RU2760343C1 - Multi-agent software and hardware complex for collecting, transmitting, processing, displaying data for hydrographic survey of water reservoirs and operational monitoring of changes in bottom relief - Google Patents
Multi-agent software and hardware complex for collecting, transmitting, processing, displaying data for hydrographic survey of water reservoirs and operational monitoring of changes in bottom relief Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760343C1 RU2760343C1 RU2021111333A RU2021111333A RU2760343C1 RU 2760343 C1 RU2760343 C1 RU 2760343C1 RU 2021111333 A RU2021111333 A RU 2021111333A RU 2021111333 A RU2021111333 A RU 2021111333A RU 2760343 C1 RU2760343 C1 RU 2760343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- complex
- vhf
- gsm
- unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к системам автоматизированной интеграции периферийных устройств в составе программно-аппаратных комплексов, предназначенных для получения оперативной информации о рельефе дна на участках шельфа, в зонах акваторий портов и близлежащих участках внутренних водных путей (ВВП) и на участках ВВП различной протяженности.The invention relates to systems for the automated integration of peripheral devices as part of software and hardware complexes designed to obtain operational information about the bottom topography on shelf areas, in port water areas and nearby sections of inland waterways (IVS) and on sections of waterways of various lengths.
Уровень техникиState of the art
Наиболее востребованным видом работ, осуществляемых в процессе гидрографической съемки, является батиметрическая съемка, результатом которой является карта глубин в зоне исследования.The most popular type of work carried out in the process of hydrographic survey is bathymetric survey, the result of which is a depth map in the study area.
Традиционно съемку глубин акватории выполняют промерными гидрографическими эхолотами, отличающиеся большей точностью от эхолотов, предназначенных для рыбалки. Эхолоты - это гидроакустические инструменты (гидролокаторы, сонары), предназначенные для исследования рельефа дна водного бассейна и локации подводных объектов. Действие эхолота основано на измерении промежутка времени, прошедшего с момента посылки зондирующего ультразвукового импульса до момента приема отраженного сигнала, и пересчета его в расстояние, пройденное звуковым импульсом.Traditionally, surveying the depths of the water area is carried out by measuring hydrographic echo sounders, which are more accurate than echo sounders intended for fishing. Echo sounders are hydroacoustic instruments (sonars, sonars) designed to study the bottom topography of a water basin and locate underwater objects. The operation of the echo sounder is based on measuring the time interval from the moment the sounding ultrasonic pulse was sent to the moment of receiving the reflected signal, and recalculating it into the distance traveled by the sound pulse.
Существуют различные модели эхолотов и в настоящее время появляются различные технические решения, обеспечивающее удобство проведения гидрографической съемки (https://southsurvey.ru/de-28s-south). Как правило, это специализированные комплексные устройства, ориентированные на применение на одном судне, выполняющем съемки. Такие устройства сложны, содержат много составных частей, требующих особых условий для их установки на судне, требуют привлечения высококвалифицированного персонала. Это значительно удорожает и замедляет гидрографическую съемку, что особенно критично для постоянного оперативного мониторинга изменения рельефа дна.There are various models of echo sounders and at present, various technical solutions are emerging that provide the convenience of conducting hydrographic surveys (https://southsurvey.com/de-28s-south). As a rule, these are specialized complex devices focused on application on a single vessel performing surveys. Such devices are complex, contain many components that require special conditions for their installation on a ship, and require highly qualified personnel. This significantly increases the cost and slows down of hydrographic survey, which is especially critical for continuous operational monitoring of changes in the bottom topography.
Наиболее близким техническим решением к заявленному мультиагентному программно-аппаратному комплексу является гидрографический эхолот, включающий средства настройки, формирования и излучения зондирующих импульсов, средства приема, обработки, хранения и отображения отраженных зондирующих импульсов, а также средства, обеспечивающие взаимодействие с навигационно-гидрографическим оборудованием и персональным компьютером, с отображением на персональном компьютере сведений о параметрах отраженного сигнала и профиле дна, причем средства формирования и настройки зондирующих импульсов включают первый одночастотный излучатель и второй двухчастотный излучатель, подключаемые к эхолоту раздельно, и обеспечивают возможность установки верхней и нижней границ измерения глубины; средства обработки, хранения и отображения отраженных зондирующих импульсов учитывают физические свойства водной среды, обеспечивают разбиение диапазона сканирования на интервалы времени и/или дальности, в которых последовательно выделяют наибольшую интенсивность отражения, и формируют изображение профиля дна и осциллограммы отраженного сигнала. Это позволяет повысить качество работ по определению рельефа дна, сочетающее точность измерений и удобство работы с оборудованием, а также удобство принятия решения по результатам измерений (RU 2552120, 10.06.2015). Однако данное устройство не обеспечивает достаточный охват и скорость получения оперативной информации о рельефе дна в зонах акваторий портов и близлежащих участках внутренних водных путей и на участках ВВП различной протяженности вследствие того, что измерения выполняются непосредственно по траектории движения плавсредства. Для получения необходимого количества данных для построения карты глубин акватории требуется длительное выполнение съемок по сетке промерных галсов.The closest technical solution to the claimed multi-agent hardware and software complex is a hydrographic echo sounder, which includes means for setting, generating and emitting sounding pulses, means for receiving, processing, storing and displaying reflected sounding pulses, as well as means for interacting with navigation and hydrographic equipment and personal a computer, displaying on a personal computer information about the parameters of the reflected signal and the bottom profile, and the means for generating and adjusting the sounding pulses include the first single-frequency emitter and the second two-frequency emitter, which are connected to the echo sounder separately, and provide the ability to set the upper and lower boundaries of the depth measurement; means for processing, storing and displaying the reflected sounding pulses take into account the physical properties of the aquatic environment, provide the division of the scanning range into time and / or range intervals, in which the highest reflection intensity is sequentially selected, and form an image of the bottom profile and oscillogram of the reflected signal. This makes it possible to improve the quality of work on determining the bottom topography, combining the accuracy of measurements and the convenience of working with the equipment, as well as the convenience of making decisions based on the results of measurements (RU 2552120, 06/10/2015). However, this device does not provide sufficient coverage and speed of obtaining operational information about the bottom topography in the water areas of ports and nearby sections of inland waterways and on sections of waterways of various lengths due to the fact that measurements are carried out directly along the trajectory of the floating craft. To obtain the required amount of data for building a map of the depths of the water area, long-term surveys are required along the grid of sounding tacks.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении скорости и объема получения оперативной информации о рельефе дна на участках шельфа, в зонах акваторий портов и близлежащих участках внутренних водных путей, получения данных для оперативной корректировки электронных батиметрических карт акваторий.The technical result of the claimed invention is to increase the speed and volume of obtaining operational information about the bottom topography on the shelf areas, in the zones of port water areas and nearby areas of inland waterways, to obtain data for the operational correction of electronic bathymetric maps of the water areas.
Технический результат достигается тем, что создан мультиагентный программно-аппаратный комплекс для выполнения гидрографической съемки водоемов и оперативного мониторинга изменения рельефа дна, содержащий базовый комплекс, выполненный в виде функционала для контроля, приема, обработки, отображения, сохранения и анализа поступающей информации и снабженный автоматизированным рабочим местом (АРМ), модемами Wi-Fi, УКВ, GSM и антеннами Wi-Fi, УКВ и GSM, соединенных с АРМ сетью передачи данных, причем АРМ представляет собой программно-аппаратный блок на основе персонального компьютера (ПК) с установленным в нем программным обеспечением (ПО), предназначенным для управления функционированием мультиагентного программно-аппаратного комплекса и двумя или более судовыми комплексами, каждый судовой комплекс содержит три блока, соединенных между собой электрическими кабелями: антенный блок, набортный блок и погружный блок, при этом антенный блок содержит, выполненные в защищенном морском исполнении, антенну Глобальной Навигационной спутниковой Системы (ГНСС), антенны Wi-Fi, УКВ, GSM, набортный блок содержит модуль интеграции и присоединенные к нему через входы и выходы блок питания, приемник ГНСС, модемы Wi-Fi, УКВ, GSM, блок архивации для сохранения данных глубины в энергонезависимой памяти, дисплей, модуль гидрографического эхолота, модуль определения заглубления, датчик атмосферного давления, при этом набортный блок выполнен в виде прочного защищенного от внешних воздействий корпуса с электрическими разъемами, дисплеем, кнопками питания и перезагрузки встроенного ПО, электрическими разъемами для подключения антенного блока и погружного блока, который в свою очередь содержит приемопередающую антенну эхолота, датчик положения и датчик гидростатического давления, причем погружной блок выполнен в виде прочного герметичного подводного пластикового корпуса и устанавливается на конце закрепляемой на плавсредстве и погруженной в воду штанги, или стационарно устанавливается на корпусе судна или в специализированной шахте, вмонтированной в корпус судна, датчик положения через вход и выход соединен с модулем интеграции, датчик гидростатического давления через вход соединен с модулем определения заглубления, соединенного с датчиком атмосферного давления, информация из которых по кабелю поступает в модуль интеграции набортного блока, приемопередающая антенна эхолота соединена через модуль гидрографического эхолота с модулем интеграции, спутниковые сигналы принимаются антенной ГНСС, поступают в приемник ГНСС, предназначенный для выработки на их основе текущих географических координат и единого времени, которые затем поступают в модуль интеграции, данные от модуля интеграции через последовательно соединенные модем Wi-Fi, антенну Wi-Fi антенного блока судового комплекса, антенну Wi-Fi, модем Wi-Fi базового комплекса или через последовательно соединенные модем УКВ, антенну УКВ антенного блока судового комплекса, антенну УКВ, модем УКВ базового комплекса или через последовательно соединенные модем GSM, антенну GSM антенного блока судового комплекса, береговую GSM-инфраструктуру и антенну GSM, модем GSM базового комплекса из судового комплекса, отображаясь на дисплее, передаются в АРМ.The technical result is achieved by the fact that a multi-agent software and hardware complex has been created for performing hydrographic surveying of reservoirs and operational monitoring of changes in the bottom topography, containing a basic complex designed as a functional for monitoring, receiving, processing, displaying, storing and analyzing incoming information and equipped with an automated worker place (AWP), Wi-Fi, VHF, GSM modems and Wi-Fi, VHF and GSM antennas connected to the AWP by a data transmission network, and the AWP is a software and hardware unit based on a personal computer (PC) with installed software software (software) designed to control the operation of a multi-agent software and hardware complex and two or more ship complexes, each ship complex contains three blocks, interconnected by electric cables: antenna unit, on-board unit and submersible unit, while the antenna unit contains made in a protected marine design, antenna of the Global Navigation Satellite System (GNSS), Wi-Fi, VHF, GSM antennas, the on-board unit contains an integration module and a power supply unit connected to it through inputs and outputs, a GNSS receiver, Wi-Fi, VHF, GSM modems, an archiving unit for saving depth data in non-volatile memory, display, hydrographic echo sounder module, depth determination module, atmospheric pressure sensor, while the on-board unit is made in the form of a durable protected from external influences case with electrical connectors, display, power and firmware reset buttons, electrical connectors for connection antenna unit and submersible unit, which, in turn, contains a transceiver antenna of the echo sounder, a position sensor and a hydrostatic pressure sensor, and the submersible unit is made in the form of a strong sealed underwater plastic case and is installed at the end of a rod attached to the boat and submerged in water, or is permanently installed on the case of a vessel or in a specialized mine, built into the hull of the vessel, the position sensor is connected to the integration module through the inlet and outlet, the hydrostatic pressure sensor is connected through the inlet to the depth determination module connected to the atmospheric pressure sensor, information from which is fed through the cable to the integration module of the onboard unit , the transceiver antenna of the echo sounder is connected through the hydrographic echo sounder module with the integration module, satellite signals are received by the GNSS antenna, fed to the GNSS receiver, designed to generate on their basis current geographic coordinates and uniform time, which are then fed to the integration module, data from the integration module through serial connected by a Wi-Fi modem, a Wi-Fi antenna of the ship's antenna unit, a Wi-Fi antenna, a Wi-Fi modem of the base complex or through a series-connected VHF modem, a VHF antenna unit of the ship complex, a VHF antenna, a VHF modem of the base complex or via serial The connected GSM modem, the GSM antenna unit of the ship complex, the coastal GSM infrastructure and the GSM antenna, the GSM modem of the base complex from the ship complex, being displayed on the display, are transmitted to the AWP.
В предпочтительном варианте судовые комплексы размещают на различных плавсредствах, перемещающихся по контролируемой акватории.In a preferred embodiment, the ship complexes are deployed on various floating craft moving through the controlled water area.
В предпочтительном варианте АРМ базового комплекса размещают в любой точке на берегу или на базовом судне.In a preferred embodiment, the AWS of the base complex is located at any point on the shore or on the base ship.
В предпочтительном варианте мультиагентный программно-аппаратный комплекс содержит один и более однотипных береговых серверов, предназначенных для получения данных от модулей интеграции судовых комплексов по одному из каналов связи Wi-Fi, УКВ и GSM.In a preferred embodiment, the multi-agent hardware and software complex contains one or more coastal servers of the same type, designed to receive data from the integration modules of the ship complexes via one of the Wi-Fi, VHF and GSM communication channels.
В предпочтительном варианте береговые сервера связаны с АРМ базового комплекса по каналам связи Wi-Fi, УКВ, GSM, спутниковая связь для передачи данных в АРМ базового комплекса.In the preferred embodiment, the coastal servers are connected to the AWS of the base complex via Wi-Fi, VHF, GSM communication channels, satellite communication for data transmission to the AWS of the base complex.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена структурная схема взаимодействующих базового комплекса и одиночного судового комплекса.FIG. 1 shows a block diagram of the interacting base complex and a single ship complex.
На фиг. 2 представлена структурная схема варианта ПАК с базовым комплексом и несколькими однотипными судовыми комплексами.FIG. 2 shows a block diagram of the PAK version with a base complex and several ship complexes of the same type.
На фиг. 3 представлена структурная схема варианта ПАК с базовым комплексом, несколькими однотипными береговыми серверами и судовыми комплексами.FIG. 3 shows a block diagram of the PAK variant with a base complex, several coastal servers of the same type and ship complexes.
Мультиагентный программно-аппаратный комплекс содержит базовый комплекс (1), судовой комплекс (2) и береговую GSM-инфраструктуру (3) (см. фиг. 1 и фиг. 2).The multi-agent hardware-software complex contains the base complex (1), the ship complex (2) and the coastal GSM-infrastructure (3) (see Fig. 1 and Fig. 2).
ПАК представляет собой автоматизированную систему по сбору, обработке, хранению, выдаче и визуализации гидрографических данных от распределенных по различным плавсредствам судовых комплексов (СК) (2).PAK is an automated system for collecting, processing, storing, issuing and visualizing hydrographic data from ship complexes (SC) distributed over various floating facilities (2).
Базовый комплекс (1) состоит из размещенных в прочных, защищенных от внешних воздействий (механические воздействия, пыль, вода), корпусах, составных частей. Это позволяет устанавливать его в любом удобном месте в зданиях, автомобилях судах и т.п. В состав базового комплекса входят следующие его элементы: автоматизированное рабочее место (АРМ) (7), модем Wi-Fi (8), модем УКВ (9), модем GSM (10), антенна Wi-Fi (11), антенна УКВ (12), антенна GSM (13), соединенные между собой сетью передачи данных. Базовый комплекс (1) выполнен в виде функционала для контроля, приема, обработки, отображения, сохранения и анализа поступающей информации. АРМ (7) представляет собой программно-аппаратный блок на основе персонального компьютера (ПК) с установленным в нем программным обеспечением (ПО), с помощью которого осуществляется управление функционированием ПАК. ПО имеет полный функционал для контроля работы большого количества СК (2), приема, обработки, отображения, сохранения и анализа поступающей информации. АРМ (7) устанавливается в удобном для работы операторов месте. К АРМ (7) через модем Wi-Fi (8) подключена антенна Wi-Fi (11) для обеспечения обмена данными с СК (2) по каналу связи Wi-Fi. Так же к АРМ (7) через модем УКВ (9) подключена антенна УКВ (12) для обеспечения обмена данными с СК (2) по каналу связи УКВ. Кроме того, к АРМ (7) через модем GSM (10) подключена антенна GSM (13) для обеспечения обмена данными с СК (2) по каналу связи GSM.The basic complex (1) consists of housed in durable, protected from external influences (mechanical stress, dust, water), cases, components. This allows it to be installed in any convenient place in buildings, cars, ships, etc. The base complex includes the following elements: an automated workstation (AWP) (7), a Wi-Fi modem (8), a VHF modem (9), a GSM modem (10), a Wi-Fi antenna (11), a VHF antenna ( 12), a GSM antenna (13), interconnected by a data transmission network. The basic complex (1) is designed as a functional for monitoring, receiving, processing, displaying, storing and analyzing incoming information. AWP (7) is a software and hardware unit based on a personal computer (PC) with installed software (SW), with the help of which the operation of the PAK is controlled. The software has full functionality for monitoring the operation of a large number of ICs (2), receiving, processing, displaying, saving and analyzing incoming information. AWP (7) is installed in a place convenient for operators' work. A Wi-Fi antenna (11) is connected to the AWP (7) via a Wi-Fi modem (8) to ensure data exchange with the SC (2) via a Wi-Fi communication channel. Also, a VHF antenna (12) is connected to the AWP (7) via a VHF modem (9) to ensure data exchange with the SC (2) via the VHF communication channel. In addition, a GSM antenna (13) is connected to the AWP (7) via a GSM modem (10) to ensure data exchange with the IC (2) via the GSM communication channel.
Судовой комплекс (2) содержит три блока, соединенные между собой электрическими кабелями: антенного блока (4), набортного блока (5) и погружного блока (6). При этом антенный блок (4) содержит, выполненные в защищенном морском исполнении, антенну Глобальной Навигационной спутниковой Системы (ГНСС) (14), антенны Wi-Fi (15), УКВ (16) и GSM (17) устанавливаемые на возвышенных точках плавсредства. Антенна ГНСС (14) может быть установлена на штангу погружного блока (6).The ship complex (2) contains three blocks, interconnected by electric cables: antenna block (4), on-board block (5) and submersible block (6). At the same time, the antenna unit (4) contains, made in a protected maritime version, the antenna of the Global Navigation Satellite System (GNSS) (14), Wi-Fi (15), VHF (16) and GSM (17) antennas installed at elevated points of the floating craft. The GNSS antenna (14) can be installed on the rod of the submersible unit (6).
Набортный блок (5) содержит модуль интеграции (18) и присоединенные к нему через входы и выходы блок питания (19), приемник ГНСС (20), а также модемы Wi-Fi (21), УКВ (22), GSM (23), блок архивации (24) для сохранения данных глубины в энергонезависимой памяти, дисплей (25), модуль гидрографического эхолота (26), модуль определения заглубления (29) и датчик атмосферного давления (31). Причем набортный блок (5) выполнен в виде прочного защищенного от внешних воздействий корпуса с электрическими разъемами, кнопками питания и перезагрузки блока питания (19), электрическими разъемами для подключения антенного блока (4).The on-board unit (5) contains an integration module (18) and a power supply unit (19), a GNSS receiver (20), as well as Wi-Fi modems (21), VHF (22), GSM (23) connected to it through the inputs and outputs. , an archiving unit (24) for storing depth data in non-volatile memory, a display (25), a hydrographic echo sounder module (26), a depth determination module (29) and an atmospheric pressure sensor (31). Moreover, the on-board unit (5) is made in the form of a durable case protected from external influences with electrical connectors, power and reset buttons for the power supply (19), electrical connectors for connecting the antenna unit (4).
Судовые комплексы (2), в неограниченном количестве, установленные на плавсредствах, измеряют глубину с привязкой к географическим координатам, отображают эти данные на встроенном дисплее и с помощью одного из нескольких беспроводных каналов (Wi-Fi, УКВ-радиосвязь или GSM-сотовый канал) передают их на базовый комплекс (1). GSM-сотовый канал реализуется с помощью представляемой сотовым оператором береговой GSM-инфракструктуры (3) (распределенная сеть антенн на вышках GSM-связи сотового оператора). Беспроводные каналы дополняют друг друга, передача данных осуществляется по тому каналу, который наиболее стабилен к моменту передачи.Ship complexes (2), in an unlimited number, installed on watercraft, measure the depth with reference to geographical coordinates, display this data on the built-in display and using one of several wireless channels (Wi-Fi, VHF radio communication or GSM-cellular channel) transfer them to the base complex (1). The GSM-cellular channel is implemented using the coastal GSM-infrastructure (3) provided by the cellular operator (a distributed network of antennas on the GSM-communication towers of the cellular operator). Wireless channels complement each other, data transmission is carried out over the channel that is most stable at the time of transmission.
Погружной блок (6) содержит приемопередающую антенну эхолота (27), датчик положения (28) и датчик гидростатического давления (30). Причем погружной блок (6) выполнен в виде прочного герметичного подводного пластикового корпуса и устанавливается на конце, закрепляемой на плавсредстве и погруженной в воду, штанги или стационарно устанавливается на корпусе судна или в специализированной шахте, вмонтированной в корпус судна.The submersible unit (6) contains the echo sounder transceiver antenna (27), the position sensor (28) and the hydrostatic pressure sensor (30). Moreover, the submersible unit (6) is made in the form of a strong sealed underwater plastic body and is installed at the end, fixed on the floating craft and submerged in water, of a rod or permanently installed on the ship's hull or in a specialized shaft mounted in the ship's hull.
Датчик положения (28) через вход и выход соединен с модулем интеграции (18), датчик гидростатического давления (30) через вход соединен с модулем определения заглубления (29), соединенного с датчиком атмосферного давления (31), информация из которых по кабелю поступает в модуль интеграции (18) набортного блока (5). Приемопередающая антенна эхолота (27) соединена через модуль гидрографического эхолота (26) с модулем интеграции (18), спутниковые сигналы принимаются антенной ГНСС (14), поступают в приемник ГНСС (20), предназначенный для выработки на их основе текущих географических координат и единого времени, которые затем поступают в модуль интеграции (18). Данные от модуля интеграции (18) через последовательно соединенные модем Wi-Fi (21), антенну Wi-Fi (15) антенного блока (4) судового комплекса (2), антенну Wi-Fi (11), модем Wi-Fi (8) базового комплекса (1) или через последовательно соединенные модем УКВ (22), антенну УКВ (16) антенного блока (4) судового комплекса (2), антенну УКВ (12), модем УКВ (9) базового комплекса (1) или через последовательно соединенные модем GSM (23), антенну GSM (17) антенного блока (4) судового комплекса (2), береговую GSM-инфраструктуру (3) и антенну GSM (13), модем GSM (10) базового комплекса (1) из судового комплекса (2), отображаясь на дисплее (25), передаются в АРМ (7).The position sensor (28) is connected through the input and output to the integration module (18), the hydrostatic pressure sensor (30) through the input is connected to the depth determination module (29) connected to the atmospheric pressure sensor (31), information from which is fed to integration module (18) on-board unit (5). The transceiver antenna of the echo sounder (27) is connected through the hydrographic echo sounder module (26) with the integration module (18), satellite signals are received by the GNSS antenna (14), are fed to the GNSS receiver (20), designed to generate on their basis the current geographic coordinates and uniform time , which then go to the integration module (18). Data from the integration module (18) via a series-connected Wi-Fi modem (21), Wi-Fi antenna (15), antenna unit (4) of the ship complex (2), Wi-Fi antenna (11), Wi-Fi modem (8 ) of the base complex (1) or through the serially connected VHF modem (22), the VHF antenna (16) of the antenna unit (4) of the ship complex (2), the VHF antenna (12), the VHF modem (9) of the base complex (1) or through series-connected GSM modem (23), GSM antenna (17) antenna unit (4) of the ship complex (2), coastal GSM infrastructure (3) and GSM antenna (13), GSM modem (10) of the base complex (1) from the ship complex (2), displayed on the display (25), are transferred to the AWP (7).
Мультиагентный программно-аппаратный комплекс (см. фиг. 3) дополнительно содержит однотипные береговые сервера (32), предназначенные для получения данных от модулей интеграции (18) судовых комплексов (2) по одному из каналов связи Wi-Fi, УКВ и GSM. Также береговые сервера (32) связаны с АРМ (7) базового комплекса (1) по каналам связи Wi-Fi, УКВ, GSM, спутниковая связь. Это позволяет собирать данные глубины с привязкой к географическим координатам от модулей интеграции (18) судовых комплексов (2) сначала в береговых серверах (32), а затем в АРМ (7) базового комплекса (1).The multi-agent hardware and software complex (see Fig. 3) additionally contains the same type of coastal servers (32) designed to receive data from the integration modules (18) of the ship complexes (2) via one of the Wi-Fi, VHF and GSM communication channels. Also, the coastal servers (32) are connected to the AWP (7) of the base complex (1) via Wi-Fi, VHF, GSM, satellite communication channels. This makes it possible to collect depth data with reference to geographic coordinates from the integration modules (18) of the ship complexes (2), first in the coastal servers (32), and then in the AWS (7) of the base complex (1).
Подробное описание осуществления изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Мультиагентный программно-аппаратный комплекс функционирует следующим образом:The multi-agent hardware and software complex functions as follows:
После подачи питающего напряжения на базовый комплекс (1) включаются все входящие в его состав составные части. В АРМ (7) начинает выполняться рабочий алгоритм ПО, то есть проводится начальное самотестирование, а далее запускается функционал для контроля работы большого количества судовых комплексов (2), приема, обработки, отображения, сохранения и анализа поступающей информации. АРМ (7) приводится в готовность к приему гидрографической информации (глубины с географическими координатами) от всех работоспособных судовых комплексов (2). Прием данных возможен либо через модем Wi-Fi (8) и антенну Wi-Fi (11) для канала Wi-Fi; либо через модем УКВ (9) и антенну УКВ (12)для канала УКВ; либо через модем GSM (10), антенну GSM (13) и береговую GSM-инфраструктуру (3) для канала GSM.After the supply voltage is applied to the base complex (1), all its constituent parts are switched on. The workstation (7) begins to execute the software operating algorithm, that is, an initial self-test is carried out, and then the functionality is launched to control the operation of a large number of ship complexes (2), receive, process, display, save and analyze the incoming information. AWP (7) is ready to receive hydrographic information (depths with geographic coordinates) from all operational ship complexes (2). Data reception is possible either via a Wi-Fi modem (8) and a Wi-Fi antenna (11) for a Wi-Fi channel; either via a VHF modem (9) and a VHF antenna (12) for the VHF channel; or via a GSM modem (10), a GSM antenna (13) and an onshore GSM infrastructure (3) for a GSM channel.
Работа мультиагентного программно-аппаратного комплекса также может быть основана на использовании одного базового комплекса (1) и одного или нескольких однотипных береговых серверов (32), соединенных между собой и базовым комплексом (1) по каналам связи Wi-Fi, или УКВ, или GSM, или спутниковая связь, устанавливаемых вдоль участков внутренних водных путей значительной протяженности (см. фиг. 3). При этом береговые сервера (32) по каналам связи Wi-Fi, УКВ и GSM получают информацию о глубинах от судовых комплексов (2), установленных на проходящих плавсредствах и передают ее на базовый комплекс (1) для оперативной обработки и корректировки гидрографической информации.The operation of a multi-agent hardware and software complex can also be based on the use of one base complex (1) and one or several coastal servers of the same type (32), interconnected with each other and the base complex (1) via Wi-Fi, or VHF, or GSM communication channels. , or satellite communications installed along sections of inland waterways of considerable length (see Fig. 3). At the same time, coastal servers (32) via Wi-Fi, VHF and GSM communication channels receive information about depths from ship complexes (2) installed on passing floating crafts and transmit it to the base complex (1) for operational processing and correction of hydrographic information.
Каждый судовой комплекс (2) работает автономно сразу после включения питания. После подачи питания блок питания (19) начинает вырабатывать питающее напряжение для питания набортного блока (5) и всех входящих в него элементов, а в набортном блоке (5) вырабатывается напряжение для погружного блока (6) и всех его элементов. Затем включается модуль интеграции (18), в микроконтроллере которого выполняется алгоритм работы судового комплекса (2):Each ship complex (2) operates autonomously immediately after turning on the power. After power is applied, the power supply unit (19) begins to generate a supply voltage to power the on-board unit (5) and all its elements, and in the on-board unit (5) voltage is generated for the submersible unit (6) and all its elements. Then the integration module (18) is turned on, in the microcontroller of which the algorithm for the operation of the ship complex (2) is performed:
1) измерение глубины. Производится модулем гидрографического эхолота (26) через подключенную к нему приемопередающую антенну эхолота (27) с корректировкой измерений глубины по измеряемому крену/курсу/дифференту приемопередающей антенны эхолота (27). Корректировка глубины производится модулем интеграции (18) по данным датчика положения (28), являющимся инерциальным и магнитным датчиком крена/курса/дифферента. Датчик положения (28) за счет совместной с приемопередающей антенной эхолота (27) установки в одном пластиковом корпусе фактически выдает величины крена/курса/дифферента приемопередающей антенны эхолота (27), которые поступают в модуль интеграции (18) для корректировки измерения глубины;1) depth measurement. It is carried out by the hydrographic echo sounder module (26) through the echo sounder transceiver antenna connected to it (27) with correction of the depth measurements according to the measured roll / course / trim of the echo sounder transceiver antenna (27). Depth correction is performed by the integration module (18) according to the position sensor (28), which is an inertial and magnetic roll / heading / trim sensor. The position sensor (28), due to the joint with the transceiver antenna of the echo sounder (27), in one plastic case, actually gives out the roll / heading / trim values of the transceiver antenna of the echo sounder (27), which are fed to the integration module (18) to correct the depth measurement;
2) определение заглубления приемопередающей антенны эхолота (27). Производится модулем определения заглубления (29) с помощью подключенных к нему высокоточных датчика гидростатического давления (30), расположенного в погружном блоке (6) на уровне приемопередающей антенны эхолота (27), и датчика атмосферного давления (31), расположенного в набортном блоке (5). Определяются показания этих двух датчиков и по разнице показаний вычисляется текущее заглубление приемопередающей антенны эхолота (27), которое передается модулем определения заглубления (29) в модуль интеграции (18). Использование модуля определения заглубления (29) позволяет исключить требование к ручному вводу заглубления оператором, исключить ошибки при ручном вводе, автоматически вводить поправки на изменение атмосферного давления, упростив тем самым эксплуатацию судового комплекса (2);2) determination of the depth of the transceiver antenna of the echo sounder (27). It is performed by the module for determining the depth (29) using a high-precision hydrostatic pressure sensor (30) connected to it, located in the submersible unit (6) at the level of the transceiver antenna of the echo sounder (27), and an atmospheric pressure sensor (31) located in the on-board unit (5 ). The readings of these two sensors are determined and, based on the difference in readings, the current depth of the transceiver antenna of the echo sounder (27) is calculated, which is transmitted by the depth determination module (29) to the integration module (18). The use of the module for determining the depth (29) makes it possible to eliminate the requirement for manual input of the depth by the operator, eliminate errors during manual input, automatically introduce corrections for changes in atmospheric pressure, thereby simplifying the operation of the ship complex (2);
3) получение географических координат для привязки к ним измеренной глубины. Спутниковые сигналы выбранных Глобальных Навигационных спутниковых Систем принимаются антенной ГНСС (14), поступают в приемник ГНСС (20), где на их основе вырабатываются текущие географические координаты и единое время, которые затем поступают в модуль интеграции (18). При этом могут использоваться режимы работы с получением дифференциальных поправок различными способами;3) obtaining geographic coordinates for binding the measured depth to them. The satellite signals of the selected Global Navigation Satellite Systems are received by the GNSS antenna (14), fed to the GNSS receiver (20), where, on their basis, current geographic coordinates and uniform time are generated, which are then fed to the integration module (18). In this case, operating modes can be used with obtaining differential corrections in various ways;
4) вычисление текущего значения глубины. Вычисляется по показаниям эхолота и по вычисленным в п. 2 значениям модулем определения заглубления (29) приемопередающей антенны (27);4) calculation of the current depth value. It is calculated according to the readings of the echo sounder and according to the values calculated in
5) отображение текущего измеренного скорректированного значения глубины. Данные глубины передаются из модуля интеграции (18) на встроенный дисплей (25) набортного блока (5) и могут наблюдаться заинтересованными лицами (например, судоводителем);5) display of the currently measured corrected depth value. Depth data is transmitted from the integration module (18) to the built-in display (25) of the on-board unit (5) and can be observed by interested persons (for example, the navigator);
6) запись и передача данных о температуре;6) recording and transmission of temperature data;
7) архивация данных. Данные о глубине, температуре, атмосферном давлении, с привязкой к географическим координатам и единому времени, передаются из модуля интеграции (18) на блок архивации (24), где сохраняются в энергонезависимой памяти;7) data archiving. Data on depth, temperature, atmospheric pressure, with reference to geographic coordinates and uniform time, are transferred from the integration module (18) to the archiving unit (24), where they are stored in non-volatile memory;
8) передача данных о глубине, температуре, атмосферном давлении в базовый комплекс (1). Данные, с привязкой к географическим координатам и единому времени, передаются от модуля интеграции (18) по одному из дуплексных каналов Wi-Fi, УКВ и GSM в АРМ (7) базового комплекса (1).8) transmission of data on depth, temperature, atmospheric pressure to the base complex (1). Data referenced to geographic coordinates and uniform time is transmitted from the integration module (18) via one of the duplex Wi-Fi, VHF and GSM channels to the AWP (7) of the base complex (1).
Передача данных от модуля интеграции (18) к АРМ (7) осуществляется следующим образом:Data transfer from the integration module (18) to the AWP (7) is carried out as follows:
- по Wi-Fi: через последовательно соединенные модем Wi-Fi (21), антенну Wi-Fi (15), антенну Wi-Fi (11), модем Wi-Fi (8);- via Wi-Fi: via a series-connected Wi-Fi modem (21), Wi-Fi antenna (15), Wi-Fi antenna (11), Wi-Fi modem (8);
- по УКВ: через последовательно соединенные модем УКВ (22), антенну УКВ (16), антенну УКВ (12), модем УКВ (9);- via VHF: through a series-connected VHF modem (22), VHF antenna (16), VHF antenna (12), VHF modem (9);
- по GSM: через последовательно соединенные модем GSM (23), антенну GSM (17), береговую GSM-инфраструктуру (3), антенну GSM (13), модем GSM (10);- via GSM: via a series-connected GSM modem (23), GSM antenna (17), coastal GSM infrastructure (3), GSM antenna (13), GSM modem (10);
- передача данных также может осуществляться через однотипные береговые сервера (32), соединенные между собой и базовым комплексом (1) по любому из каналов связи Wi-Fi, или УКВ, или GSM, или спутниковой связи. При этом данные модулей интеграции (18) поступают в береговые сервера (32) по каналам связи Wi-Fi, УКВ, GSM.- data transmission can also be carried out through the same type of coastal servers (32), interconnected and the base complex (1) via any of the Wi-Fi, or VHF, or GSM, or satellite communication channels. At the same time, the data of the integration modules (18) are sent to the coastal servers (32) via Wi-Fi, VHF, GSM communication channels.
В каждый момент времени алгоритмы работы АРМ (7) и модулей интеграции (18) динамически отслеживают какие из каналов Wi-Fi, УКВ или GSM или спутниковая связь обеспечивают наилучшую стабильность передачи данных, далее передача данных ведется по выбранным каналам.At each moment in time, the algorithms for the work of the AWP (7) and the integration modules (18) dynamically track which of the Wi-Fi, VHF or GSM channels or satellite communications provide the best stability of data transmission, then the data is transmitted through the selected channels.
Так как между АРМ (7) и модулем интеграции (18) установлена дуплексная связь, потери данных не происходит даже при потере связи. При отсутствии связи данные продолжают накапливаться в блоке архивации (24) и при появлении связи неотправленные данные пересылаются на АРМ (7).Since a duplex communication is established between the AWP (7) and the integration module (18), data loss does not occur even if communication is lost. In the absence of communication, data continues to accumulate in the archiving unit (24), and when a connection appears, unsent data is sent to the AWP (7).
Работа всех систем судового комплекса (2) запускается автоматически после подачи внешнего электропитания на его блок питания (19), выполняется самодиагностика, начинают выполняться измерения глубины, крена/курса/дифферента, определение заглубления приемопередающей антенны эхолота (27), получение географических координат. Полученные данные отображаются на дисплее (25) и начинают передаваться на АРМ (7) по каналам беспроводной связи Wi-Fi, УКВ, GSM и спутниковая связь.The operation of all systems of the ship complex (2) starts automatically after external power supply to its power supply unit (19), self-diagnostics is performed, measurements of depth, roll / course / trim begin, determination of the depth of the transceiver antenna of the echo sounder (27), and obtaining geographic coordinates. The received data is displayed on the display (25) and begins to be transmitted to the AWP (7) via Wi-Fi, VHF, GSM and satellite communication channels.
Программное обеспечение АРМ (7) является кросс-платформенным и функционирует как под управлением операционной системы Windows, так и под ОС Linux. Это освобождает пользователей от необходимости устанавливать на АРМ (7) ОС Windows и зависеть от обновлений и функционирования данной ОС с периодическим выходом в сеть и существенно повышает безопасность работы и сохранность информации. В ПО реализована поддержка одновременной работы большого количества плавсредств под управлением одного АРМ (7). Использование собственного формата данных PAKARG позволяет существенно уменьшить объем передаваемых и архивируемых данных.The AWP software (7) is cross-platform and operates under both Windows and Linux operating systems. This frees users from the need to install Windows OS on AWP (7) and depend on updates and operation of this OS with periodic access to the network and significantly increases the safety of work and the safety of information. The software supports the simultaneous operation of a large number of floating craft under the control of one workstation (7). Using the proprietary PAKARG data format can significantly reduce the amount of transmitted and archived data.
Основной функционал, реализованный в программном обеспечении АРМ (7):The main functionality implemented in the AWP software (7):
• регистрация в цифровой и визуальной форме информации, поступающей с плавсредств (ПС);• registration in digital and visual form of information coming from floating craft (SS);
• оперативная обработка и запись поступающей информации (как в формате NMEA, так и в собственном формате PAKARG);• operational processing and recording of incoming information (both in NMEA format and in its own PAKARG format);
• визуализация полученных данных в режиме реального времени и в режиме постпросмотра (отображение положения, траектории, курса, выбранных или всех ПС, отображение профиля дна по траектории выбранного ПС);• visualization of the received data in real time and in post-viewing mode (displaying position, trajectory, course, selected or all substations, displaying the bottom profile along the trajectory of the selected substation);
• запись данных со всех ПС в текстовый файл/группу текстовых файлов;• data recording from all substations to a text file / group of text files;
• просмотр профиля дна, скорости движения, курса для каждого ПС в режиме реального времени и в режиме постпросмотра;• viewing the bottom profile, movement speed, course for each aircraft in real time and in post-viewing mode;
• нанесение обстановки на карту (установка отметок с комментариями);• drawing the situation on the map (setting marks with comments);
• отображение координатной сетки;• display of a coordinate grid;
• вывод состояния доступных ПС в строке состояния;• displaying the status of available substations in the status bar;
• автомасштабирование отображаемого участка карты в зависимости от месторасположения отображаемых на экране ПС;• auto-scaling of the displayed area of the map, depending on the location of the vehicles displayed on the screen;
• отображение информационных окон с показаниями необходимых данных;• display of information windows with readings of the required data;
• поддержка растровых карт;• support for raster maps;
• поддержка векторных карт;• support for vector maps;
• переключение между разными видами карт в режиме реального времени;• switching between different types of maps in real time;
• отображение шкалы масштаба;• display of the scale scale;
• построение батиметрической карты с учетом полученных с ПС данных;• construction of a bathymetric map, taking into account the data received from the PS;
• проверка качества и взаимной сходимости данных.• checking the quality and mutual convergence of data.
Таким образом, заявленный мультиагентный программно-аппаратный комплекс для выполнения гидрографической съемки водоемов и оперативного мониторинга изменения рельефа дна обеспечивает увеличение скорости и объема получения оперативной информации о рельефе дна, на участках шельфа, в зонах акваторий портов и близлежащих участках внутренних водных путей различной протяженности и оперативную корректировку электронных батиметрических карт акваторий с автоматизированным вводом поправок на заглубление приемо-передающих антенн эхолотов и на атмосферное давление. Кроме того, элементы комплекса, устанавливаемые на судах, при своей работе не требуют привлечения высококвалифицированных специалистов, так как монтаж их погружных частей выполняется на готовых штангах, или путем стационарной установки на корпусе судна или в специализированной шахте, вмонтированной в корпус судна, а набортное оборудование максимально автоматизировано.Thus, the declared multi-agent software and hardware complex for performing hydrographic surveying of reservoirs and operational monitoring of changes in the bottom topography provides an increase in the speed and volume of obtaining operational information about the bottom topography, on shelf sections, in port water areas and nearby sections of inland waterways of various lengths and operational correction of electronic bathymetric maps of water areas with automated input of corrections for the deepening of transmitting and receiving echo sounder antennas and for atmospheric pressure. In addition, the elements of the complex installed on ships, during their work, do not require the involvement of highly qualified specialists, since the installation of their submersible parts is carried out on ready-made rods, or by stationary installation on the ship's hull or in a specialized mine built into the ship's hull, and on-board equipment as automated as possible.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111333A RU2760343C1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Multi-agent software and hardware complex for collecting, transmitting, processing, displaying data for hydrographic survey of water reservoirs and operational monitoring of changes in bottom relief |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111333A RU2760343C1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Multi-agent software and hardware complex for collecting, transmitting, processing, displaying data for hydrographic survey of water reservoirs and operational monitoring of changes in bottom relief |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2760343C1 true RU2760343C1 (en) | 2021-11-24 |
Family
ID=78719326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021111333A RU2760343C1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Multi-agent software and hardware complex for collecting, transmitting, processing, displaying data for hydrographic survey of water reservoirs and operational monitoring of changes in bottom relief |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2760343C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120299819A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Furuno Electric Company, Limited | Sensor image display device and method |
RU136899U1 (en) * | 2013-09-02 | 2014-01-20 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Концерн Океанприбор" | AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE |
RU2552120C1 (en) * | 2014-02-06 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Форт XXI" (ООО НПП "Форт XXI") | Hydrographic echosounder |
US10247822B2 (en) * | 2013-03-14 | 2019-04-02 | Navico Holding As | Sonar transducer assembly |
AU2019203322A1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-12-05 | Navico Holding As | Marine electronic device for presentment of nautical charts and sonar images |
-
2021
- 2021-04-21 RU RU2021111333A patent/RU2760343C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120299819A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Furuno Electric Company, Limited | Sensor image display device and method |
US10247822B2 (en) * | 2013-03-14 | 2019-04-02 | Navico Holding As | Sonar transducer assembly |
RU136899U1 (en) * | 2013-09-02 | 2014-01-20 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Концерн Океанприбор" | AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE |
RU2552120C1 (en) * | 2014-02-06 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Форт XXI" (ООО НПП "Форт XXI") | Hydrographic echosounder |
AU2019203322A1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-12-05 | Navico Holding As | Marine electronic device for presentment of nautical charts and sonar images |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11435427B2 (en) | Marine electronic device for presentment of nautical charts and sonar images | |
US10077983B2 (en) | Information display device and method | |
US20220252708A1 (en) | Sonar transducer having a gyroscope | |
US20150330804A1 (en) | Information display device and method | |
US11703560B2 (en) | Marine chart and sonar image presentation systems and methods | |
US10745096B2 (en) | Virtual anchor proximity system | |
RU2344435C1 (en) | Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship | |
Specht et al. | Determination of the Territorial Sea Baseline-Aspect of Using Unmanned Hydrographic Vessels. | |
AU2022200706B2 (en) | Marine chart and sonar image presentation systems and methods | |
RU2760343C1 (en) | Multi-agent software and hardware complex for collecting, transmitting, processing, displaying data for hydrographic survey of water reservoirs and operational monitoring of changes in bottom relief | |
US6317079B1 (en) | System for ascertaining height as related to an established reference | |
US9952050B2 (en) | Method, system and device for remotely notifying information | |
RU2555479C2 (en) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation | |
KR101408211B1 (en) | Apparatus for measuring position of rov | |
CN114114361B (en) | Offshore platform precise positioning auxiliary system based on GNSS and working method | |
JPH10206178A (en) | Guiding system for moving body | |
Inzartsev et al. | The integrated navigation system of an autonomous underwater vehicle and the experience from its application in high arctic latitudes | |
KR100325946B1 (en) | Monitoring and simulation system for ship trial | |
JPH10185569A (en) | Measuring instrument for underwater structure | |
KR0164659B1 (en) | Method and apparatus for 6 freedom degree motion measuring and location tracking of moving ship using servo acceleration meter and angle meter | |
CN114253278A (en) | Ship harbor-entering berthing auxiliary system and method based on multiple antennas | |
CN117991186A (en) | Remote positioning device for offshore island reef and real-time monitoring system | |
Asada et al. | Evaluation result of new seafloor mirror transponder and AUV observation system in seafloor geodetic observation | |
JP2023070504A (en) | Positioning system and positioning method | |
KR20190053015A (en) | Integrated navigation system |