28 Фев

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПУТЕВЫХ РАБОТ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ РФ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

По состоянию на 2014 год общая протяженность внутренних водных путей Российской Федерации (ВВП РФ) составляет 101 380,6 км, в том числе 49 811,4 км с гарантированными габаритами судовых ходов. Для поддержания габаритов судовых ходов и обеспечения безопасности плавания судов на всей протяженности ВВП постоянно выполняется комплекс путевых работ, которые включают в себя: выставление и обслуживание навигационных знаков и огней; изыскательские работы; дноуглубительные работы; тральные работы; дноочистительные работы; берегоукрепительные работы; выправительные работы. Для того чтобы справиться с большим объемом ежегодно проводимых мероприятий на ВВП необходимо совершенствование технологий для производства путевых работ и замена действующего оборудования на новые образцы.

Также, стоит отметить, что для увеличения безопасности судоходства на ВВП РФ происходит активное внедрение, так называемого, инструментального метода навигации, успешно применяются современные технологии мониторинга и управления транспортным процессом, основанные на использовании электронных навигационных карт (ЭНК), высокоточного спутникового позиционирования и инфокоммуникационных технологий [1].

Но, несмотря на вышесказанное, поддержание достаточно высокого уровня безопасности плавания невозможно без качественного обслуживания ВВП РФ, что в значительной степени зависит от применения современных автоматизированных комплексов, предназначенных для проведения путевых работ и сбора навигационной информации, с целью создания и обновления уже существующих баз данных навигационной информации (БДНИ) и ЭНК.

На данный момент для создания ЭНК ВВП РФ были выполнены крупномасштабные гидрографические работы с использованием цифровых технологий и современного съемочного оборудования, что позволило обеспечить покрытие ЭНК более 42 000 км ВВП РФ. Однако, обязательными для использования на ВВП РФ пока остаются бумажные лоцманские карты, которые служат для визуальной ориентировки судоводителя на местности, то есть осуществляется лоцманский способ навигации. Обязательность бумажных карт также обусловлена отсутствием системы своевременного обновления ЭНК ВВП. В связи с этим особое значение у специалистов речного транспорта приобретает вопрос о сборе данных для периодического выпуска корректурных файлов и обновления ЭНК [1-3].

На сегодняшний день одним из наиболее перспективных и целесообразных считается получение подобного рода данных с помощью автоматизированных комплексов сбора навигационно-гидрографической информации.

Достаточно широкое применение на ВВП РФ получили следующие навигационные комплексы: автоматизированная система дистанционного мониторинга средств навигационного оборудования (АСМ СНО); автоматизированный промерный комплекс (АПК); автоматизированный обстановочный комплекс (АОК); автоматизированный тральный комплекс (АТК); автоматизированная система контроля дноуглубительных работ (АК КДР) [1-3].

Данные комплексы в своей работе осуществляют поддержку ЭНК, отображая полную информацию о местоположении судна, используя сигналы ГНСС ГЛОНАСС/GPS. Использование современных цифровых технологий позволяет собирать, обрабатывать и визуализировать данные от встроенных датчиков.

Рассмотрим возможность применения для производства путевых работ интерферометрического гидролокатора бокового обзора (ИЭТ ГБО). ИЭТ ГБО представляет собой комбинированный прибор для сбора батиметрических и гидролокационных данных, который состоит из надводной и подводной частей.

Надводный интерфейсный блок обеспечивает питание подводной измерительной части, осуществляет связь с рабочим местом оператора, и обеспечивает трансляцию данных, поступающих от внешних устройств (приёмник ГНСС, датчики курса и динамических перемещений).

Подводная измерительная часть состоит из: процессорного устройства; двух антенн (левой и правой); датчика скорости звука.

Процессорное устройство содержит микроконтроллеры и встроенный персональный компьютер (ПК) под управлением операционной системы для управления и обработки сигналов датчиков (элементов) ИЭТ ГБО. Процессорное устройство обеспечивает синхронизацию по времени данных батиметрии и гидролокации с данными от внешних устройств.

В отличие от обычных гидролокаторов бокового обзора, ИЭТ ГБО одновременно производит измерение наклонного расстояния и направления на точку отражённого эхосигнала. Один из элементов является передающим, а остальные принимающими. ИЭТ ГБО использует фазовую составляющую сигнала для измерения угла фронта акустической волны, отразившейся от дна или от какого-либо объекта. Этот принцип отличается от реализованного в многолучевом эхолоте, который формирует набор лучей и осуществляет детектирование дна по каждому лучу. В интерферометрических системах дискретные лучи физически не формируются – фазовая информация со всех направлений принимается и обрабатывается одновременно, то есть производится измерение разности фаз эхосигналов, приходящих от каждого элемента дна. Объединение в «лучи» является математической операцией, после того, как все данные приняты и буферизированы.

Как и в многолучевом эхолоте, для расчёта глубины измеряется угол (направление) на точку поверхности дна и расстояние до неё. Расстояние определяется по времени прихода отражённого сигнала. Направление лучей определяется путём измерений временных смещений прихода сигнала на приёмные элементы антенной решётки.

Гидролокационные данные ИЭТ ГБО, получаемые при съёмке одновременно с данными батиметрии, позволяют получить гидролокационное изображение поверхности дна с разрешающей способностью по детектируемым объектам порядка 5 ÷ 7 см. При этом каждый пиксел данного гидролокационного изображения позиционируется с точностью определения глубин по данным батиметрии. При совместной обработке батиметрии и гидролокационных данных, полученных при использовании ИЭТ ГБО достигаются следующие результаты: получение данных детальной съёмки рельефа дна способом площадного обследования с заданной точностью; выполнение съёмки рельефа дна с получением данных батиметрии высокой плотности до предельно малых глубин, при следовании вдоль изобаты на мелководных судовых ходах, вдоль берегоукрепления, откосов гидротехнических сооружений измерения глубин ведётся до фактической глубины погружения (заглубления) антенны интерферометра (до 0,5 ÷ 0,7 м); определяются микроформы рельефа дна и объекты на поверхности дна (подводные объекты и препятствия), опасные для судоходства; устанавливается значение наименьших глубин в обследованном районе, подтверждённое съёмками.

Использование гидролокационных данных для построения площадной картины рельефа дна позволит отказаться от использования однолучевых эхолотов в русловых изыскательских партиях на ВВП РФ. Кроме того, позволит сократить штатное число самих русловых изыскательских партий на каждом участке водного пути.

Высокоточное определение координат наименьших отметок дна интерферометрическими и многолучевыми системами позволяет, в большинстве случаев, отказаться от жестких тралов при производстве тральных работ. Программное обеспечение данных комплексов позволяет вести акты траления в электронном виде, а также подтверждать их электронной подписью исполнителя. В некоторых случаях полученные трехмерные модели подводного объекта в виде отчетных материалов позволяют отказаться от водолазного обследования.

При производстве дноуглубительных работ актуальным является определение заложения откосов кромок прорези в результате сработки землечерпательным снарядом.

На основании вышеизложенного, просматривается четкая перспектива использования интерферометрических и многолучевых систем на ВВП РФ с целью получения высокоточных материалов площадной съемки подводного рельефа дна, что позволит производить комплекс путевых работ с меньшими затратами производственных ресурсов и большей эффективностью.

Список использованной литературы:

  1. Каретников В. В., Волков Р. В. Перспективы использования автоматизированных комплексов сбора батиметрической информации для создания и выпуска корректурных файлов электронных навигационных карт внутренних водных путей Российской Федерации: Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 4. – СПб: Университет ИТМО, 2014. – с. 369-370.
  2. Каретников В. В., Бекряшев В. А. Перспективы развития электронных навигационных карт внутренних водных путей Российской Федерации: Каретников В.В., Бекряшев В.А. // Речной транспорт (XXI век), 2014. — №1 (66). — с. 30-33.
  3. Каретников В. В., Бекряшев В. А. Перспективы комплексирования речных инфокоммуникационных технологий для повышения безопасности судоходства на ВВП: Каретников В.В., Бекряшев В.А. // Речной транспорт (XXI век), 2014. — №2 (67). — с. 49-53.
    К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПУТЕВЫХ РАБОТ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ РФ
    Written by: Каретников Владимир Владимирович, Бекряшев Вячеслав Александрович, Волков Роман Викторович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/08/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
    Available in: Ebook