.

В известном также техническом решении (патент RU №2559159 С1, 10.08.2015 [11]) технический результат изобретения заключается в обеспечении дистанционного измерения толщины льда впереди по курсу движения подводного гидролокатора с упреждением.In the known technical solution (patent RU No. 2559159 C1, 08/10/2015 [11]), the technical result of the invention is to provide remote measurement of the thickness of the ice ahead in advance of the underwater sonar.

Для обеспечения заявленного технического результата в известный способ измерения толщины льда [11], содержащий излучение из подводного положения носителя в направлении льда высокочастотных зондирующих сигналов, прием отраженных ото льда сигналов, введены новые признаки, а именно излучение зондирующих высокочастотных сигналов производят в направлении по ходу движения носителя, измеряют глубину погружения Н носителя, принимают отраженные от кромки льда эхо-сигналы веером узконаправленных характеристик в горизонтальной плоскости в диапазоне передней полусферы, производят последовательный набор временных реализаций по всем пространственным характеристикам направленности, последовательное аналого-цифровое преобразование сигнала, последовательную когерентную обработку, производят измерение уровня помехи по первому циклу набора как среднее значение всех амплитудных составляющих по всем пространственным каналам Апом, производят выбор порога, по каждому пространственному каналу определяют амплитуды эхо-сигнала превысившего порог, измеряют амплитуды эхо-сигнала Аэхо, измеряют номера пространственных каналов, в которых произошло превышение сигнала над порогом, определяют дистанции до кромки льда Д по каждому пространственному каналу, по измеренной глубине погружения Н и измеренной дистанции Д, определяют угол отражения эхо-сигнала как Q°=arcsinH/Д, выбирают эхо-сигналы, которые имеют угол отражения в диапазоне 10°-30° и принадлежат тем характеристикам направленности в горизонтальной плоскости, которые отстоят от направления движения на угол не больше 30°, определяют коэффициент контраста S(Q) по формуле S(Q)=Aэxo/Aвод, а толщину льда Тльда определяют по формуле Тльда=S(Q)70к, где к - поправочный коэффициент, связанный с особенностями калибровки аппаратуры, Авод амплитуда отражения от поверхности воды для глубины Н, которая определяется по формуле Авод=20Апом-(Н-100)0,05.To ensure the claimed technical result, in the known method for measuring the thickness of ice [11], containing radiation from the submerged position of the carrier in the ice direction of high-frequency sounding signals, receiving signals reflected from ice, new features are introduced, namely, the radiation of sounding high-frequency signals is produced in the direction of travel of the carrier, measure the immersion depth H of the carrier, receive echoes reflected from the ice edge with a fan of narrowly directed characteristics in the horizontal plane in the front hemisphere, produce a sequential set of temporal implementations for all spatial directional characteristics, sequential analog-to-digital signal conversion, sequential coherent processing, measure the noise level for the first set cycle as the average value of all amplitude components for all spatial channels A p , select a threshold , for each spatial channel, the amplitudes of the echo signal exceeding the threshold are determined, the amplitudes of the echo signal are measured And the echo , measure the numbers of the spatial channels in which the signal exceeded the threshold, determine the distance to the ice edge D for each spatial channel, from the measured immersion depth H and the measured distance D, determine the reflection angle of the echo signal as Q ° = arcsinH / D , choose echoes that have a reflection angle in the range of 10 ° -30 ° and belong to those directivity characteristics in the horizontal plane that are not more than 30 ° from the direction of movement, determine the contrast coefficient S (Q) by the shape e S (Q) = A exo / A waters as ice thickness T of ice is determined by the formula T ice = S (Q) 70k, where k - a correction coefficient associated with the features of the calibration apparatus A water amplitude of the reflection from the water surface to the depth H, which is determined by the formula A water = 20A pom - (H-100) 0.05.

При этом сущность работы предлагаемого способа основана на физических принципах гидроакустического метода, в котором используется зависимость отражательной способности льда от угла падения высокочастотного зондирующего сигнала. Определяется коэффициент контраста, который связан с звукорассеивающими свойствами льда, различающегося степенью шероховатости нижней поверхности по сравнению с отражательной способностью поверхности воды. Значения коэффициента контраста определяются по соотношению эхо-сигналов от исследуемой поверхности льда и сигнала, отраженного от эталонного отражателя, в качестве которого используется поверхность воды, свободная ото льда.Moreover, the essence of the proposed method is based on the physical principles of the hydroacoustic method, which uses the dependence of the reflectivity of ice on the angle of incidence of the high-frequency sounding signal. The contrast coefficient is determined, which is associated with the sound-scattering properties of ice, which differs in the degree of roughness of the lower surface in comparison with the reflectivity of the water surface. The values of the contrast coefficient are determined by the ratio of the echo signals from the studied ice surface and the signal reflected from the reference reflector, which is used as a surface of water free from ice.

Недостатком известного способа является не высокая достоверность ввиду того, что значения коэффициента контраста определяются по соотношению эхо-сигналов от исследуемой поверхности льда и сигнала, отраженного от эталонного отражателя, в качестве которого используется поверхность воды, свободная ото льда, что при наличии плавающего битого льда обеспечить довольно сложно.The disadvantage of this method is not high reliability due to the fact that the values of the contrast coefficient are determined by the ratio of the echo signals from the studied ice surface and the signal reflected from the reference reflector, which is used as a surface of water free from ice, which in the presence of floating broken ice provide pretty hard.

Известен также способ (патент RU №2449326 [12]), включающий определение абсолютной толщины льда и морфографические аномалии подводной части ледяного образования посредством параметрического гидроакустического измерителя путем зондирования ледового образования линейными частотно-модулированными импульсами. Гидролокационный параметрический измеритель размещают в водной среде на поворотной платформе, что позволяет выполнять облучение ледового образования под разными углами вдоль вертикальных (выступающие кили) и горизонтальных плоскостей ледового образования. Полученные изображения ледяного образования визуализируются на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов нижней поверхности льда.There is also a method (patent RU No. 2449326 [12]), which includes determining the absolute thickness of the ice and morphographic anomalies of the underwater part of the ice formation by means of a parametric hydroacoustic meter by sensing the ice formation by linear frequency-modulated pulses. A sonar parametric meter is placed in an aqueous medium on a turntable, which allows irradiation of the ice formation at different angles along the vertical (protruding keels) and horizontal planes of the ice formation. The obtained images of the ice formation are visualized on the monitor in the polar coordinate system in the form of graphic bmp-format files containing images of the results of the lower ice surface.

К недостаткам данного способа-аналога следует отнести низкую производительность при определении абсолютной толщины льда вследствие использования однолучевого гидролокатора, а также отсутствие измерителей скорости и направления дрейфа ледового поля. Кроме того, существенным недостатком рассматриваемого способа-аналога является существенная погрешность измерения толщины льда, возникающая из-за вариаций значений скорости звука во льду, которая может меняться в достаточно широких пределах в зависимости от условий образования льда, его возраста, толщины и времени года.The disadvantages of this analogue method include low productivity in determining the absolute thickness of ice due to the use of a single-beam sonar, as well as the lack of speed and direction indicators for the drift of the ice field. In addition, a significant drawback of the analogue method under consideration is the significant error in measuring the thickness of ice, arising from variations in the speed of sound in ice, which can vary over a wide range depending on the conditions of ice formation, its age, thickness and time of year.

Известен способ (патент RU №2444760 [13]), включающий размещение гидроакустической антенны, приемно-излучающего устройства в водной среде для получения картины видимой части исследуемого объекта (кили тористых образований, изометрические морфоструктуры поверхности дна ледового образования), производство экспозиций, которые привязаны к топопланам верхней поверхности льда, получение изображения, которое визуализируется на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов сканирования нижней поверхности льда. Съемку осуществляют с нескольких горизонтов. Гидроакустическую аппаратуру (гидролокатор кругового обзора) размещают на управляемом подводном аппарате, приемно-излучающее устройство размещают на поворотной платформе, имеющей три степени свободы. Изображение получают в трехмерном пространстве с визуализацией полного объема ледяного покрытия и с разбивкой объемов ледяного покрытия по секторам, которые различают по их частотным характеристикам. Оценивают размер этих секторов и расстояние между элементами ледяного поля, расположенными на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.A known method (patent RU No. 2444760 [13]), comprising placing a hydroacoustic antenna, receiving and emitting device in an aqueous medium to obtain a picture of the visible part of the object under study (keels of torous formations, isometric morphostructures of the surface of the bottom of the ice formation), the production of exposures that are tied to topographic maps of the upper ice surface, obtaining an image that is visualized on a monitor in the polar coordinate system in the form of graphic bmp-format files containing images of scan results Bani bottom surface of the ice. Shooting is carried out from several horizons. Hydroacoustic equipment (all-round sonar) is placed on a controlled underwater vehicle, the receiving-emitting device is placed on a turntable with three degrees of freedom. The image is obtained in three-dimensional space with visualization of the total volume of ice cover and with a breakdown of the volume of ice cover by sectors, which are distinguished by their frequency characteristics. The size of these sectors and the distance between the elements of the ice field located at distances shorter than the duration of the probe pulse are estimated.

К недостаткам данного способа следует отнести отсутствие учета скорости и направления дрейфа ледового поля при формировании гидролокационного изображения нижней поверхности дна за несколько циклов зондирования, что может привести к пропускам при обследовании из-за дрейфа ледового поля при работе подводного аппарата вблизи от нижней поверхности льда.The disadvantages of this method include the lack of consideration of the speed and direction of the drift of the ice field during the formation of a sonar image of the bottom surface of the bottom for several sounding cycles, which can lead to omissions during the survey due to drift of the ice field during the operation of the underwater vehicle near the bottom surface of the ice.

Кроме того, существенным недостатком является отсутствие учета данных о скорости звука в водной среде, в результате искажается формируемое гидролокационное изображение нижней поверхности льда, а также возникают ошибки при определении размеров и оценке расстояний между элементами ледового поля.In addition, a significant drawback is the lack of accounting for data on the speed of sound in the aquatic environment, as a result, the generated sonar image of the lower surface of the ice is distorted, and errors arise in determining the size and estimation of the distances between the elements of the ice field.

Недостатком также является отсутствие процедуры классификации принятых гидролокатором эхо-сигналов по классам: граница раздела «вода-воздух» и «вода-лед», что делает не возможным обнаружение ледовых образований небольших размеров на водной поверхности.A disadvantage is the lack of a classification procedure for echo signals received by the sonar according to the classes: water-air and water-ice interface, which makes it impossible to detect small ice formations on the water surface.

Для реализации известного способа требуется погружение и всплытие управляемого подводного аппарата, что требует наличия области на водной поверхности, свободной от льда, и накладывает ограничение на толщину льда при использовании бурового оборудования в случае отсутствия указанной области.To implement the known method requires the immersion and ascent of a controlled underwater vehicle, which requires an area on the water surface free of ice, and imposes a limit on the thickness of the ice when using drilling equipment in the absence of the specified area.

Известен также способ оценки состояния ледового поля (Fissel et al. Improvements in the detection of hazardous sea ice features using upward looking sonar data // Proceedings of Arctic Technology Conference, USA, 3-5 Dec. 2012 [14]), в котором: излучают акустические сигналы в сторону нижней поверхности льда с автономной буйковой станции, принимают отраженные эхо-сигналы, производят оценку среднего значения скорости звука в слое воды между точкой излучения и нижней поверхностью льда, выполняют измерение расстояния от точки излучения до нижней поверхности льда h с учетом известного среднего значения скорости звука в воде, классифицируют принятые эхо-сигналы по классам «вода-воздух» и «вода-лед», измеряют глубину погружения точки излучения Н, измеряют толщину погруженной части льда d как d=H-h, измеряют направление и скорость дрейфа ледового поля, передают полученную информацию по акустическому каналу связи или по кабелю в систему обработки и отображения данных.There is also a method for assessing the state of an ice field (Fissel et al. Improvements in the detection of hazardous sea ice features using upward looking sonar data // Proceedings of Arctic Technology Conference, USA, 3-5 Dec. 2012 [14]), in which: emit acoustic signals towards the lower ice surface from the autonomous buoy station, receive reflected echo signals, estimate the average value of the speed of sound in the water layer between the radiation point and the lower ice surface, measure the distance from the radiation point to the lower ice surface h taking into account the known average sound speed in in Ode, classify the received echoes according to the classes “water-air” and “water-ice”, measure the depth of immersion of the radiation point H, measure the thickness of the submerged part of ice d as d = Hh, measure the direction and speed of drift of the ice field, transmit the received information via an acoustic communication channel or by cable to a data processing and display system.

Существенным недостатком данного способа является его низкая производительность, обусловленная небольшим размером сектора обзора нижней поверхности льда.A significant disadvantage of this method is its low productivity, due to the small size of the viewing sector of the lower surface of the ice.

Угловые размеры характеристики направленности (ХН) гидроакустической приемоизлучающей антенны, используемой в известном способе-прототипе, определяют размеры облучаемого участка нижней поверхности льда - элемента разрешения по пространству, а также сектор обзора, поэтому увеличение угловых размеров ХН с целью расширения сектора обзора нецелесообразно.The angular dimensions of the directivity characteristic (CH) of the hydroacoustic receiving-emitting antenna used in the known prototype method determine the dimensions of the irradiated portion of the lower surface of the ice — the spatial resolution element, as well as the viewing sector, therefore, increasing the angular dimensions of the CN to expand the viewing sector is impractical.

Поскольку ХН гидроакустической приемоизлучающей антенны относительно узкая, то сектор обзора небольшой, и за один цикл зондирования получают только одно значение толщины погруженной части льда в пределах облучаемого участка нижней поверхности льда.Since the CN of the hydroacoustic receiving-emitting antenna is relatively narrow, the field of view is small, and for one probe cycle only one value of the thickness of the submerged part of the ice is obtained within the irradiated area of the lower surface of the ice.

Кроме того, в известном способе ХН гидроакустической приемоизлучающей антенны ориентирована по нормали к плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, без учета возможности наклона оси ХН. Таким образом, участок нижней поверхности льда, обследованный за несколько циклов зондирования, оказывается вытянут вдоль направления движения ледового поля, и имеет небольшие размеры в плоскости, перпендикулярной линии движения ледового поля.In addition, in the known method, the HN of the hydroacoustic receiving-emitting antenna is oriented normal to the plane that coincides with the average level of the water surface in a calm state, without taking into account the possibility of tilting the axis of the HN. Thus, the portion of the lower ice surface, examined over several sounding cycles, is elongated along the direction of movement of the ice field, and has small dimensions in a plane perpendicular to the line of movement of the ice field.

В результате информацию о толщине погруженной части льда получают по лишь ограниченной части ледового поля, в то время как толщина погруженной части льда в необследованной области ледового поля может иметь большие значения, что позволяет классифицировать его как потенциально опасное, например, для буровой платформы.As a result, information about the thickness of the submerged part of ice is obtained from only a limited part of the ice field, while the thickness of the submerged part of ice in the unexplored area of the ice field can be large, which makes it possible to classify it as potentially dangerous, for example, for a drilling platform.

Задачей также известного изобретения (патент RU №2559311 С1, 10.08.2015 [15]) является повышение производительности известного способа оценки состояния ледового поля.The objective of the known invention (patent RU No. 2559311 C1, 08/10/2015 [15]) is to increase the productivity of the known method for assessing the state of an ice field.

При этом технический результат заключается в расширении сектора обзора нижней поверхности льда при сохранении размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого производится оценка погруженной части льда.In this case, the technical result consists in expanding the viewing sector of the lower ice surface while maintaining the dimensions of the spatial resolution element within which the immersed part of the ice is evaluated.

Для обеспечения указанного технического результата в известный способ оценки состояния ледового поля [14], в котором излучают акустические сигналы в сторону нижней поверхности льда с автономной буйковой станции, принимают отраженные эхо-сигналы, производят оценку среднего значения скорости звука в слое воды между точкой излучения и нижней поверхностью льда, выполняют измерение расстояния от точки излучения до нижней поверхности льда h с учетом известного среднего значения скорости звука в воде, классифицируют принятые эхо-сигналы по классам «вода-воздух» и «вода-лед», измеряют глубину погружения точки излучения Н, измеряют толщину погруженной части льда d как d=H-h, измеряют направление и скорость дрейфа ледового поля, передают полученную информацию по акустическому каналу связи или по кабелю в систему обработки и отображения данных.To ensure the specified technical result in a known method for assessing the state of an ice field [14], in which acoustic signals are emitted towards the lower ice surface from an autonomous buoy station, reflected echo signals are received, the average value of the speed of sound in the water layer between the radiation point is estimated, and the lower surface of the ice, measure the distance from the point of radiation to the lower surface of the ice h, taking into account the known average value of the speed of sound in water, classify the received echoes according to assam “water-air” and “water-ice”, measure the immersion depth of the radiation point H, measure the thickness of the immersed part of the ice d as d = Hh, measure the direction and drift velocity of the ice field, transmit the received information via an acoustic communication channel or cable data processing and display system.

Использование последовательного обзора нижней поверхности льда, заключающегося в перемещении формируемой полосы обзора, позволяет расширить сектор обзора, как в плоскости наибольшего размера гидроакустической приемной антенны, так и в плоскости наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны при сохранении размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого производится оценка погруженной части льда, при этом выполнение коррекции угла наклона оси ХН в излучении, а также коррекции углов наклона осей приемных ХН позволяет стабилизировать текущее положение полосы обзора в пространстве для предотвращения пропусков при обзоре.Using a sequential survey of the lower surface of the ice, consisting in moving the formed viewing band, allows you to expand the field of view, both in the plane of the largest size of the hydroacoustic receiving antenna, and in the plane of the largest size of the hydroacoustic emitting antenna, while maintaining the dimensions of the resolution element in space within which the assessment is made submerged part of the ice, while the correction of the angle of inclination of the axis XN in the radiation, as well as the correction of the angles of inclination of the receiving axes HN allows you to stabilize the current position of the span in space to prevent gaps in the review.

Однако известный способ [15] отягощен вычислительными операциями, и его достоверность отягощена необходимостью учета скорости звука и отражением от реверберационных слоев. Кроме того, использование буйковой станции в ледовых условиях, особенно в условиях плавающих ледовых полей, может привести к ее механическим повреждениям.However, the known method [15] is weighed down by computational operations, and its reliability is weighed down by the need to take into account the speed of sound and reflection from the reverberation layers. In addition, the use of a buoy station in ice conditions, especially in floating ice fields, can lead to mechanical damage.

Известен также способ определения состояния ледяного покрова [Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 68-71. [16]), заключающийся в выполнении визуальных ледовых наблюдений с самолетов и вертолетов различных типов с высот 100-600 м. При полетах на этих высотах разрешающая способность человеческого глаза принимается равной 0,1 м на местности, что позволяет наблюдателю определять по характеру поверхности состояния снежного покрова, типу наслоений и торосистых образований, толщине льдин в разломах, размерам и форме снежниц, цветовым оттенкам поверхности льдин, их обломков, дна снежниц все основные характеристики ледяного покрова - положение кромки дрейфующего и неподвижного льдов, сплоченность льда, его возрастной состав, формы, наслоенность и торосистость, стадии таяния, пространства чистой воды среди льдов, высоту и характер снежного покрова, сжатия, загрязненность, количество и формы льдов материкового происхождения. При этом наблюдения выполняются в полосе от 19-20 высот полета (кромки льда, границы зон различной сплоченности) до 2-3 высот (возрастной состав), что объясняется различной достоверностью и возможностью определения тех или иных характеристиках при больших углах визирования. Учитывая ограниченное время пролета каждого участка, совершенно очевидна невозможность переработки наблюдателем всего объема информации. На основании результатов наблюдений составляется рабочая ледовая карта. Способ отягощен существенными случайными и систематическими погрешностями, ограничениями по полосе обзора. Кроме того, при наблюдениях с малых высот непосредственно просматривается только 10-20% обследуемой акватории, что приводит к значительным ошибкам при интерполяции и экстраполяции границ.There is also a method of determining the state of ice cover [Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 68-71. [16]), which consists in performing visual ice observations from airplanes and helicopters of various types from altitudes of 100-600 m. When flying at these altitudes, the resolution of the human eye is assumed to be 0.1 m on the ground, which allows the observer to determine the state of the surface snow cover, the type of layering and hummocking, the thickness of the ice in the faults, the size and shape of the snowfields, the color shades of the surface of the ice, their debris, the bottom of the snowfields all the main characteristics of the ice cover - the position of the edge of drains solid ice, ice solidity, its age composition, shape, layering and hummocking, melting stages, clear water spaces among the ice, the height and nature of the snow cover, compression, pollution, amount and shape of ice of mainland origin. In this case, observations are carried out in the band from 19-20 flight altitudes (ice edges, boundaries of zones of different cohesion) to 2-3 altitudes (age composition), which is explained by different reliability and the possibility of determining certain characteristics at large viewing angles. Given the limited time of flight of each section, it is quite obvious that the observer cannot process the entire amount of information. Based on the results of observations, a working ice map is compiled. The method is burdened by significant random and systematic errors, restrictions on the span. In addition, when observing from low altitudes, only 10-20% of the surveyed water area is directly visible, which leads to significant errors in the interpolation and extrapolation of borders.

Известен также способ аэрофотосъемки морского льда (Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 72-76 [17]) с использованием аэрофотоаппаратов (АФА). Съемка выполняется сериями по площадям или маршрутам.There is also a method of aerial photography of sea ice (Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Alexandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. Science. 2007, pp. 72-76 [17]) using aerial cameras (AFA). Shooting is done in series over areas or routes.

Достоинством данного способа является высокая разрешающая способность, геометрическая определенность снимков, позволяющая воссоздать пространственную модель местности и с высокой степенью точности определить координаты изобразившихся точек местности, а также объективность и однозначность получаемых сведений.The advantage of this method is the high resolution, geometric certainty of the images, which allows you to recreate the spatial model of the area and with a high degree of accuracy to determine the coordinates of the displayed points of the area, as well as the objectivity and uniqueness of the information received.

Недостатком способа является зависимость от метеоусловий и освещенности; большое количество получаемых снимков и сложность их фотохимической и фотограмметрической обработки; ограниченные площади съемки с малых высот; низкая оперативность получения окончательных результатов.The disadvantage of this method is the dependence on weather and light; a large number of images and the complexity of their photochemical and photogrammetric processing; limited shooting areas from low altitudes; low efficiency in obtaining final results.

Известен также способ определения состояния ледяного покрова путем зондирования морских льдов посредством радиолокационных станций с длиной волны 2-3 см (Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 79-88 [18]), установленных на самолетах и судах. При этом состояние льда определяется через эффективную площадь рассеивания. Данный способ позволяет выполнить оперативную оценку состояния ледяного покрытия, в части возрастных стадий льдов и их частной сплоченности по градациям (молодые - однолетние - старые льды). Однако при этом невозможно определение стадий развития однолетних льдов.There is also a method for determining the state of ice cover by sensing sea ice using radar stations with a wavelength of 2-3 cm (Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. et al. St. Petersburg Science. 2007, pp. 79-88 [18]) installed on airplanes and ships. In this case, the state of ice is determined through the effective dispersion area. This method allows you to perform an operational assessment of the state of the ice cover, in terms of age stages of ice and their private cohesion by gradation (young - annual - old ice). However, it is impossible to determine the stages of development of annual ice.

Известны также способы определения ледяного покрова путем зондирования морских льдов с искусственных спутников Земли. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 88-116 [19], авторское свидетельство SU №1788487 [20], заключающиеся в том, что ледяной покров зондируют посредством бортовой аппаратуры спутника (радиолокатор бокового обзора, пассивный микроволновый радиометр, многоканальный сканирующий радиометр с линейным сканированием по сфере или по углу). Для получения достоверной информации, как правило, используют сочетание нескольких приборов, что связано с отрицательной корреляцией интенсивности излучения и рассеяния электромагнитных волн льдом одного и того же возраста на используемых частотах в зимний период года. На изображениях радиолокационных станций старые (двухлетние и многолетние) льды дают сильный рассеянный сигнал, а на изображениях радиометрических приборов - слабое собственное излучение. Молодые и однолетние льды, наоборот, дают слабый рассеянный сигнал и сильное собственное излучение. Именно эта особенность совмещенных изображений при комплексировании данных позволяет распознать однолетний и многолетний льды в период интенсивного летнего таяния, открытую воду на крупных разводьях и полыньях, а также положение кромки льдов при взволнованной открытой водной поверхности.There are also known methods for determining the ice cover by sensing sea ice from artificial Earth satellites. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 88-116 [19], copyright certificate SU No. 1788487 [20], consisting in the fact that the ice cover is probed using satellite on-board equipment (side-scan radar, passive microwave radiometer, multi-channel scanning radiometer with linear scanning by sphere or by angle). To obtain reliable information, as a rule, a combination of several devices is used, which is associated with a negative correlation of radiation intensity and electromagnetic wave scattering by ice of the same age at the frequencies used in the winter season. In the images of radar stations, old (two-year and many-year-old) ices give a strong scattered signal, and in the images of radiometric instruments - a weak intrinsic radiation. Young and annual ice, on the contrary, give a weak scattered signal and strong intrinsic radiation. It is this feature of combined images when combining data that allows recognizing one-year and perennial ice during intense summer melting, open water at large scoops and wormwoods, as well as the position of the edge of the ice with an excited open water surface.

В известном способе определения состояния ледового покрова [20], включающем получение спутниковых радиолокационных снимков и снимков в оптическом диапазоне длин волн, с целью повышения достоверности при определении возраста и сплоченности льда в весенне-осенний период, в момент получения радиолокационных снимков устанавливают наличие облачности теплых фронтальных зон по снимкам в оптическом диапазоне длин волн и, если она имеет место, то проводят повторную радиолокационную съемку в условиях, соответствующих полному изменению метрологических условий в исследуемом районе.In the known method for determining the state of ice cover [20], which includes obtaining satellite radar images and images in the optical wavelength range, in order to increase reliability in determining the age and cohesion of ice in the spring-autumn period, the presence of warm frontal clouds is established at the time of receiving the radar images zones in the images in the optical wavelength range and, if it takes place, then re-radar survey is carried out under conditions corresponding to a complete change in metro ble conditions in the study area.

В известных способах в процедурах картирования применяется метод визуального анализа и интерпретации изображений, включая количественные оценки общей и частной сплоченности льда, а также интерактивного выделения границ ледовых зон с использованием мозаик из разновременных изображений. При этом мозаики формируются из предварительно нормализованных по яркости и трансформированных в стереографическую картографическую проекцию изображений с радиолокационной станции.In known methods, mapping procedures employ a method of visual analysis and interpretation of images, including quantitative estimates of the total and particular cohesion of ice, as well as interactive identification of the boundaries of ice zones using mosaics from multi-temporal images. In this case, mosaics are formed from previously normalized in brightness and transformed into a stereographic cartographic projection images from a radar station.

Основной недостаток радиолокационных станций бокового обзора, заключающийся в том, что разрешение вдоль линии пути ограничивается длиной антенны, что компенсируется применением радиолокаторов с синтезированной апертурой. Однако для идентификации морских льдов и получения устойчивых результатов картирования морских льдов необходимо выбирать различные комбинации поляризаций типа АР, НН, HV, VV, VH при разных диапазонах углов зондирования.The main disadvantage of side-scan radars is that the resolution along the track is limited by the length of the antenna, which is compensated by the use of synthetic aperture radars. However, to identify sea ice and obtain stable results of sea ice mapping, it is necessary to choose different combinations of polarizations like AR, HH, HV, VV, VH at different ranges of sounding angles.

Наиболее важными параметрами морских льдов являются сплоченность, возраст (толщина), размер ледяных полей, размер и ориентация разводий, торосистость, дрейф льда и зоны сжатия/разряжения, стадии таяния и ряд других. Параметры морских льдов по спутниковым радиолокационным изображениям определяются путем дешифрирования. Для обнаружения и опознавания используются такие признаки, как величина обратного рассеяния и текстура, а также структура, размер и форма объектов. Основным прямым дешифровочным признаком является яркость радиолокационного изображения, которая определяется коэффициентом обратного рассеяния воды и морских льдов. На основе различий их обратного рассеяния определяются основные виды льдов. Зависимость удельной эффективной площади рассеяния и тона изображения от вида льда, его форм и шероховатости поверхности делает возможным определение ряда параметров морских льдов.The most important parameters of sea ice are cohesion, age (thickness), size of ice fields, size and orientation of scattered areas, hummockness, ice drift and compression / discharge zones, melting stages and several others. The parameters of sea ice from satellite radar images are determined by decryption. For detection and recognition, features such as the backscatter value and texture, as well as the structure, size and shape of objects are used. The main direct decoding feature is the brightness of the radar image, which is determined by the coefficient of backscattering of water and sea ice. Based on the differences in their backscatter, the main types of ice are determined. The dependence of the specific effective scattering area and image tone on the type of ice, its shape and surface roughness makes it possible to determine a number of parameters of sea ice.

Однако различные виды льдов могут изображаться одинаковым тоном и текстурой. Для их распознания используют дополнительную информацию, такую как гидрометеорологические условия и дрейф льдов в предшествующий съемке период, другие данные дистанционного зондирования, ледовые наблюдения с судов и т.д. Априорные данные о ледовых условиях также накладывают ограничения на возможность появления различных видов льдов в отдельных районах.However, different types of ice can be depicted in the same tone and texture. For their recognition, additional information is used, such as hydrometeorological conditions and ice drift in the previous survey period, other remote sensing data, ice observations from ships, etc. A priori data on ice conditions also impose restrictions on the possibility of the appearance of various types of ice in certain regions.

Обратное рассеяние морских льдов зависит от поляризации, частоты и угла зондирования радиолокатора. На радиолокационных изображениях С-диапазона многие виды льдов изображаются одинаково на различных поляризациях и углах зондирования. Например, для ниласа характерен темный тон изображения; для многолетних льдов - более яркий тон по сравнению с однолетним льдом, а для торосистых по сравнению с ровными льдами. Сигнатуры некоторых других видов льдов и открытой воды могут значительно различаться. Так, значения обратного рассеяния открытой водной поверхности при слабом волнении и тонкого льда на VV-поляризации превышают на 5-7 и 2-3 дБ соответственно значения на НН-поляризации. Для интерпретации PCА-изображений, полученных со спутников типа ERS, RADARSAT, ENVISAT, сигнатуры основных видов морских льдов требуют уточнения с учетом конкретных характеристик этих радиолокаторов. Анализ результатов спутниковых дистанционных зондирований (Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 213-214 [21]) показал, что обнаруживаются наиболее крупные айсберги (диаметром 150 м и более), в то время как большинство из них не идентифицируется. При соответствующих условиях (при удельной эффективной площади рассеяния, больше чем у морского льда и спокойной морской поверхности) возможно обнаружить около половины небольших айсбергов (15-60 м в диаметре), три четверти средних айсбергов (60-120 м). При картировании малых айсбергов по изображениям с РСА появляется большое количество ложных объектов.The backscattering of sea ice depends on the polarization, frequency and sounding angle of the radar. On C-band radar images, many types of ice are represented identically at different polarizations and sensing angles. For example, nilas is characterized by a dark tone of the image; for perennial ice - a brighter tone compared to one-year-old ice, and for humid ice compared to flat ice. Signatures of some other types of ice and open water can vary significantly. So, the values of backscattering of an open water surface during weak waves and thin ice on VV-polarization exceed by 5-7 and 2-3 dB, respectively, values on LV-polarization. For the interpretation of PCA images obtained from satellites such as ERS, RADARSAT, ENVISAT, the signatures of the main types of sea ice require clarification, taking into account the specific characteristics of these radars. Analysis of the results of satellite remote sensing (Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg Science . 2007, pp. 213-214 [21]) showed that the largest icebergs (with a diameter of 150 m or more) are found, while most of them are not identified. Under appropriate conditions (with a specific effective scattering area greater than that of sea ice and a calm sea surface), it is possible to detect about half of small icebergs (15-60 m in diameter), three quarters of medium icebergs (60-120 m). When mapping small icebergs from SAR images, a large number of false objects appear.

При регулярном сборе данных РСА высокого разрешения объем получаемой информации значительно возрастает. И визуальная интерпретация этих изображений, и оценка параметров морских льдов становятся весьма трудоемкими. Алгоритмы определения параметров морских льдов по РСА-изображениям включают Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 216-235 [22] классификацию морских льдов, сплоченность морских льдов, дрейф морских льдов, составление ледовых карт по изображениям в оптическом диапазоне и по РСА-изображениям. Целью классификации является отнесение пикселов РСА-изображения к различным категориям морских льдов. Используемые при этом категории главным образом связаны с возрастными видами льдов и деформацией их поверхности. Толщина льдов не определяется по РСА-изображениям. Корректная классификация является важной предпосылкой для оценки таких параметров морских льдов, как их сплоченность, распределение Польшей и их формы. Классификация включает предварительную обработку изображений, выделение ледовых объектов, вычисление параметров изображений (сегментов), пиксельную или зонную классификацию с использованием набора вычислительных параметров, завершающий этап обработки.With the regular collection of high-resolution SAR data, the amount of information received increases significantly. Both visual interpretation of these images and estimation of sea ice parameters become very laborious. Algorithms for determining sea ice parameters from SAR images include scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 216-235 [22] classification of sea ice, cohesion of sea ice, sea ice drift, compilation of ice maps from images in the optical range and from SAR images. The purpose of the classification is to assign the pixels of a PCA image to various categories of sea ice. The categories used for this are mainly related to age-related types of ice and deformation of their surface. The thickness of the ice is not determined by SAR images. Correct classification is an important prerequisite for assessing parameters of sea ice, such as their cohesion, distribution of Poland and their shape. Classification includes preliminary image processing, allocation of ice objects, calculation of image parameters (segments), pixel or zone classification using a set of computational parameters, the final stage of processing.

Предварительная обработка изображения включает в себя радиометрическую и геометрическую коррекции, фильтрацию, подавление спекл-шума и улучшение контрастности и предназначена для обеспечения относительной или абсолютной калибровки изображений и удаления различных артефактов. При проведении радиометрической калибровки в отдельных случаях необходимо выполнить коррекцию диаграммы направленности антенны, ослабления сигнала по дальности, а также от угла наклона, используя известные параметры РСА. При классификации РСА-изображений с широкой полосой обзора также необходимо учитывать угловую зависимость коэффициента обратного рассеяния морских льдов. Для уменьшения этого эффекта может быть применена нормализация на изменение дальности с использованием эмпирических зависимостей для преобладающего на изображении вида льда. Однако это требует априорных знаний о преобладающем на изображении типе льда и не может полностью компенсировать радиометрические зависимости для других типов поверхностей на изображении.Image pre-processing includes radiometric and geometric corrections, filtering, speckle noise suppression and improved contrast and is intended to provide relative or absolute calibration of images and removal of various artifacts. When performing radiometric calibration in some cases, it is necessary to correct the antenna radiation pattern, attenuation of the signal in range, and also from the angle of inclination, using known parameters of the SAR. When classifying SAR images with a wide field of view, it is also necessary to take into account the angular dependence of the backscattering coefficient of sea ice. To reduce this effect, range normalization can be applied using empirical relationships for the prevailing type of ice in the image. However, this requires a priori knowledge of the type of ice prevailing in the image and cannot fully compensate for the radiometric dependences for other types of surfaces in the image.

При классификации изображения без обучения, имеющей целью выделение различных кластеров в пространстве признаков без их отнесения к заранее выбранным классам льдов, требуется только инвариантность радиолокационной сигнатуры объекта от его расположения в пределах того же изображения.When classifying an image without training, with the aim of distinguishing various clusters in the feature space without assigning them to pre-selected classes of ice, only the invariance of the radar signature of the object from its location within the same image is required.

Сегментация является процессом, который разделяет изображение на составляющие части или объекты. Сегмент представляет собой участок изображения с однородными тоновыми и текстурными свойствами. Сегменты изображения могут соответствовать таким объектам, как поля льда, каналы, полыньи, участки деформационного льда. Известные алгоритмы сегментации предназначены для обнаружения ледяных полей на фоне открытой воды или ледяной каши и распознавания Польшей. Фундаментальной трудностью задачи сегментации является ее существенная размытость и неопределенность.Segmentation is a process that divides an image into its constituent parts or objects. A segment is a portion of an image with uniform tonal and texture properties. Image segments can correspond to such objects as ice fields, channels, wormwoods, areas of deformation ice. Known segmentation algorithms are designed to detect ice fields against open water or ice porridge and recognition by Poland. The fundamental difficulty of the segmentation problem is its significant fuzziness and uncertainty.

Используемые признаки РСА-изображений принадлежат к трем основным группам: моменты изображения, текстура матрицы смежности тонов и признаки на основе автокорреляционной функции (многолетний лед характеризуется пятнистой структурой изображения, которая объясняется формированием на его поверхности большого количества снежниц в летний период. Другим примером является сеть ярких линейных участков изображения, соответствующих грядам торосов на деформированном однолетнем льду). Текстура зависит от пространственного разрешения радиолокатора, пространственного масштаба неоднородностей на поверхности морских льдов и в его объеме. В настоящее время имеется мало информации о крупномасштабных свойствах морских льдов и, как следствие, механизмах формирования текстуры. Набор информативных признаков может отличаться от исследования к исследованию и может зависеть от нескольких факторов, включая географический район, окружающие условия и т.д. Применение текстуры обычно повышает точность классификации, однако не может в полной мере устранить неоднозначности между различными видами льда:The features of SAR images used belong to three main groups: image moments, texture of the adjacency matrix of tones, and signs based on the autocorrelation function (long-term ice is characterized by a spotted image structure, which is explained by the formation of a large number of snowfields on its surface in summer. Another example is a network of bright linear sections of the image corresponding to ridges of hummocks on deformed annual ice). The texture depends on the spatial resolution of the radar, the spatial scale of the inhomogeneities on the surface of the sea ice and in its volume. Currently, there is little information on the large-scale properties of sea ice and, as a consequence, the mechanisms of texture formation. The set of informative features may differ from research to research and may depend on several factors, including geographic area, environmental conditions, etc. The use of texture usually improves the accuracy of classification, however, it cannot fully eliminate the ambiguities between different types of ice:

70-120 см - ровный однолетний лед средней толщины.70-120 cm - smooth annual ice of medium thickness.

>120 см - деформированный средний и толстый однолетний лед, торосистость 2-3 балла.> 120 cm - deformed medium and thick annual ice, hummocking 2-3 points.

>120 см - деформированный средний и толстый однолетний лед, торосистость 3-5 балла.> 120 cm - deformed medium and thick annual ice, hummocking 3-5 points.

10-15 см (серый) и 15-30 см (серо-белый) - молодой лед.10-15 cm (gray) and 15-30 cm (gray-white) - young ice.

5-10 см - нилас, ледяное сало, пространства открытой воды.5-10 cm - nilas, ice lard, open water spaces.

Ввиду того, что алгоритм классификации построен на основе линейного дискретного анализа с использованием нейронных сетей для аппроксимации сложных зависимостей между входными и выходными сигналами, то способы с использованием признаков РСА-изображений отягощены как объективными, так и субъективными погрешностями. В настоящее время не существует общедоступного набора спутниковых данных, который мог бы быть использован для перекрестной проверки различных алгоритмов.Due to the fact that the classification algorithm is based on linear discrete analysis using neural networks to approximate complex dependencies between input and output signals, methods using the characteristics of SAR images are burdened with both objective and subjective errors. There is currently no public satellite dataset that could be used to crosscheck various algorithms.

Разработанные алгоритмы обычно включают использование знаний эксперта, которые трудно воспроизвести. Сезонная и пространственная изменчивость свойств морских льдов является препятствием для развития общих подходов, применимых в различные сезоны и в различных полярных районах.Developed algorithms usually include the use of expert knowledge that is difficult to reproduce. The seasonal and spatial variability of the properties of sea ice is an obstacle to the development of common approaches applicable in different seasons and in different polar regions.

Общим недостатком известных способов [16-22], является низкая достоверность оперативного определения характеристик из-за невозможности (в ряде случаев) однозначно отличить взволнованную водную поверхность от разреженного многолетнего льда, спокойную водную поверхность от тонких сплоченных молодых типов льда (например, ниласа), смешанные поля льдов разных возрастных категорий от многолетнего льда, лед, на поверхности которого находится свежевыпавший снежный покров, от молодых льдов и др.A common drawback of the known methods [16-22] is the low reliability of the rapid determination of the characteristics due to the impossibility (in some cases) to clearly distinguish the excited water surface from rarefied perennial ice, the calm water surface from thin, cohesive young types of ice (for example, nilas), mixed ice fields of different age categories from perennial ice, ice on the surface of which there is freshly fallen snow cover, from young ice, etc.

Известен также способ определения состояния ледяного покрова (авторское свидетельство SU №1788487 [23]), в котором в отличие от известных способов [16-22], заключающихся в построении фотоизображений подстилающей поверхности, соответствующих результатам зондирования с аэрокосмических носителей, осуществляемом, например, радиолокатором бокового разрешения (длина волны около 3 см) и определении характеристик подстилающей поверхности экспертным путем (визуального анализа), полученных фотоизображений, определение состояния ледяного покрова выполняют путем получения спутниковых радиолокационных снимков и снимков в оптическом диапазоне длин волн, а в момент получения радиолокационных снимков устанавливают наличие облачности теплых фронтальных зон по снимкам в оптическом диапазоне длин волн. При этом если такая облачность имеет место, то проводят повторную радиолокационную съемку в условиях, соответствующих полному изменению метеорологических условий в исследуемом районе.There is also a method for determining the state of ice cover (copyright certificate SU No. 1788487 [23]), in which, unlike the known methods [16-22], which consist in constructing photographs of the underlying surface, corresponding to the results of sounding from aerospace carriers carried out, for example, by radar lateral resolution (wavelength of about 3 cm) and determining the characteristics of the underlying surface by expert means (visual analysis) of the obtained images, determining the state of the ice cover nyayut by receiving satellite radar pictures and the pictures in the optical wavelength range, and at the time of radar images establish the presence of cloudiness warm frontal zones from the images in the optical wavelength range. Moreover, if such cloudiness occurs, then re-radar survey is carried out under conditions corresponding to a complete change in meteorological conditions in the study area.

В общем случае этот способ не обеспечивает достоверное определение характеристик поверхности при изменяющихся сложных метеорологических условиях и в условиях быстрой изменчивости отражательных и излучаемых характеристик подстилающей поверхности. Это объясняется тем, что общая зависимость принятых сигналов радиолокационной станции бокового обзора и радиометра от параметров ледяного покрова является достаточно сложной, так как в пределах элемента разрешения каждого прибора находятся смешанные поля льдов разного возраста, а система уравнений для оценки эффективности площади рассеяния, определяемой по радиолокационной станции бокового обзора и эффективной радиояркостной температуры, определяемой по радиометру, содержит четыре неизвестных и соответственно четыре непостоянных параметра [8], что оказывается неразрешимой задачей для определения значений искомых параметров, а именно частной сплоченности, в пределах разрешения соответственно радиолокатора бокового обзора и радиометра. Устранение данного недостатка в известном способе [8] решается путем использования карт состояния ледового покрова за предшествующую декаду месяца, которые строятся в Гидрометеорологическом центре по обобщенным данным ледовой авиаразведки для арктического бассейна. При этом на текущие изображения, полученные по полям соответственно радиолокационным и радиометрическим способом, наносят вручную контуры однородных состояний ледяного покрова, соответствующие предыдущим картам-схемам. Далее выполняют идентификацию областей с однородными состояниями ледяного покрова. После того, как полностью идентифицированными оказались одна или две области на текущем изображении поверхности и предыдущих картах-схемах, определяют направление и среднюю величину смещения между этими областями. С учетом полученных значений среднего смещения и направления, границы предшествующего положения областей, занесенные на текущую информацию, смещают для более точного соответствия. Данную операцию необходимо выполнять ввиду того, что на изображениях с текущей информацией некоторые области перестают различаться, в то время как на предыдущей карте-схеме они могут различаться. Причинами этого являются ситуации, заключающиеся в нарастании присутствующего в пределах области молодого льда (от нилоса к серому льду), отражательные характеристики которого становятся близкими к характеристикам многолетнего льда, изменение частичной сплоченности многолетнего льда резко уменьшилось из-за появления ветровых трещин и разводий или выпадением на поверхность нескольких областей многолетнего льда выпал влажный снег. Для однозначно опознанных областей выполняется расчет характеристик ледяного покрова, т.е. определение частной сплоченности льдов разного возраста.In the General case, this method does not provide a reliable determination of surface characteristics under changing complex meteorological conditions and in conditions of rapid variability of the reflective and radiated characteristics of the underlying surface. This is because the general dependence of the received signals of the side-view radar and the radiometer on the parameters of the ice cover is quite complicated, since within the resolution element of each device there are mixed ice fields of different ages, and a system of equations for evaluating the efficiency of the scattering area determined by the radar station side view and effective radio brightness temperature, determined by radiometer, contains four unknowns and, accordingly, four non-constant parameter [8], which turns out to be an insoluble problem for determining the values of the desired parameters, namely, private cohesion, within the resolution of the side-scan radar and the radiometer, respectively. The elimination of this drawback in the known method [8] is solved by using maps of the state of ice cover for the previous decade of the month, which are built in the Hydrometeorological Center according to the generalized data of ice reconnaissance for the Arctic basin. At the same time, the contours of homogeneous states of ice cover corresponding to the previous diagram maps are manually applied to the current images obtained from the fields, respectively, by radar and radiometric methods. Next, identification of areas with homogeneous states of ice cover is performed. After one or two areas on the current surface image and previous chart maps have been completely identified, the direction and average displacement between these areas is determined. Taking into account the obtained values of the average displacement and direction, the boundaries of the previous position of the regions recorded on the current information are shifted for more accurate correspondence. This operation must be performed due to the fact that on the images with current information some areas cease to be different, while on the previous map-scheme they may differ. The reasons for this are situations consisting in the growth of young ice present within the region (from nilos to gray ice), the reflection characteristics of which become close to the characteristics of perennial ice, the change in the partial cohesion of perennial ice has sharply decreased due to the appearance of wind cracks and scatter or precipitation wet snow fell on the surface of several areas of perennial ice. For uniquely identified areas, the calculation of the characteristics of the ice cover is performed, i.e. determination of private cohesion of ice of different ages.

При выполнении идентификации с использованием нескольких карт-схем при переносе изображений необходимо учитывать масштабы карт, т.е. выполнять генерализацию новых карт, в противном случае возможны существенные искажения изображений, а в некоторых случаях и потеря информации.When performing identification using several schematic maps during image transfer, the scale of the maps must be taken into account, i.e. generalize new cards, otherwise significant image distortions, and in some cases information loss, are possible.

Способ имеет высокую трудоемкость как при обработке вновь полученной информации, так и информации предшествующих наблюдений.The method has a high complexity both when processing newly obtained information and information from previous observations.

Кроме того, необходимо учитывать проявление маскирующего эффекта в арктических районах, который определяется скоростью изменения метеорологических условий, а также изменение условий дрейфа льда, что требует повторения операций способа через несколько часов, особенно при резком изменении пространственного распределения гидрометеорологических параметров.In addition, it is necessary to take into account the manifestation of a masking effect in the Arctic regions, which is determined by the rate of change of meteorological conditions, as well as the change in ice drift conditions, which requires the method to repeat operations after several hours, especially with a sharp change in the spatial distribution of hydrometeorological parameters.

И если при проведении масштабных исследований в арктическом регионе данный способ имеет применимость при составлении прогноза развития ледовой обстановки в сочетании с использованием информации, полученной от других источников информации (гидрометеорологические станции, суда гидрографической службы и т.п.), то для обеспечения безопасной эксплуатации морских терминалов нефтегазовых месторождений в арктической зоне его эффективность не является достаточной.And if, when conducting large-scale research in the Arctic region, this method is applicable in making a forecast for the development of ice conditions in combination with the use of information received from other sources of information (hydrometeorological stations, vessels of the hydrographic service, etc.), then to ensure the safe operation of marine terminals of oil and gas fields in the Arctic zone, its effectiveness is not sufficient.

Задачей также известного технического решения (патент RU №2435136 С1, 27.11.2011 [24]) является повышение достоверности определения состояния ледяного покрова.The objective of the well-known technical solution (patent RU No. 2435136 C1, 11/27/2011 [24]) is to increase the reliability of determining the state of the ice cover.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе измерения толщины льдин [24], включающем получение изображений льдин посредством приборных средств, анализ и интерпретацию изображений, определение толщины льдин посредством камеральной обработки изображений льдин, изображение льдин получают путем зондирования ледовых поверхностей высокочастотными акустическими волнами, при этом непрерывное колебание модулируется по амплитуде отрезком сигнала низкой частоты, а интерпретацию изображений выполняют путем формирования единого набора координат точек и высот каждой льдины, полученных от приборных средств изображения льдин, при этом единый набор координат точек и высот льдин триангулируется методом Делоне.The problem is achieved due to the fact that in the method for measuring the thickness of ice floes [24], which includes obtaining images of ice floes by means of instruments, analysis and interpretation of images, determining the thickness of ice through the cameral processing of ice images, the image of ice floes is obtained by sensing ice surfaces with high-frequency acoustic waves, in this case, the continuous oscillation is modulated in amplitude by a segment of a low-frequency signal, and image interpretation is performed by forming a single about the set of coordinates of the points and heights of each ice floe received from the image means of ice floes, while a single set of coordinates of the points and heights of ice floes is triangulated by the Delaunay method.

Недостатком известного способа измерения толщины льдин [24] является то, что, как и в большинстве аналогов для получения изображения льдин, используют гидроакустические средства, устанавливаемые на подвижных подводных объектах, использование которых сопряжено с учетом поправок на скорость звука в воде. При этом необходимо учитывать и довольно существенные трудовые и материальные затраты при проведении таких работ.A disadvantage of the known method for measuring the thickness of ice floes [24] is that, as in most analogs for obtaining images of ice floes, sonar devices are used installed on moving underwater objects, the use of which is subject to adjustments for the speed of sound in water. In this case, it is necessary to take into account quite substantial labor and material costs when carrying out such work.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей с одновременным снижением материально-трудовых затрат при определении состояния ледяного покрова, включая измерения толщины льдин преимущественно в районах размещения морских объектов хозяйственной деятельности, включая морские платформы по добыче углеводородов.The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality while reducing material and labor costs when determining the state of the ice cover, including measuring the thickness of ice mainly in areas where offshore facilities are located, including offshore hydrocarbon production platforms.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения состояния ледяного покрова [24], включающем получение изображений льдин посредством приборных средств, анализ и интерпретацию изображений, определение толщины льдин посредством камеральной обработки изображений льдин, при этом непрерывное колебание модулируется по амплитуде отрезком сигнала низкой частоты, а интерпретацию изображений выполняют путем формирования единого набора координат точек и высот каждой льдины, полученных от приборных средств изображения льдин, при этом единый набор координат точек и высот льдин триангулируется методом Делоне, изображение льдин получают путем фото и видеосъемки ледовых поверхностей, посредством цифрового фотоаппарата и подводной видеокамеры, размещенных соответственно на квадрокоптерах и/или автономных аппаратах типа «SONOBOT», путем многократной съемки через заданные промежутки времени, при камеральной обработке изображения льдин определяют прочностные характеристики каждой льдины, путем текстурного анализа, на основе текстурного анализа выявляют льдины, представляющие опасность для конкретного морского объекта хозяйственной деятельности, выполняют ранжирования льдин по степени их разрушительной силы, при анализе и интерпретации изображений определяют направление и скорость дрейфа льдин по смещению изображений на заданном интервале времени, при изображении льдин на мониторе маркируют льдины по степени их разрушительной силы с учетом прочностных характеристик морского объекта хозяйственной деятельности.The problem is solved due to the fact that in the method for determining the state of ice cover [24], which includes obtaining images of ice using instrumentation, analyzing and interpreting images, determining the thickness of ice using a cameral processing of ice images, the continuous oscillation is modulated by amplitude with a low signal length frequencies, and image interpretation is performed by forming a single set of coordinates of the points and heights of each ice floe received from the ice image instrumentation in this case, a single set of coordinates of the points and heights of the ice floes is triangulated by the Delaunay method, the image of the ice is obtained by photo and video shooting of ice surfaces, using a digital camera and an underwater video camera, located respectively on quadrocopters and / or autonomous devices of the SONOBOT type, by shooting multiple times through preset the time intervals during the processing of the image of ice floes determine the strength characteristics of each ice floe, by texture analysis, based on the texture analysis, ice floes are detected, representing a danger to a particular marine business object, they perform ice ranking according to the degree of their destructive force, when analyzing and interpreting images, they determine the direction and speed of the ice drift according to the image displacement at a given time interval, when displaying ice on the monitor, ice is marked by the degree of their destructive force with taking into account the strength characteristics of the marine economic activity.

Экспериментальные исследования, с использованием фотоаппаратуры с борта судна, проведенные в 2015 году в прибрежных водах Канады, показали возможность получения изображения льдин, достаточного для анализа и интерпретации изображений с целью оценки состояния ледовых образований, в частности плавающего льда, что известными техническими решениями практически не достигается (фото 1,2).Experimental studies using on-board cameras carried out in 2015 in the coastal waters of Canada showed the possibility of obtaining an image of ice that is sufficient for analysis and interpretation of images in order to assess the state of ice formations, in particular floating ice, which is practically not achieved by known technical solutions (photo 1,2).

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

С морского объекта хозяйственной деятельности осуществляют запуск квадрокоптеров и/или автономных аппаратов типа «SONOBOT» с установленной на них, соответственно, фото и видео аппаратурой. Выполняют многократную фото и видео-съемку через заданные промежутки времени. При камеральной обработке изображения льдин определяют прочностные характеристики каждой льдины, путем текстурного анализа.Quadrocopters and / or autonomous devices of the SONOBOT type are launched from an offshore business facility with, respectively, photo and video equipment installed on them. Perform multiple photo and video shooting at predetermined intervals. When cameral processing the image of ice, the strength characteristics of each ice are determined by texture analysis.

На основе текстурного анализа выявляют льдины, представляющие опасность для конкретного морского объекта хозяйственной деятельности, выполняют ранжирования льдин по степени их разрушительной силы, при анализе и интерпретации изображений определяют направление и скорость дрейфа льдин по смещению изображений на заданном интервале времени, при изображении льдин на мониторе маркируют льдины по степени их разрушительной силы с учетом прочностных характеристик морского объекта хозяйственной деятельности.On the basis of texture analysis, ice floes that are dangerous for a particular marine business object are identified, ice floes are ranked according to the degree of their destructive force, when analyzing and interpreting images, the direction and speed of ice drift are determined by the displacement of images over a given time interval, when the ice is displayed on the monitor, it is marked ice floes by the degree of their destructive power, taking into account the strength characteristics of the marine economic activity object.

Определение толщины льдин определяют посредством камеральной обработки изображений льдин, при этом непрерывное колебание модулируется по амплитуде отрезком сигнала низкой частоты, а интерпретацию изображений выполняют путем формирования единого набора координат точек и высот каждой льдины, полученных от приборных средств изображения льдин, при этом единый набор координат точек и высот льдин триангулируется методом Делоне.The thickness determination of ice floes is determined by means of cameral processing of ice image, while continuous oscillation is modulated in amplitude by a low-frequency signal segment, and image interpretation is performed by forming a single set of coordinates of points and heights of each ice floe obtained from ice image instrumentation, and a single set of points coordinates and the heights of the ice floes are triangulated by the Delaunay method.

Автономный аппарат типа «SONOBOT» представляет собой конструкцию катамаранного типа и выполнен с возможностью его эксплуатации как на водной поверхности, так и при погружении на глубину до 100 м.The self-contained apparatus of the SONOBOT type is a catamaran type design and is designed to operate both on a water surface and when immersed to a depth of 100 m.

В отличие от известных технических решений реализация предлагаемого способа оценки состояния ледовых образований не требует использования сложной аппаратуры для получения изображений льдин и при этом позволяет установить характеристики ледовых образований, представляющих угрозу для эксплуатации морских объектов хозяйственной деятельности.In contrast to the known technical solutions, the implementation of the proposed method for assessing the state of ice formations does not require the use of sophisticated equipment for acquiring images of ice floes, and at the same time, it is possible to establish the characteristics of ice formations that pose a threat to the operation of offshore economic activities.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2422736 С1, 27.06.2011.1. Patent RU No. 2422736 C1, 06/27/2011.

2. Патент RU 2495369 С1, 10.10.2013.2. Patent RU 2495369 C1, 10/10/2013.

3. Патент RU №2323131 С1, 27.04.2008.3. Patent RU No. 2323313 C1, 04/27/2008.

4. Патент на полезную модель RU №143181 U1, 20.07.2014.4. Patent for utility model RU No. 143181 U1, 07.20.2014.

5. Патент GB №2123563 А, 01.02.1984.5. GB patent No. 2133563 A, 02/01/1984.

6. Заявка WO №2012005635 А1, 12.01.2012.6. Application WO No. 2012005635 A1, 01/12/2012.

7. Патент RU №2567449 С1, 10.11.2015.7. Patent RU No. 2567449 C1, 11/10/2015.

8. А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства», СПб., изд. «ЛЭТИ», 2009 г., с. 123-170.8. A.V. Bogorodsky, D.B. Ostrovsky "Hydroacoustic navigation and search and survey means", St. Petersburg, ed. LETI, 2009, p. 123-170.

9. Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. - СПб.: Наука, 2004 г., с. 127-142.9. Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev. Ship sonar equipment. - SPb .: Nauka, 2004, p. 127-142.

10. В.В. Богородский, Г.Е. Смирнов, С.А. Смирнов. «Поглощение и рассеяние звуковых волн морским льдом». Труды ААНИИ. Л., 1975 г., с. 128-134.10. V.V. Bogorodsky, G.E. Smirnov, S.A. Smirnov. “Absorption and scattering of sound waves by sea ice.” Proceedings of AANII. L., 1975, with. 128-134.

11. Патент RU №2559159 С1, 10.08.2015.11. Patent RU No. 2559159 C1, 08/10/2015.

12. Патент RU №2449326.12. Patent RU No. 2449326.

13. Патент RU №2444760.13. Patent RU No. 2444760.

14. Fissel et al. Improvements in the detection of hazardous sea ice features using upward looking sonar data // Proceedings of Arctic Technology Conference, USA, 3-5 Dec. 2012.14. Fissel et al. Improvements in the detection of hazardous sea ice features using upward looking sonar data // Proceedings of Arctic Technology Conference, USA, 3-5 Dec. 2012.

15. Патент RU №2559311 C1, 10.08.2015.15. Patent RU No. 2559311 C1, 08/10/2015.

16. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 68-71.16. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 68-71.

17. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 72-76.17. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 72-76.

18. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 79-88.18. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 79-88.

19. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 88-116.19. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 88-116.

20. Авторское свидетельство SU №1788487.20. Copyright certificate SU No. 1788487.

21. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 213-214.21. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 213-214.

22. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. Спб. Наука. 2007, с. 216-235.22. Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. St. Petersburg. The science. 2007, p. 216-235.

23. Авторское свидетельство SU №1788487.23. Copyright certificate SU No. 1788487.

24. Патент RU №2435136 С1, 27.11.2011.24. Patent RU No. 2435136 C1, 11/27/2011.

Claims (1)

Способ определения состояния ледяного покрова, включающий получение изображений льдин посредством приборных средств, анализ и интерпретацию изображений, определение толщины льдин посредством камеральной обработки изображений льдин, при этом непрерывное колебание модулируют по амплитуде отрезком сигнала низкой частоты, а интерпретацию изображений выполняют путем формирования единого набора координат точек и высот каждой льдины, полученных от приборных средств изображения льдин, при этом единый набор координат точек и высот льдин триангулируется методом Делоне, отличающийся тем, что изображение льдин получают путем фото- и видеосъемки ледовых поверхностей посредством цифрового фотоаппарата и подводной видеокамеры, размещенных соответственно на квадрокоптерах и автономных аппаратах типа “SONOBOT”, путем многократной съемки через заданные промежутки времени, при камеральной обработке изображения льдин определяют прочностные характеристики каждой льдины путем текстурного анализа, на основе текстурного анализа выявляют льдины, представляющие опасность для конкретного морского объекта хозяйственной деятельности, с последующим ранжированием льдин по степени их разрушительной силы, при анализе и интерпретации изображений определяют направление и скорость дрейфа льдин по смещению изображений на заданном интервале времени, при изображении льдин на мониторе маркируют льдины по степени их разрушительной силы с учетом прочностных характеристик морского объекта хозяйственной деятельности.The method of determining the state of ice cover, including obtaining images of ice floes by means of instruments, analyzing and interpreting images, determining the thickness of ice by means of cameral processing of ice images, wherein continuous oscillation is modulated in amplitude by a low-frequency signal segment, and image interpretation is performed by forming a single set of point coordinates and the heights of each ice floe received from the ice image instrumentation, with a single set of coordinates of points and heights of ice floes t and is deligned by the Delaunay method, characterized in that the image of ice floes is obtained by photo and video shooting of ice surfaces using a digital camera and an underwater video camera placed respectively on quadrocopters and stand-alone devices of the “SONOBOT” type, by shooting multiple times at predetermined time intervals, with camera processing of the image of ice determine the strength characteristics of each ice floe by texture analysis; based on the texture analysis, ice floes that are dangerous for the concrete are identified When analyzing and interpreting images, the direction and drift speed of ice floes are determined by the displacement of images over a given time interval, when the image of ice floes on the monitor, ice floes are marked by the degree of their destructive strength, taking into account the strength characteristics of the marine business.
RU2016122581A 2016-06-07 2016-06-07 Method of determining state of ice cover RU2635332C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122581A RU2635332C1 (en) 2016-06-07 2016-06-07 Method of determining state of ice cover

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122581A RU2635332C1 (en) 2016-06-07 2016-06-07 Method of determining state of ice cover

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2635332C1 true RU2635332C1 (en) 2017-11-10

Family

ID=60263566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016122581A RU2635332C1 (en) 2016-06-07 2016-06-07 Method of determining state of ice cover

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635332C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115423810A (en) * 2022-11-04 2022-12-02 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 Blade icing form analysis method for wind generating set

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2435136C1 (en) * 2010-12-29 2011-11-27 Сергей Борисович Курсин Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice
RU2449326C2 (en) * 2010-02-24 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method of determining state of ice cover

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449326C2 (en) * 2010-02-24 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method of determining state of ice cover
RU2435136C1 (en) * 2010-12-29 2011-11-27 Сергей Борисович Курсин Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115423810A (en) * 2022-11-04 2022-12-02 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 Blade icing form analysis method for wind generating set
CN115423810B (en) * 2022-11-04 2023-03-14 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 Blade icing form analysis method for wind generating set

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2449326C2 (en) Method of determining state of ice cover
Piotrowski et al. Accuracy of bathymetry and current retrievals from airborne optical time-series imaging of shoaling waves
JP5801527B2 (en) Method and apparatus for characterizing sea fish populations
Rutten et al. Accuracy of nearshore bathymetry inverted from ${x} $-band radar and optical video data
RU2444760C1 (en) Method for removing lower surface of ice cover
US20140313072A1 (en) Ice keel prediction from sar, optical imagery and upward looking sonars
Stroeve et al. Surface-based Ku-and Ka-band polarimetric radar for sea ice studies
US20070242884A1 (en) Method for measuring water depths using visible images of shoaling ocean waves
McNinch Bar and swash imaging radar (BASIR): A mobile X-band radar designed for mapping nearshore sand bars and swash-defined shorelines over large distances
Jackson et al. Sonar evidence for methane ebullition in Eckernförde Bay
RU2435136C1 (en) Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice
RU2549683C2 (en) Method of surveying lower surface of ice cover
RU2635332C1 (en) Method of determining state of ice cover
Holland et al. Remote sensing applications and bathymetric mapping in coastal environments
Bailly et al. Airborne LiDAR methods applied to riverine environments
Armenio et al. Environmental technologies to safeguard coastal heritage
Violante Acoustic remote sensing for seabed archaeology
RU2559311C1 (en) Assessment method of state of ice field
Bruck Sea State measurements using TerraSAR-X/TanDEM-X data
Saputra et al. Effect of Turbidity, Temperature and Salinity of Waters on Depth Data from Airborne LiDAR Bathymetry
Popescu et al. An overall view of LiDAR and Sonar systems used in geomatics applications for hydrology.
Ryabkova et al. Measurements of the sea surface waves parameters and the doppler spectrum of the reflected signal using optical and acoustic remote sensing methods
Jerram et al. Storm response surveying with phase-measuring bathymetric sidescan sonar
CN116295158B (en) Instrument and method for measuring sludge depth based on airborne double-frequency depth finder
McFall et al. Investigation into laboratory bathymetric measurement techniques