RU2569938C2 - Mobile system of complex monitoring of areas of water and method of monitoring of areas of water - Google Patents
Mobile system of complex monitoring of areas of water and method of monitoring of areas of water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569938C2 RU2569938C2 RU2014115130/28A RU2014115130A RU2569938C2 RU 2569938 C2 RU2569938 C2 RU 2569938C2 RU 2014115130/28 A RU2014115130/28 A RU 2014115130/28A RU 2014115130 A RU2014115130 A RU 2014115130A RU 2569938 C2 RU2569938 C2 RU 2569938C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mobile
- auv
- devices
- ads
- rpv
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к способам и средствам исследования водной среды путем определения ее параметров и может быть использовано при автоматическом экологическом мониторинге качества воды (в том числе ее загрязненности) акваторий, преимущественно глубоководных и значительных по размерам участков акваторий.The technical solution relates to methods and means for studying the aquatic environment by determining its parameters and can be used in automatic environmental monitoring of water quality (including its pollution) of water areas, mainly deep-water and large-sized areas of water areas.
Технология мониторинга акваторий, как правило, включает размещение в исследуемом районе (в том числе - на дне акваторий) носителей устройств регистрации параметров водной среды (РПВ), измерение параметров водной среды устройствами РПВ и передачу (трансляцию) данных измерений по каналам связи с устройств РПВ на контрольный пункт для обработки и анализа всей совокупности данных измерений [1-7]. В ряде случаев передача данных измерений осуществляется на локальный (промежуточный) контрольный пункт (ЛКП) с дальнейшей трансляцией данных на центральный контрольный пункт (например [1-5]). В качестве ЛКП используются плавающие (всплывающие) буи-ретрансляторы, связанные с наземными ЦКП линиями кабельной [5], радио- или спутниковой [1-3] связи, а также автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) [1, 7, 8].The technology for monitoring water areas, as a rule, includes the placement in the study area (including the bottom of the water area) of carriers for recording parameters of the aquatic environment (RPV), measuring the parameters of the aquatic environment with RPV devices and transmitting (transmitting) measurement data via communication channels from RPV devices at the control point for processing and analysis of the entire set of measurement data [1-7]. In some cases, the transmission of measurement data is carried out at a local (intermediate) control point (LCP) with further transmission of data to a central control point (for example [1-5]). Floating (pop-up) relay buoys associated with ground-based CCLs via cable [5], radio or satellite [1-3] communication lines, as well as autonomous uninhabited underwater vehicles (AUVs) [1, 7, 8] are used as LCPs.
При этом известные способы и устройства мониторинга водной среды предназначены, как правило, для измерения различных типов параметров и характеристик: гидрологических, гидрохимических, а также биологических, геофизических и технических [9, 10]. Однако стремление к расширению числа измеряемых параметров и соответственно - к увеличению числа датчиков в ряде случаев (например, в известных способах и устройствах [4-6]) неоправданно и приводит к нежелательному (чрезмерному) усложнению устройств мониторинга и снижению их надежности.Moreover, the known methods and devices for monitoring the aquatic environment are intended, as a rule, to measure various types of parameters and characteristics: hydrological, hydrochemical, as well as biological, geophysical and technical [9, 10]. However, the desire to expand the number of measured parameters and, accordingly, to increase the number of sensors in some cases (for example, in known methods and devices [4-6]) is unjustified and leads to an undesirable (excessive) complication of monitoring devices and a decrease in their reliability.
Представляется, что при выборе датчиков и их числа целесообразно учитывать необходимые и достаточные условия для достижения конкретно поставленных задач исследований водной среды. Так, опыт [3] показывает, что для корректного решения задач экологического мониторинга и оценки загрязненности акваторий приоритетное значение (необходимое и достаточное) представляет химический и радиационный анализ воды, и расширение числа измеряемых параметров не может считаться целесообразным как с технической, так и с экономической точек зрения.It seems that when choosing sensors and their number, it is advisable to take into account the necessary and sufficient conditions to achieve the specific objectives of the research of the aquatic environment. Thus, experience [3] shows that for the correct solution of the tasks of environmental monitoring and assessment of water pollution, chemical and radiation analysis of water is a priority (necessary and sufficient), and the expansion of the number of measured parameters cannot be considered advisable from both technical and economic points of view.
Кроме того, следует учитывать, что мониторинг акваторий (морей, рек, озер, водохранилищ и т.д.) традиционно классифицируется [9, 10] по категориям (группам), основными из которых являются: 1) геофизический мониторинг (акустический мониторинг акватории и ее дна посредством наблюдения и измерения сейсмических и электромагнитных сигналов) и 2) экологический мониторинг качества воды (в том числе ее загрязненности) посредством измерения ее физико-химических параметров.In addition, it should be borne in mind that monitoring of water areas (seas, rivers, lakes, reservoirs, etc.) is traditionally classified [9, 10] into categories (groups), the main of which are: 1) geophysical monitoring (acoustic monitoring of the water area and its bottom by observing and measuring seismic and electromagnetic signals) and 2) environmental monitoring of water quality (including its pollution) by measuring its physico-chemical parameters.
Указанные две группы мониторинга акваторий в общем случае, как правило, включают размещенные на носителях средства измерений, блоки памяти, блоки обработки данных, средства связи с контрольными пунктами сбора данных, но отличаются специфическими признаками, обусловленными особенностями технологии данной группы наблюдений водной среды. Эти различия и особенности можно проследить по двум группам известных, запатентованных в последнее время технических решений: In general, the two water monitoring groups indicated generally include measuring instruments placed on the media, memory blocks, data processing units, communication tools with data collection control points, but differ in specific features due to the technology features of this group of observations of the aquatic environment. These differences and features can be traced in two groups of well-known, recently patented technical solutions:
1) Первая группа (геофизический мониторинг): [1, 2]; US 2005/0077902 А1, 14.04.2005; RU 2323456 С2, 27.04.2008; RU 2270464 C1, 20.02.2006; RU 2294400 C1, 20.02.2007; RU 2436132 C1, 10.12.2011;1) The first group (geophysical monitoring): [1, 2]; US 2005/0077902 A1, 04/14/2005; RU 2323456 C2, 04/27/2008; RU 2270464 C1, 02.20.2006; RU 2294400 C1, 02.20.2007; RU 2436132 C1, 12/10/2011;
2) Вторая группа (экологический мониторинг качества водной среды): [3-6]; US 6916219 В2, 12.07.2005; JP 2010285072 А, 24.12.2010; KR 20120069300 А, 28.06.2012; KR 20110100970 А, 15.09.2011.2) The second group (environmental monitoring of the quality of the aquatic environment): [3-6]; US 6916219 B2, 07/12/2005; JP 2010285072 A, 12.24.2010; KR 20120069300 A, 06/28/2012; KR 20110100970 A, 09/15/2011.
Ряд известных технических решений в той или иной степени ограничены в применении и функциональных возможностях: объекты геофизического мониторинга [1, 2 и др.] первой группы непригодны для экологического контроля качества воды 2-й группы мониторинга; применение АНПА в качестве основного и единственного носителя устройства РПВ [7] следует считать недостаточным; известные технологии экологического мониторинга, например [3-6], ограничены применением автономных донных станций (АДС) в качестве носителей устройств РПВ, а использование АНПА в составе аппаратуры (ЛКП и носителей устройств РПВ) не предусмотрено. Причем ряд известных способов и устройств (например [4-6]) при видимой (декларируемой) универсальности с разнообразным назначением и множеством измеряемых параметров акватории непомерно сложны, подчас умозрительны и почти недоступны для практического промышленного применения.A number of well-known technical solutions are, to one degree or another, limited in application and functionality: geophysical monitoring objects [1, 2, etc.] of the first group are unsuitable for environmental monitoring of water quality of the 2nd monitoring group; the use of AUV as the main and only carrier of the RPV device [7] should be considered insufficient; well-known technologies for environmental monitoring, for example [3-6], are limited to the use of autonomous bottom stations (ADS) as carriers for RPV devices, and the use of AUVs as part of equipment (LCP and carriers of RPV devices) is not provided. Moreover, a number of known methods and devices (for example [4-6]) with visible (declared) versatility with various purposes and a multitude of measured parameters of the water area are prohibitively complicated, sometimes speculative and almost inaccessible for practical industrial use.
Анализ уровня техники показывает, что для адекватного и эффективного экологического мониторинга качества воды целесообразно строить технологию экологического контроля и наблюдения с использованием совокупности синергетических признаков (элементов) известных технических решений различных видов (групп) мониторинга акваторий. При этом может быть достигнуто новое оптимальное расширение арсенала технических объектов данного назначения со значительными функциональными возможностями и высокой достоверностью данных измерений заданной совокупности характеристик качества водной среды. An analysis of the prior art shows that for adequate and effective environmental monitoring of water quality it is advisable to build a technology for environmental monitoring and observation using a combination of synergistic features (elements) of known technical solutions of various types (groups) of monitoring of water areas. In this case, a new optimal expansion of the arsenal of technical facilities for this purpose with significant functionality and high reliability of measurement data for a given set of characteristics of the quality of the aquatic environment can be achieved.
Наиболее близким по общему составу конструктивных элементов в целом может являться техническое решение [1] (система и способ мониторинга) по патенту US 7796466 В2, 14.09.2010 (US 2008/0144442 А1, 19.07.2008), принятое за прототип.The closest in terms of the overall composition of structural elements as a whole can be a technical solution [1] (monitoring system and method) according to the patent US 7796466 B2, September 14, 2010 (US 2008/0144442 A1, July 19, 2008), adopted as a prototype.
Известный способ мониторинга акваторий включает размещение на дне исследуемой акватории носителей устройств регистрации параметров водной среды (РПВ), измерение параметров водной среды устройствами РПВ, передачу данных измерений по каналам связи с устройств РПВ на локальный контрольный пункт (ЛКП) и дальнейшую трансляцию по линиям радиосвязи данных измерений с ЛКП на центральный контрольный пункт (ЦКП) для обработки и анализа всей совокупности данных измерений. В качестве носителей устройств РПВ используют автономные донные станции (АДС), в качестве ЛКП используют, по меньшей мере, один мобильный автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА). АДС и мобильный АНПА оснащают приемопередатчиками и радиомодемами для беспроводного радиообмена командами и данными между АДС и мобильным АНПА. АДС снабжают гидроакустическими информационными каналами связи соседних АДС друг с другом, а также оснащают гидроакустическими маяками-ответчиками для формирования гидроакустической системы навигации мобильного АНПА.A known method for monitoring water areas includes placing at the bottom of the studied water area carriers of devices for recording the parameters of the aquatic environment (RPV), measuring the parameters of the aquatic environment with RPM devices, transmitting measurement data via communication channels from the RPV devices to a local control point (LPC) and further broadcasting data via radio communication lines measurements from LKP to the central control point (TsKP) for processing and analysis of all data of measurements. Autonomous bottom stations (ADS) are used as carriers for RPV devices, and at least one mobile autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) is used as LCP. The ADF and the mobile AUV are equipped with transceivers and radio modems for wireless radio exchange of commands and data between the ADF and the mobile AUV. The ADFs provide sonar information channels for the neighboring ADSs to communicate with each other, as well as the sonar transponders for the formation of a sonar navigation system for mobile AUVs.
Известная мобильная система [1] комплексного мониторинга акваторий содержит размещенные на дне исследуемой акватории носители устройств измерения и регистрации параметров водной среды (РПВ) и связанный с ними средствами связи локальный контрольный пункт (ЛКП), а также центральный контрольный пункт (ЦКП), связанный с ЛКП линиями радиосвязи, в качестве носителей устройств РПВ использованы автономные донные станции (АДС), в качестве ЛКП использован, по меньшей мере, один мобильный автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА). АДС и мобильный АНПА оснащены приемопередатчиками и радиомодемами для беспроводного радиообмена командами и данными между АДС и мобильным АНПА, причем АДС снабжены гидроакустическими информационными каналами связи соседних АДС друг с другом, а также оснащены гидроакустическими маяками-ответчиками для формирования гидроакустической системы навигации мобильного АНПА.The well-known mobile system [1] for integrated monitoring of water areas contains carriers of devices for measuring and recording parameters of the aquatic environment located at the bottom of the studied water area and a local control point (LCP) connected to them by communication means, as well as a central control point (CCP) associated with LKP by radio lines, autonomous bottom stations (ADS) were used as carriers for RPV devices, at least one mobile autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) was used as LKP. The ADF and the mobile AUV are equipped with transceivers and radio modems for wireless radio exchange of commands and data between the ADF and the mobile AUV, and the ADUs are equipped with sonar information channels for the neighboring ADSs to communicate with each other, as well as equipped with sonar beacons for the formation of a sonar navigation system for a mobile ANU.
Однако возможности способа и системы [1] ограничены геофизическим мониторингом: сейсмическими и электромагнитными измерениями 1-й группы мониторинга для получения данных о морском дне, а в качестве устройств РПВ использованы сенсоры сейсмических и/или электромагнитных сигналов (гидрофоны, геофоны, датчики электромагнитного поля). Способ и система [1] предназначены специально для исследования дна моря и не затрагивают экологического мониторинга по контролю качества водной среды и загрязненности акватории (2-й группы мониторинга), поэтому технология [1] представляется недостаточно информативной для адекватных экологических исследований водной среды. Основное внимание в [1] уделено конструктивному выполнению и размещению блоков сейсмических и электромагнитных сенсоров различной формы и конфигурации (представлены 5 вариантов), однако специфика блоков питания в [1] не рассматривается, поскольку для подзарядки эти блоки должны подниматься на борт судна обеспечения на поверхность акватории.However, the capabilities of the method and system [1] are limited by geophysical monitoring: seismic and electromagnetic measurements of the 1st monitoring group to obtain data about the seabed, and sensors of seismic and / or electromagnetic signals (hydrophones, geophones, electromagnetic field sensors) are used as RPM devices . The method and system [1] are designed specifically for studying the bottom of the sea and do not affect environmental monitoring to control the quality of the aquatic environment and pollution of the water area (monitoring group 2), therefore technology [1] does not seem sufficiently informative for adequate ecological studies of the aquatic environment. The main attention in [1] is given to the constructive implementation and placement of blocks of seismic and electromagnetic sensors of various shapes and configurations (5 options are presented), however, the specifics of power supplies are not considered in [1], since these blocks must be lifted aboard the support vessel to the surface water areas.
Недостатком технологии [1] следует также считать ограниченный технический ресурс и необходимость всплытия носителей устройств сейсмических и электромагнитных сенсоров для подзарядки питания, что может быть устранено введением специальных устройств автономной подзарядки, предложенных в заявленном техническом решении. Кроме того, технология [1] требует наличия буксируемого судном обеспечения сейсмоисточника и поверхностного буя связи, а экологический мониторинг качества водной среды (включая глубоководные и значительные по размерам акватории) посредством технологии [1] невозможен. A disadvantage of the technology [1] should also be considered a limited technical resource and the need for the emergence of carriers of devices of seismic and electromagnetic sensors for recharging power, which can be eliminated by introducing special autonomous recharging devices proposed in the claimed technical solution. In addition, technology [1] requires a towed vessel to provide a seismic source and a surface communication buoy, and environmental monitoring of the quality of the aquatic environment (including deep-water and large-sized water areas) using technology [1] is not possible.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании способа и системы мобильного мониторинга акваторий, позволяющих проводить надежный и достоверный комплексный экологический мониторинг качества и загрязненности водной среды на значительных по размерам контролируемых участках акваторий большой глубины, обеспечивая необходимые и достаточные условия измерений, их дублирование и стыковку. Предлагаемое техническое решение, обеспечивающее непрерывность комплексных измерений и их регулярную трансляцию на ЦКП с заданной дискретностью, является конструктивной альтернативой известных технологий [2, 4-7] «реального времени», зачастую только декларируемых, а не корректно валидных для достижения технического результата.The essence of the proposed technical solution is to create a method and system for mobile monitoring of water areas, allowing reliable and reliable integrated environmental monitoring of the quality and pollution of the aquatic environment in large controlled areas of large water areas, providing the necessary and sufficient measurement conditions, their duplication and docking. The proposed technical solution, which ensures the continuity of complex measurements and their regular transmission to a digital data center with a given discreteness, is a constructive alternative to the well-known real-time technologies [2, 4-7], which are often only declared and not correctly validated to achieve a technical result.
Основной технический результат предлагаемого технического решения - расширение арсенала и функциональных возможностей средств экологического мониторинга акваторий (2-я группа) при повышении информативности, надежности и достоверности данных измерений качества водной среды посредством введения в состав системы экологического комплексного мониторинга мобильного подводного аппарата АНПА, гидроакустическая навигация которого осуществляется по маякам-ответчикам автономных донных станций (АДС), являющихся носителями устройств РПВ. Предложенная система обеспечивает дублирование процесса получения данных измерений и исключает необходимость всплытия носителей РПВ и/или АНПА для подзарядки элементов питания, не требует установки поверхностного буя-ретранслятора и независима от погодных условий. За счет использования мобильного АНПА обеспечивается стыковка измерений АДС, а взаимодействие и возможная взаимная подзарядка электропитания АДС и мобильного АНПА увеличивает технический ресурс всего комплекса мониторинга. Мобильный АНПА позволяет расширить площадь исследуемого района, покрытого сетью АДС. При этом может быть достигнуто близкое к оптимальному значение комплексного критерия «сложность-стоимость-эффективность (технический результат)», т.е. достижение технического результата при снижении сложности и приемлемой стоимости производства и технических средств комплексного экологического мониторинга акваторий.The main technical result of the proposed technical solution is the expansion of the arsenal and functionality of environmental monitoring tools for water areas (group 2) while increasing the information content, reliability and reliability of the data on measuring the quality of the aquatic environment by introducing into the environmental monitoring system a comprehensive underwater vehicle ANPA, whose sonar navigation carried out by transponder beacons of autonomous bottom stations (ADS), which are carriers of RPV devices. The proposed system provides duplication of the process of obtaining measurement data and eliminates the need for surfacing of RPV and / or AUV carriers to recharge batteries, does not require the installation of a surface repeater buoy and is independent of weather conditions. Through the use of a mobile AUV, the ADF measurements are docked, and the interaction and possible mutual recharging of the power supply of the ADS and a mobile AUV increases the technical resource of the entire monitoring complex. Mobile AUV allows expanding the area of the studied area covered by the ADF network. In this case, a close to optimal value of the complex criterion “complexity-cost-effectiveness (technical result)” can be achieved, i.e. achieving a technical result while reducing the complexity and acceptable cost of production and technical means of integrated environmental monitoring of water areas.
Технический результат при выполнении способа экологического мониторинга акваторий достигается следующим образом.The technical result when performing the method of environmental monitoring of water areas is achieved as follows.
Способ мониторинга акваторий включает размещение на дне исследуемой акватории носителей устройств регистрации параметров водной среды (РПВ), измерение параметров водной среды устройствами РПВ, передачу данных измерений по каналам связи с устройств РПВ на локальный контрольный пункт (ЛКП) и дальнейшую трансляцию по линиям радиосвязи данных измерений с ЛКП на центральный контрольный пункт (ЦКП) для обработки и анализа всей совокупности данных измерений, в качестве носителей устройств РПВ используют автономные донные станции (АДС), в качестве ЛКП используют, по меньшей мере, один мобильный автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), АДС и мобильный АНПА оснащают приемопередатчиками и радиомодемами для беспроводного радиообмена командами и данными между АДС и мобильным АНПА, причем АДС снабжают гидроакустическими информационными каналами связи соседних АДС друг с другом, а также оснащают гидроакустическими маяками-ответчиками для формирования гидроакустической системы навигации мобильного АНПА.A method of monitoring water areas includes placing at the bottom of the studied water area carriers of devices for recording the parameters of the aquatic environment (RPV), measuring the parameters of the aquatic environment with RPM devices, transmitting measurement data via communication channels from the RPV devices to a local control point (LPC) and further broadcasting measurement data via radio communication lines from LCP to the central control point (CCP) for processing and analysis of the entire set of measurement data, autonomous bottom stations (ADS) are used as carriers of RPVs, as At least one mobile autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) is used in the LPC, the ADF and a mobile AUV are equipped with transceivers and radio modems for wireless radio exchange of commands and data between the AUV and a mobile AUV, and the AUV provide hydroacoustic information channels for neighboring ADSs to communicate with each other , as well as equipped with sonar transponder beacons for the formation of a sonar navigation system for mobile AUVs.
Отличительной особенностью способа является то, что устройства РПВ выполняют многоканальными для измерения совокупности экологических параметров качества водной среды (в том числе ее загрязнения) датчиками, по крайней мере, из группы: датчики электропроводности и температуры, электрохимический детектор химического анализа из ионоселективных датчиков, детекторы спектрального и радиационного анализа. Параметры водной среды дополнительно измеряют устройствами РПВ, которые устанавливают на мобильном АНПА, при этом в подводном положении мобильный АНПА используют в качестве подвижного ЛКП, а при всплытии мобильного АНПА на поверхность - в качестве носителя средства радиосвязи (спутниковой связи) для трансляции данных измерений и информации о работе устройстве РПВ АДС на ЦКП. Способ также отличается тем, что мобильный АНПА и АДС снабжают устройствами и радиомодемами стыковки АНПА с АДС для подзарядки аккумуляторов мобильного АНПА от блоков питания АДС.A distinctive feature of the method is that the RPV devices are multi-channel for measuring a set of environmental parameters of the quality of the aquatic environment (including its pollution) with sensors, at least from the group of: conductivity and temperature sensors, an electrochemical chemical analysis detector from ion-selective sensors, spectral detectors and radiation analysis. The parameters of the aquatic environment are additionally measured by RPA devices, which are installed on a mobile AUV, while in a submerged position, a mobile AUV is used as a mobile paintwork, and when a mobile AUV is surfaced to the surface, it is used as a carrier for radio communication (satellite) to transmit measurement data and information about the operation of the RPV ADS device on the CCP. The method also differs in that the mobile AUV and ADS supply devices and radio modems for docking the AUV with the ADS for recharging the batteries of the AUV from ADS power supplies.
Технический результат при использовании мобильной системы комплексного мониторинга достигается следующим образом.The technical result when using a mobile integrated monitoring system is achieved as follows.
Мобильная система комплексного мониторинга акваторий содержит размещенные на дне исследуемой акватории носители устройств измерения и регистрации параметров водной среды (РПВ) и связанный с ними средствами связи локальный контрольный пункт (ЛКП), а также центральный контрольный пункт (ЦКП), связанный с ЛКП линиями радиосвязи, в качестве носителей устройств РПВ использованы автономные донные станции (АДС), в качестве ЛКП использован, по меньшей мере, один мобильный автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), АДС и мобильный АНПА оснащены приемопередатчиками и радиомодемами для беспроводного радиообмена командами и данными между АДС и мобильным АНПА, причем АДС снабжены гидроакустическими информационными каналами связи соседних АДС друг с другом, а также оснащены гидроакустическими маяками-ответчиками для формирования гидроакустической системы навигации мобильного АНПА.The mobile system for integrated monitoring of water areas contains carriers of devices for measuring and recording the parameters of the aquatic environment located at the bottom of the studied area of water and a local control point (LPC) connected to them by means of communication, as well as a central control point (CCL) connected to the LCP by radio communication lines, autonomous bottom stations (ADS) were used as carriers for RPV devices, at least one mobile autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) was used as an LCP, an AUV and a mobile AUV were used They are equipped with transceivers and radio modems for wireless radio exchange of commands and data between the ADS and the mobile AUV, and the ATS are equipped with hydro-acoustic information channels for the neighboring ADS to communicate with each other, as well as equipped with hydro-acoustic beacons-transponders for the formation of a hydro-acoustic navigation system for a mobile AUV.
Система отличается тем, что устройства РПВ выполнены многоканальными для измерения совокупности экологических параметров качества водной среды (в том числе ее загрязнения) датчиками, по крайней мере, из группы: датчики электропроводности и температуры, электрохимический детектор химического анализа из ионоселективных датчиков, детекторы спектрального и радиационного анализа. The system is characterized in that the RPV devices are multichannel for measuring a set of environmental parameters of the quality of the aquatic environment (including its pollution) by sensors, at least from the group: conductivity and temperature sensors, an electrochemical chemical analysis detector from ion-selective sensors, spectral and radiation detectors analysis.
Кроме того, система отличается тем, что на мобильном АНПА дополнительно установлены устройства РПВ для измерения параметров водной среды.In addition, the system is characterized in that RPV devices for measuring the parameters of the aquatic environment are additionally installed on the mobile AUV.
При этом мобильный АНПА, являющийся ЛКП, содержит включаемые при всплытии средства радиосвязи (спутниковой связи) для трансляции всей совокупности данных измерений и информации о работе устройств РПВ АДС и РПВ АНПА на ЦКП.At the same time, the mobile AUV, which is an LCP, contains the radio communications (satellite communications) that are included when surfacing to transmit the entire set of measurement data and information about the operation of RPA ADVs and RPA AUVs to the CCP.
Система также отличается тем, что мобильный АНПА и АДС снабжены устройствами и радиомодемами стыковки АНПА с АДС для подзарядки аккумуляторов мобильного АНПА от блоков питания АДС, при этом устройства стыковки мобильного АНПА и АДС выполнены в виде устройств бесконтактной связи посредством сопряженных катушек индуктивности.The system is also characterized in that the mobile AUV and ADS are equipped with devices and radio modems for connecting the AUV with the ADS to recharge the batteries of the AUV from ADS power supplies, while the devices for connecting the AUV and ADS are made in the form of contactless devices by means of paired inductors.
На фиг. 1 представлена общая схема выполнения мобильной системы комплексного мониторинга акваторий, на фиг. 2 приведены общие конструктивные схемы автономной донной станции АДС и мобильного АНПА, фиг. 3 иллюстрирует конструкцию устройства РПВ АДС и РПВ АНПА.In FIG. 1 shows a general diagram of a mobile system for integrated monitoring of water areas; FIG. 2 shows the general structural schemes of the autonomous bottom station ADS and mobile AUV, FIG. 3 illustrates the design of the device RPV ADS and RPV AUV.
На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:
1 - АДС - носители устройств РПВ;1 - ADS - media RPV devices;
2 - мобильный АНПА;2 - mobile AUV;
3 - линия связи АДС с АНПА;3 - communication line of ADS with AUV;
4 - блок стыковки АДС с АНПА;4 - block connecting ADS with AUV;
5 - блок связи АДС с АНПА (приемопередатчик и радиомодем);5 - communication unit ADS with AUV (transceiver and radio modem);
6 - блок маяка-ответчика;6 - block of the beacon-responder;
7 - блок гидроакустической связи АДС с соседними АДС;7 - a unit for hydroacoustic communication of ADS with neighboring ADS;
8 - блок датчиков РПВ АДС (многоканальное устройство);8 - sensor block RPV ADS (multichannel device);
9 - блок измерения и хранения параметров водной среды АДС;9 - unit for measuring and storing the parameters of the water environment of the ADS;
10 - блок питания АДС;10 - power supply unit;
11 - контроллер АДС; 11 - ADS controller;
12 - блок стыковки АНПА с АДС;12 - block docking AUV with ADS;
13 - блок связи АНПА с АДС (приемопередатчик и радиомодем);13 - communication unit AUV with ADS (transceiver and radio modem);
14 - модуль гидроакустической навигации АНПА по маякам-ответчикам;14 — AUV hydroacoustic navigation module for responder beacons;
15 - устройство радиосвязи (спутниковой связи) АНПА с ЦКП;15 - radio communication device (satellite communication) of the AUV with the CCP;
16 - блок датчиков РПВ АНПА (многоканальное устройство);16 - RPV sensor unit ANPA (multichannel device);
17 - блок измерения и хранения параметров водной среды АНПА;17 - unit for measuring and storing the parameters of the aquatic environment AUV;
18 - блок питания АНПА;18 - power unit AUV;
19 - контроллер АНПА;19 - AUV controller;
20 - датчик электропроводности;20 - conductivity sensor;
21 - датчик температуры;21 - temperature sensor;
22 - электрохимический детектор из ионоселективных датчиков;22 - electrochemical detector of ion-selective sensors;
23 - ионоселективные датчики;23 - ion-selective sensors;
24 - детектор спектрального анализа;24 - spectral analysis detector;
25 - детектор радиационного анализа.25 - radiation analysis detector.
Работа мобильной системы комплексного мониторинга при осуществлении способа мониторинга акваторий заключается в следующем.The operation of a mobile integrated monitoring system when implementing a method for monitoring water areas is as follows.
Последовательно перемещаясь от одной АДС 1 к другой АДС, которые размещены на дне исследуемой акватории и являются носителями устройств 8 РПВ, мобильный (самоходный, управляемый автоматически по заданной программе [8]) АНПА 2, который является ЛПК, поочередно собирает данные измерений устройств 8 РПВ АДС о параметрах водной среды (фиг. 1). В качестве АДС могут быть использованы известные устройства (например, по патентам RU 136414 U1, 10.01.2014, RU 13094 U1, 10.08.2013 или их модификации), а АНПА может быть реализован на принципах, изложенных в [8], RU 108747 U1, 27.09.2011. При этом АНПА 2 определяет свое местоположение посредством модуля 14 гидроакустической навигации по маякам-ответчикам 6 АДС, формирующих гидроакустическую систему навигации с длинной базовой линией (см. [8]). Измеряемые датчиками устройства 8 РПВ значения параметров водной среды преобразуются в блоке 9 приема и хранения информации и поступают в блок 5 связи АДС с АНПА. Moving sequentially from one
Передача данных измерений с АДС 1 на АНПА 2 осуществляется по линии связи 3 посредством блока 5 связи, выполненного в виде приемопередатчика и радиомодема для беспроводного радиообмена командами и данными между АДС и АНПА. Принцип построения беспроводной (бесконтактной) связи (до расстояний 5 м) известны и описаны в [2, 11]. Для стыковки АДС с АНПА при подзарядке блока 18 питания мобильного АНПА 2 от блока 10 питания АДС 1 (литиевый источник питания в якорном блоке АДС) используется блок 4, при этом устройство 4 также выполнено в виде устройства бесконтактной связи посредством сопряженных катушек индуктивности. Устройства бесконтактной связи известны [2] и применяются в подводной технике (например, модуль "Seatooth S100" фирмы WFS [11]).The measurement data are transmitted from the
Блок 7 служит для гидроакустической связи соседних АДС друг с другом для передачи измеренных блоком 8 данных. Последовательная передача данных с одной АДС на соседнюю АДС и накопление данных всей сети АДС на одной (контрольной) АДС с последующей передачей на ЦКП всей совокупности данных при всплытии контрольной АДС (показано вертикальной стрелкой на фиг. 1) является дополнительным вариантом использования системы комплексного мониторинга, обеспечивающим дублирование и надежность системы и исключающим необходимость всплытия других АДС, кроме контрольной.
Блок 8 АДС 1 и блок 16 АНПА 2 являются многоканальными устройствами для измерения совокупности параметров водной среды и содержат (фиг. 3) датчик 20 электропроводности, датчик 21 температуры (или известный модуль CTD [3], включающий совокупность датчиков электропроводности, температуры и глубины) электрохимический детектор 22 из ионоселективных датчиков 23, детекторы 24 и 25 спектрального и радиационного анализа. Описание структуры и работы датчиков можно найти в [3]. При необходимости число датчиков и измеряемых параметров водной среды может быть увеличено.
Контроллер 11 управляет работой блоков 4-10, входящих в АДС, и выполнен в виде цифрового программируемого процессора.The
Структура и работа блоков 12, 13, 16-18 мобильного АНПА 2 (фиг. 2) в части измерения параметров водной среды и взаимодействия с АДС аналогичны структуре и работе соответственно блоков 4, 5, 8-10 АДС 1. Модуль 14 обеспечивает гидроакустическую навигацию АНПА по маякам-ответчикам 6 АДС.The structure and operation of
При всплытии АНПА 2 на поверхность акватории включается блок 15 радиосвязи (спутниковой связи) для трансляции всей совокупности данных измерений и информации о работе устройств РПВ АДС и РПВ АНПА на ЦКП. Работой блоков 12-18, входящих в АНПА, управляет контроллер 19.When the
ЦКП, который может быть выполнен в виде наземного контрольного пункта или размещен на судне, находящемся в исследуемой акватории, обрабатывает всю совокупность данных измерений, полученных РПВ АДС и РПВ мобильного АНПА, а также информацию об их работе.The CCP, which can be made in the form of a ground checkpoint or placed on a ship located in the studied area, processes the entire set of measurement data obtained by the RPA of the ADF and the RPV of the mobile AUV, as well as information about their work.
Для мониторинга значительных акваторий одновременно со стационарными АДС-носителями устройств РПВ могут использоваться два (или более) мобильных АНПА.Two (or more) mobile AUVs can be used to monitor significant water areas simultaneously with stationary ADS carriers of RPV devices.
Таким образом, предложенные система и способ позволяют эффективно использовать их в процессе мобильного комплексного мониторинга глубоководных (до 6000 м) и значительных по размерам (до 100 кв. км и более) акваторий для контроля загрязнения, зон буровых платформ, подводных трубопроводов, разлива нефти, аварийных районов танкеров и других чрезвычайных ситуаций.Thus, the proposed system and method allows their effective use in the process of mobile integrated monitoring of deep-water (up to 6000 m) and large (up to 100 sq. Km and more) water areas for pollution control, zones of drilling platforms, subsea pipelines, oil spills, emergency areas of tankers and other emergency situations.
Из описания способа и системы мониторинга следует, что достигается их назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков. При этом достигается близкое к оптимальному значение комплексного критерия «сложность - стоимость - эффективность (технический результат)». From the description of the monitoring method and system, it follows that their purpose is achieved with the indicated technical result, which is in a causal relationship with a set of essential features. This achieves close to optimal value of the complex criterion "complexity - cost - efficiency (technical result)".
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
I. Прототип и аналог:I. Prototype and analogue:
1. US 7796466 В2, 14.09.2010 (US 2008/0144442 А1, 19.07.2008) - прототип.1. US 7796466 B2, 09/14/2010 (US 2008/0144442 A1, 07/19/2008) - the prototype.
2. US 4805160, 14.02.1989 - аналог.2. US 4805160, 02/14/1989 - analogue.
II. Дополнительные источники по уровню техники:II. Additional sources of prior art:
3. RU 142150 U1, 20.06.2014.3. RU 142150 U1, 06.20.2014.
4. RU 2443001 С1, 20.02.2012.4. RU 2443001 C1, 02.20.2012.
5. RU 2331876 С2, 20.08.2008.5. RU 2331876 C2, 08.20.2008.
6. RU 2282217 С1, 20.08.2006.6. RU 2282217 C1, 08.20.2006.
7. RU 2269801 С2, 10.02.2006.7. RU 2269801 C2, 02/10/2006.
8. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования: Пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - 232 с. 8. Milne P.H. Hydroacoustic positioning systems: Per. from English - L .: Shipbuilding, 1989 .-- 232 p.
9. Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий / Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов и др. - М.: Наука, 2005. - 346 с. 9. Geoecological monitoring of offshore oil and gas areas / L.I. Lobkovsky, D.G. Levchenko, A.V. Leonov et al. - M .: Nauka, 2005 .-- 346 p.
10. www.ecocommunity.ru/refer.php?id=291.10. www.ecocommunity.ru/refer.php?id=291.
11. www.wfs-tec.com.11. www.wfs-tec.com.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014115130/28A RU2569938C2 (en) | 2014-04-15 | 2014-04-15 | Mobile system of complex monitoring of areas of water and method of monitoring of areas of water |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014115130/28A RU2569938C2 (en) | 2014-04-15 | 2014-04-15 | Mobile system of complex monitoring of areas of water and method of monitoring of areas of water |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014115130A RU2014115130A (en) | 2014-08-10 |
RU2569938C2 true RU2569938C2 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=51355054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014115130/28A RU2569938C2 (en) | 2014-04-15 | 2014-04-15 | Mobile system of complex monitoring of areas of water and method of monitoring of areas of water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569938C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649628C1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-04-04 | Владимир Васильевич Чернявец | Precision navigation system for mobile objects using glonass ground infrastructure data |
RU2657129C2 (en) * | 2016-06-30 | 2018-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга" | Method of searching hydrocarbons deposits by seismic, electrophoric and electrochemical methods |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4805160A (en) * | 1986-09-10 | 1989-02-14 | Japan Marine Science & Technology Center | Data transmission method for ocean acoustic tomography |
US6916219B2 (en) * | 2001-11-09 | 2005-07-12 | Apprise Technologies, Inc. | Remote sampling system |
RU2443001C1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method for the region's ecological state data collection and an automated system of ecological monitoring and emergency monitoring of the regional environment |
RU115929U1 (en) * | 2012-01-10 | 2012-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) | HYDROACOUSTIC COMPLEX FOR REMOTE MONITORING OF HYDROPHYSICAL PARAMETERS IN SHALLOW WATER AQUATORIES |
RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
-
2014
- 2014-04-15 RU RU2014115130/28A patent/RU2569938C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4805160A (en) * | 1986-09-10 | 1989-02-14 | Japan Marine Science & Technology Center | Data transmission method for ocean acoustic tomography |
US6916219B2 (en) * | 2001-11-09 | 2005-07-12 | Apprise Technologies, Inc. | Remote sampling system |
RU2443001C1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method for the region's ecological state data collection and an automated system of ecological monitoring and emergency monitoring of the regional environment |
RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
RU115929U1 (en) * | 2012-01-10 | 2012-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) | HYDROACOUSTIC COMPLEX FOR REMOTE MONITORING OF HYDROPHYSICAL PARAMETERS IN SHALLOW WATER AQUATORIES |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МИЛН П.Х. Гидроакустические системы позиционирования: Пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - 232 с. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2657129C2 (en) * | 2016-06-30 | 2018-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга" | Method of searching hydrocarbons deposits by seismic, electrophoric and electrochemical methods |
RU2649628C1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-04-04 | Владимир Васильевич Чернявец | Precision navigation system for mobile objects using glonass ground infrastructure data |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014115130A (en) | 2014-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bingham et al. | Passive and active acoustics using an autonomous wave glider | |
CN105547261B (en) | A kind of outlying islands and reefs underwater topography landforms survey system and method | |
CN102854534A (en) | Method and device of obtaining a node-to-surface distance in a network of acoustic nodes, corresponding computer program product and storage means | |
JP2002162459A (en) | Positioning device of underwater moving body | |
RU2426149C1 (en) | Sonar location complex | |
CN110703203A (en) | Underwater pulsed sound positioning system based on multi-acoustic wave glider | |
CN105793725A (en) | Underwater tracking system | |
CN110703202B (en) | Underwater pulsed sound positioning system based on multi-acoustic wave glider and unmanned surface vehicle | |
CN102081170A (en) | Submarine cable secondary positioning method based on integrated positioning of acoustic long baseline and ultrashort baseline | |
WO2019055583A1 (en) | Method for tracking underwater objects | |
CN105629307A (en) | Subsea pipeline detection and measurement acoustic system and method | |
CN107153192A (en) | A kind of underwater robot target positioning identifying method and system | |
CN110294080A (en) | A method of underwater accurate operation is realized using ultra-short baseline | |
CN113895572A (en) | Overwater and underwater integrated unmanned system and method | |
JP2009017241A (en) | Highly functional buoy incorporating gps | |
RU2569938C2 (en) | Mobile system of complex monitoring of areas of water and method of monitoring of areas of water | |
JP2004245779A (en) | System for determining position of submerging vessel and sonobuoy | |
JP6640421B1 (en) | Elastic wave exploration apparatus including self-buoyancy type elastic wave exploration module and method therefor | |
Key et al. | Inverted long-baseline acoustic navigation of deep-towed CSEM transmitters and receivers | |
CN114370868B (en) | Unmanned ship formation deep towing operation system and method | |
Crowell | Small AUV for hydrographic applications | |
CN114966711A (en) | Manned submersible vehicle-oriented seawater depth determination method and system | |
Watanabe et al. | Development of a floating LBL system and a lightweight ROV for sky to water system | |
JP4830269B2 (en) | Mooring sensor positioning method and apparatus | |
US20170248723A1 (en) | Positioning along a streamer using surface references |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190416 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201216 |