RU2795185C1

RU2795185C1 - Device for monitoring surface of water bodies for pollutant discharge source

Info

Publication number: RU2795185C1
Application number: RU2023100962A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Панарин; Евгения Михайловна Рылеева; Елена Вячеславовна Сергеева; Алексей Александрович Стрельников; Ирина Александровна Одинцова
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-05-02

Abstract

FIELD: hydrometry; hydrology.

SUBSTANCE: invention can be used for monitoring water bodies. Proposed invention contains serially connected small vessel, GSM-receiver antenna, memory unit, on-board computer, technical vision camera, laser range finder, parametric profiler, gyroscope, MEMS accelerometer, magnetic compass, unit for fixing the distance and stopping the vessel, unit for comparing the distance to an obstacle, obstacle distance sensor, GSM mobile Internet transmitter, the first and the second comparison sensors, comparison unit, motion correction unit, antenna, timer, the third comparison sensor, delay unit, second comparison unit, positive value comparator, negative value comparator, heading continuation block, block for change of heading by 180 degrees, delay interval setter, GPS module. The third comparison sensor is connected to the memory unit, the delay unit and the second comparison unit, which are feedback-connected. The second comparison block is connected to the comparator for extracting positive values and then to the block for continuing the direction of movement and is also connected to the comparator for extracting negative values and then to the block for changing the course by 180 degrees, the output of the delay interval setter is connected to the input of the delay block, the GPS module is connected to the block memory.

EFFECT: ensuring mobility of the device.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидрометрии и гидрологии и может быть использовано при мониторинге береговой полосы водных объектов: водоемов, водохранилищ, рек или их частей в целях наблюдения за состоянием, режимами использования и морфометрическими изменениями объектов.The invention relates to hydrometry and hydrology and can be used in monitoring the coastline of water bodies: reservoirs, reservoirs, rivers or their parts in order to monitor the state, modes of use and morphometric changes in objects.

Известен патент RU №2675040С2, МПК⁸ В63В 35/78, опубликованный 09.10.2017 г., на изобретение «Самоходное плавучее средство», предназначенный для поисково-спасательного морского оборудования, имеет дистанционное управление и применимо во всех ситуациях спасения потерпевших кораблекрушение людей, оно может быть использованы с суши, моря и воздуха.Known patent RU No. 2675040C2, IPC ⁸ V63V 35/78, published on 10/09/2017, for the invention "Self-propelled floating craft" intended for search and rescue marine equipment, has a remote control and is applicable in all situations of rescuing shipwrecked people, it Can be used from land, sea and air.

Недостатком изобретения является невозможность выполнения измерения отметок дна и донных отложений на дне водоема сбора данных и дальнейшей их передачи, поиска источника загрязнения воды нефтепродуктами, сравнения расстояние до препятствия и остановки на безлопастном расстоянии до препятствия и зафиксирования на одном месте.The disadvantage of the invention is the impossibility of measuring the bottom marks and bottom sediments at the bottom of the reservoir for collecting data and their further transmission, searching for the source of water pollution with oil products, comparing the distance to the obstacle and stopping at a bladeless distance to the obstacle and fixing it in one place.

Известна «Система определения отметок донной и водной поверхности при мониторинге водных объектов» патент RU №2694702, МПК⁸ В63В 49/00, опубликованный 16.07.2019. Система содержит высотную сеть в виде спутниковой системы навигации, антенну приемника спутниковой системы навигации, устройство определения отметок дна, устройство определения расстояния до береговой линии, камеру технического зрения и устройство измерения крена и дифферента синхронизированы по времени измерений параметров с помощью ЭВМ.Known "System for determining the marks of the bottom and water surface when monitoring water bodies" patent RU No. 2694702, IPC ⁸ V63V 49/00, published on 07/16/2019. The system contains a high-altitude network in the form of a satellite navigation system, a satellite navigation system receiver antenna, a device for determining bottom marks, a device for determining the distance to the coastline, a vision camera and a device for measuring roll and trim are synchronized in time of measuring parameters using a computer.

Недостатком системы является недостаточный мониторинг водного объекта, из-за отсутствия системы определения источника загрязнения, препятствия и остановки на безопасном расстоянии.The disadvantage of the system is insufficient monitoring of the water body, due to the lack of a system for determining the source of pollution, obstacles and stopping at a safe distance.

Прототип «Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов» патент RU №2778289, МПК⁸ G01P 3/40, опубликованный 17.08.2022 Бюл. №23, содержит малое судно, антенну GSM-приемника, камеру технического зрения, лазерный дальномер, параметрический профилограф, гироскоп, микроэлектромеханический акселерометр, магнитный компас, бортовую ЭВМ, два датчика сравнения, блок сравнения, блок коррекции движения, блок памяти, интернет-передатчик мобильной сети GSM, антенну, таймер, датчик расстояния до препятствия, блок сравнения расстояния до препятствия, блок фиксации расстояния и остановки судна.Prototype "Device for finding the source of pollutant discharge when monitoring surface water bodies" patent RU No. 2778289, IPC ⁸ G01P 3/40, published on 17.08.2022 Bull. No. 23, contains a small vessel, a GSM receiver antenna, a vision camera, a laser rangefinder, a parametric profiler, a gyroscope, a microelectromechanical accelerometer, a magnetic compass, an on-board computer, two comparison sensors, a comparison unit, a motion correction unit, a memory unit, an Internet transmitter GSM mobile network, antenna, timer, obstacle distance sensor, block for comparing the distance to an obstacle, block for fixing the distance and stopping the vessel.

Недостатком системы является невозможность корректировки перемещения устройства при неправильно выбранной траектории движения (в сторону уменьшения концентрации загрязнения).The disadvantage of the system is the impossibility of correcting the movement of the device with an incorrectly chosen trajectory of movement (in the direction of reducing the concentration of pollution).

Задачей изобретения является обеспечение мобильности устройству за счет внедрения системы датчиков, направленных на корректировку траектории движения путем непрерывного контроля за изменением концентрации загрязняющего вещества.The objective of the invention is to ensure the mobility of the device through the introduction of a system of sensors aimed at adjusting the trajectory of movement by continuously monitoring changes in the concentration of a pollutant.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов, содержащем последовательно соединенные малое судно, антенну GSM-приемника, блок памяти, бортовую ЭВМ, камеру технического зрения, лазерный дальномер, параметрический профилограф, гироскоп, микроэлектромеханический акселерометр, магнитный компас, блок фиксации расстояния и остановки судна, блок сравнения расстояния до препятствия, датчик расстояния до препятствия, интернет-передатчик мобильной сети GSM, первый и второй датчики сравнения, блок сравнения, блок коррекции движения, антенна, таймер дополнительно введены третий датчик сравнения, блок задержки, второй блок сравнения, компаратор выделения положительных значений, компаратор выделения отрицательных значений, блок продолжения направления движения, блок изменения курса на 180 градусов, задатчик интервала задержки, модуль GPS, причем третий датчик сравнения соединен с блоком памяти, блоком задержки и вторым блоком сравнения, которые соединены между собой обратной связью, второй блок сравнения соединен с компаратор выделения положительных значений и далее с блоком продолжения направления движения, а так же соединен с компаратором выделения отрицательных значений и далее с блоком изменения курса на 180 градусов, выход задатчика интервала задержки соединен с входом блока задержки, модуль GPS соединен с блоком памяти.The task is achieved by the fact that in the device for searching for the source of discharge of pollutants when monitoring surface water bodies, containing a small vessel connected in series, a GSM receiver antenna, a memory unit, an on-board computer, a vision camera, a laser rangefinder, a parametric profiler, a gyroscope, a microelectromechanical accelerometer , magnetic compass, block for fixing the distance and stopping the vessel, block for comparing the distance to an obstacle, sensor for the distance to an obstacle, Internet transmitter of the GSM mobile network, first and second comparison sensors, comparison unit, motion correction unit, antenna, timer, a third comparison sensor is additionally introduced , a delay block, a second comparison block, a positive value comparator, a negative value comparator, a direction continuation block, a 180 degree heading change block, a delay interval setter, a GPS module, the third comparison sensor being connected to the memory block, the delay block and the second by a comparison unit, which are interconnected by feedback, the second comparison unit is connected to the comparator for extracting positive values and then to the block for continuing the direction of movement, and is also connected to the comparator for extracting negative values and then to the block for changing the course by 180 degrees, the output of the delay interval setter connected to the input of the delay block, the GPS module is connected to the memory block.

На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов.The drawing shows a block diagram of the proposed device to search for a source of discharge of pollutants when monitoring surface water bodies.

Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов содержит малое судно 1 (плавучее средство), на котором расположена антенна GSM-приемника 2, выход которой соединен с входом блока памяти 3 и бортовой ЭВМ 4, входы которой соединены с выходами камеры технического зрения 5, лазерного дальномера 6, параметрического профилографа 7, гироскопа 8, микроэлектромеханического акселерометра 9, магнитного компаса 10, блока фиксации расстояния и остановки судна 11, причем вход блока фиксации расстояния и остановки судна 11 соединен с выходом блока сравнения расстояния до препятствия 12, вход которого соединен с выходом датчика расстояния до препятствия 13. Сигнал от выхода блока фиксации расстояния и остановки судна 11 связан с входом интернет-передатчика мобильной сети GSM 14.The device for searching for a source of discharge of pollutants during monitoring of surface water bodies contains a small vessel 1 (a floating craft), on which a GSM receiver antenna 2 is located, the output of which is connected to the input of the memory block 3 and an onboard computer 4, the inputs of which are connected to the outputs of a vision camera 5, a laser rangefinder 6, a parametric profiler 7, a gyroscope 8, an MEMS accelerometer 9, a magnetic compass 10, a block for fixing the distance and stopping the ship 11, and the input of the block for fixing the distance and stopping the ship 11 is connected to the output of the block for comparing the distance to the obstacle 12, the input of which connected to the output of the obstacle distance sensor 13. The signal from the output of the block for fixing the distance and stopping the vessel 11 is connected to the input of the Internet transmitter of the GSM mobile network 14.

Выходы 1-го датчика сравнения 15 и 2-го датчика сравнения 16, соединены с входами блока сравнения 17 и блока памяти 3, выход блока сравнения 17 соединен с входом блока коррекции движения 18, выход которого соединен с входом бортовой ЭВМ 4. Выход блока памяти 3 соединен посредством интернет-передатчика мобильной сети GSM 14 с входом антенны 19. Выходы таймера 20 соединены с входами блока памяти 3 и интернет-передатчика мобильной сети GSM 14.The outputs of the 1st comparison sensor 15 and the 2nd comparison sensor 16 are connected to the inputs of the comparison unit 17 and the memory unit 3, the output of the comparison unit 17 is connected to the input of the motion correction unit 18, the output of which is connected to the input of the on-board computer 4. The output of the memory unit 3 is connected via the Internet transmitter of the GSM mobile network 14 to the input of the antenna 19. The outputs of the timer 20 are connected to the inputs of the memory unit 3 and the Internet transmitter of the GSM mobile network 14.

Выход третьего датчика сравнения 21 соединен со входами блока памяти 3, второго блока сравнения 23 и входом блока задержки 22, которые соединены между собой обратной связью. Второй вход блока задержки 22 соединен с выходом задатчика интервала задержки 28, причем вход задатчика интервала задержки 28 соединен со входом бортовой ЭВМ 4. Выход блока сравнения 23 соединен со входами:The output of the third comparison sensor 21 is connected to the inputs of the memory unit 3, the second comparison unit 23 and the input of the delay unit 22, which are interconnected by feedback. The second input of the delay unit 22 is connected to the output of the delay interval generator 28, and the input of the delay interval generator 28 is connected to the input of the on-board computer 4. The output of the comparison unit 23 is connected to the inputs:

1. блока коррекции движения 18;1. movement correction block 18;

2. компаратора выделения положительных значений 24, выход которого соединен со входом блока продолжения направления движения 26;2. comparator for extracting positive values 24, the output of which is connected to the input of the block for continuing the direction of movement 26;

3. компаратора выделения отрицательных значений 25, выход которого соединен со входом блока изменения курса на 180 градусов 27.3. comparator for extracting negative values 25, the output of which is connected to the input of the block for changing the course by 180 degrees 27.

Выходы блока продолжения направления движения 26 и блока изменения курса на 180 градусов 27 соединены со входами блока коррекции движения 18. Выход модуля GPS 29 соединен с входом блока памяти 3.The outputs of the block for continuing the direction of movement 26 and the block for changing the course by 180 degrees 27 are connected to the inputs of the motion correction block 18. The output of the GPS module 29 is connected to the input of the memory block 3.

Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов работает следующим образом.The search device for the source of discharge of pollutants when monitoring surface water bodies operates as follows.

С борта малого судна 1, движущегося по заданному маршруту и ориентирующегося по антенне GSM-приемника 2, магнитному компасу 10, микроэлектромеханическому акселерометру 9 и гироскопу 8 (образующих вместе систему высокоточной навигации и измерения крена и дифферента корпуса судна), осуществляют измерение расстояния до береговой линии (уреза воды). Спутниковая система навигации модуля GSM 29 определяет координаты антенны GSM-приемника 2 и соответственно географическое положение малого судна с привязкой измеряемых параметров к государственной нивелирной сети или к Балтийской системе высот 1977 г. Одновременно ведет видеосъемку береговой линии камерой технического зрения 5 высокого разрешения. Бортовая ЭВМ 4 осуществляет непрерывную обработку видеоряда береговой линии с видимой подсветкой от лазерного дальномера 6, корректирует при этом расстояние, измеренное лазерным дальномером 6, за счет исключения измерений, которые имеют отклонения подсветки дальномера от уреза вода при качке малого судна 1 в заданном диапазоне. Синхронно параметрическим профилографом 7 определяет глубину водоема и высоту донных осадков. Так же устройство может искать источники загрязнения воды нефтепродуктами, получая информацию с первого и второго датчиков сравнения 15 и 16, обрабатывая при этом данные в блоке сравнения 17 и корректируя курс блоком коррекции движения 18, малое судно 1 движется по оси пятна загрязнения к точке, которая может являться источником загрязнения. Для предотвращения столкновения с возможным препятствием по маршруту движения малого судна 1 на него устанавливают датчик расстояния до препятствия 13, измеряющий расстояние и передающий сигнал на блок сравнения расстояния до препятствия 12, который работает совместно с блоком фиксации расстояния и остановки судна 11, позволяющим остановить малое судно 1 и фиксировать его на безопасном расстоянии до препятствия. Всю полученную информацию накапливает в блоке памяти 3 и обрабатывает в бортовой ЭВМ 4 и далее передает интернет-передатчиком мобильной сети GSM 14 на хранение в базы данных, или в ситуационные центры для использования в оперативном управлении, или на печать соответствующего графического материала.From the board of a small vessel 1, moving along a given route and guided by the antenna of the GSM receiver 2, magnetic compass 10, microelectromechanical accelerometer 9 and gyroscope 8 (together forming a high-precision navigation system and measuring the roll and trim of the ship's hull), measure the distance to the coastline (water edge). The satellite navigation system of the GSM 29 module determines the coordinates of the antenna of the GSM receiver 2 and, accordingly, the geographic position of the small vessel with the reference of the measured parameters to the state leveling network or to the Baltic height system of 1977. At the same time, it records the coastline with a high-resolution vision camera 5 The onboard computer 4 continuously processes the footage of the coastline with visible illumination from the laser range finder 6, while correcting the distance measured by the laser range finder 6 by excluding measurements that have deviations of the range finder backlight from the water edge when the small vessel 1 rolls in the specified range. Synchronously parametric profiler 7 determines the depth of the reservoir and the height of bottom sediments. Also, the device can search for sources of water pollution with oil products, receiving information from the first and second comparison sensors 15 and 16, while processing the data in the comparison unit 17 and correcting the course by the movement correction unit 18, the small vessel 1 moves along the axis of the pollution spot to the point, which may be a source of pollution. To prevent a collision with a possible obstacle along the route of the small vessel 1, a distance sensor 13 is installed on it, which measures the distance and transmits a signal to the block for comparing the distance to the obstacle 12, which works in conjunction with the unit for fixing the distance and stopping the vessel 11, which allows you to stop the small vessel 1 and fix it at a safe distance from the obstacle. All the information received is stored in the memory block 3 and processed in the onboard computer 4 and then transferred by the Internet transmitter of the GSM 14 mobile network for storage in databases, or in situational centers for use in operational management, or for printing the corresponding graphic material.

Для установления источника сброса загрязняющих веществ предусматривается движение малого судна в сторону увеличения концентрации нефтепродуктов. Для этого по оси пятна установлен третий датчик сравнения 21, который одновременно передает данные замеров:To determine the source of the discharge of pollutants, it is planned to move a small vessel in the direction of increasing the concentration of oil products. For this, a third comparison sensor 21 is installed along the axis of the spot, which simultaneously transmits measurement data:

1. в блок памяти 3 для сохранения информации;1. to the memory block 3 for storing information;

2. для фиксирования данных в определенный момент времени в блок задержки 22, связанный с задатчиком интервала задержки 28, где задается посредством бортовой ЭВМ 4 временной интервал задержки;2. to record data at a certain point in time in the delay block 22 associated with the delay interval generator 28, where the delay time interval is set by the onboard computer 4;

3. во второй блок сравнения 23, куда поступает сигнал о данных замеров с учетом временного интервала задержки из блока задержки 22, затем происходит сравнение данных непосредственно полученных третьим датчиком сравнения 21 с переданными данными из блока задержки 22.3. to the second comparison unit 23, where the signal about the measurement data is received, taking into account the delay time interval from the delay unit 22, then the data directly received by the third comparison sensor 21 is compared with the transmitted data from the delay unit 22.

Сформированный во втором блоке сравнения 23 сигнал одновременно поступает в:The signal generated in the second comparison block 23 simultaneously enters:

1. компаратор выделения положительных значений 24 и далее на блок продолжения направления движения 26, связанный с блоком коррекции движения 18;1. comparator selection of positive values 24 and then to the block continue the direction of movement 26 associated with the block correction of movement 18;

2. компаратор выделения отрицательных значений 25 и далее на блок изменения курса на 180 градусов 27, связанный с блоком коррекции движения 18.2. Negative value selection comparator 25 and further to the 180 degree course change block 27 connected to the motion correction block 18.

Компараторы выделения положительных 24 и отрицательных 25 значений способствуют корректировке движения малого судна в сторону увеличения концентрации загрязнения.Comparators for the selection of positive 24 and negative 25 values contribute to adjusting the movement of a small vessel in the direction of increasing the concentration of pollution.

Предложенное устройство позволит корректировать траекторию движения в сторону увеличения концентрации загрязняющего вещества, что обеспечит сокращение время поиска источника загрязнения природных вод, улучшит качество мониторинга поверхностных водных объектов.The proposed device will make it possible to correct the trajectory of movement in the direction of increasing the concentration of the pollutant, which will reduce the search time for the source of pollution of natural waters and improve the quality of monitoring of surface water bodies.

Claims

A device for searching for a source of pollutant discharge when monitoring surface water bodies, containing a small vessel connected in series, a GSM receiver antenna, a memory unit, an on-board computer, a vision camera, a laser range finder, a parametric profiler, a gyroscope, a microelectromechanical accelerometer, a magnetic compass, a distance fixation unit and stop of the vessel, a block for comparing the distance to an obstacle, a distance sensor for an obstacle, an Internet transmitter for a GSM mobile network, the first and second comparison sensors, a comparison unit, a motion correction unit, an antenna, a timer, characterized in that it additionally includes a third comparison sensor , a delay block, a second comparison block, a positive value comparator, a negative value comparator, a direction continuation block, a 180 degree heading change block, a delay interval setter, a GPS module, the third comparison sensor being connected to the memory block, the delay block and the second comparison unit, which are interconnected by feedback, the second comparison unit is connected to the comparator for extracting positive values and then to the block for continuing the direction of movement, and is also connected to the comparator for extracting negative values and then to the block for changing the course by 180 degrees, the output of the delay interval setter is connected with the delay block input, the GPS module is connected to the memory block.