СТАНЦИЯ ИНДИКАЦИИ КАЧЕСТВА ВОДНОЙ СРЕДЫ Российский патент 2006 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к подводным судам, в частности к подводным аппаратам, предназначенным для разведки или обнаружения, преимущественно к подводным аппаратам, предназначенным для измерения и регистрации параметров водной среды.

Экологический мониторинг водной среды характеризуется проведением сложных и дорогостоящих исследований и является одной из актуальных задач, стоящих перед человечеством на современном этапе его развития. Использование донных измерительных станций позволяет вести непрерывные наблюдения только по глубине в ограниченном объеме обследуемого водного пространства. Использование для экологического мониторинга водной среды автономных необитаемых подводных аппаратов, способных двигаться на любой глубине по заданному маршруту, представляется весьма перспективным направлением.

Известен автоматический пост индикации загрязнения водных объектов (патент Российской Федерации №2154848, опубл. 20.08.2000 г., МПК G 01 V 11/00). Автоматический пост индикации содержит береговой и погружной модули. В береговом модуле размещены контроллер, устройство внешней связи и источник питания. В погружном модуле, снабженном якорем, размещены датчики контроля физико-химических параметров воды и устройство регулирования глубины погружения. Известный автоматический пост индикации загрязнения водных объектов не обеспечивает возможности измерения параметров водной среды в любой точке водного пространства без перестановки погружного модуля.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по своему назначению, технической сущности и достигаемому техническому результату является автономная позиционная станция для зондирования водной среды по глубине (патент Российской Федерации №2096247, опубл. 20.11.1997 г., МПК В 63 В 22/06). Автономная позиционная станция для зондирования водной среды по глубине содержит пост наблюдения и погружаемый контейнер. В герметичном погружаемом контейнере размещены бортовая система управления, комплекс измерительных модулей, система приема-передачи информации и бортовые источники электропитания. Система приема-передачи информации включает в себя аппаратуру радио- и гидроакустической связи. Герметичный погружаемый контейнер снабжен системой погружения и всплытия, выполненной в виде лебедки и якоря, соединенных друг с другом буйрепом. Автономная позиционная станция для зондирования водной среды по глубине обеспечивает возможность производства измерений параметров водной среды, а также возможность контроля в водной среде разнообразных органических примесей только по глубине (по вертикали), но не позволяет оперативно (без ее перестановки) измерять и регистрировать параметры водной среды в любой точке горизонта водного пространства в реальном масштабе времени с возможностью определения их структуры, направленности и интенсивности.

Заявляемая станция индикации качества водной среды позволяет оперативно измерять и регистрировать параметры водной среды в любой точке водного пространства в реальном масштабе времени с возможностью определения их структуры, направленности и интенсивности.

Станция индикации качества водной среды содержит автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), пост управления АНПА и пост наблюдения. АНПА снабжен комплексом измерительных модулей, а также модулем системы программного управления, модулем системы управления движением или модулем системы автопилота, модулем движительно-рулевого комплекса, модулем навигационного комплекса с бортовой автономной навигационной системой, гидроакустической навигационной системой, гидролокатором бокового обзора и гидролокатором секторного обзора, модулем системы технического зрения, модулем гидроакустических систем телеуправления и телеметрии и модулем системы энергообеспечения.

Пост управления АНПА и пост наблюдения размещены совместно в надводном инженерном сооружении, в том числе на надводном судне, или в подводном инженерном сооружении, в том числе на подводной лодке, или в береговом наземном инженерном сооружении, или в береговом подземном инженерном сооружении, или в воздушном инженерном сооружении, в том числе на самолете или на вертолете.

Заявляемая станция индикации качества водной среды имеет следующие общие с наиболее близким аналогом (прототипом) признаки:

1. Содержит пост наблюдения.

2. Содержит погружаемый контейнер с комплексом измерительных модулей.

Отличительными от прототипа признаками заявляемой станции индикации водной среды, обеспечивающими получение указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, являются:

1. Использование в качестве погружаемого контейнера автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) модульной конструкции.

2. Снабжение АНПА модулем системы программного управления.

3. Снабжение АНПА модулем системы управления движением или модулем системы автопилота.

4. Снабжение АНПА модулем движительно-рулевого комплекса.

5. Снабжение АНПА модулем навигационного комплекса с бортовой автономной навигационной системой, гидроакустической навигационной системой, гидролокатором бокового обзора и гидролокатором секторного обзора.

6. Снабжение АНПА модулем системы технического зрения.

7. Снабжение АНПА модулем гидроакустических систем телеуправления и телеметрии.

8. Снабжение АНПА модулем системы энергообеспечения.

9. Снабжение станции индикации качества водной среды постом управления АНПА.

Отличительными от прототипа признаками заявляемой станции индикации водной среды, обеспечивающими получение указанного технического результата, но характеризующими изобретение лишь в частных случаях его выполнения или использования, являются:

1. Совместное размещение поста наблюдения и поста управления АНПА в надводном инженерном сооружении, в том числе и на надводном судне.

2. Совместное размещение поста наблюдения и поста управления АНПА в подводном инженерном сооружении, в том числе и на подводной лодке.

3. Совместное размещение поста наблюдения и поста управления АНПА в береговом наземном инженерном сооружении.

4. Совместное размещение поста наблюдения и поста управления АНПА в береговом подземном инженерном сооружении.

5. Совместное размещение поста наблюдения и поста управления АНПА в воздушном инженерном сооружении, в том числе и на самолете или на вертолете.

Автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) модульной конструкции позволяет осуществлять различную компоновку электронных блоков (модулей) в зависимости от решаемых аппаратом задач. АНПА модульной конструкции известен (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.45-62).

Система программного управления (СПУ) предназначена для осуществления управления АПНА на основе программы-задания или команд, передаваемых по акустическому каналу телеуправления оператором. СПУ также известна (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.63-64,стр.73-114).

Система управления движением (СУД) предназначена для обеспечения пространственного перемещения АНПА. СУД также известна (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.115-176, стр.243).

Движительно-рулевой комплекс (ДРК) предназначен для осуществления перемещений АНПА с шестью степенями свободы и зависания его на определенной глубине в заданном положении. ДРК также известен (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.32-33, стр.64-67).

Навигационный комплекс (НК) предназначен для обеспечения движения АНПА по определенной траектории. НК с бортовой автономной навигационной системой (БАНС), гидроакустической навигационной системой (ГАНС), гидролокатором бокового обзора (ГБО) и гидролокатором секторного обзора (ГСО) также известен (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.41-43, стр.67-69, стр.126-132).

Система технического зрения (СТЗ) предназначена для обеспечения АНПА способностью "видеть". СТЗ также известна (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.69-70).

Гидроакустические системы телеуправления и телеметрии (ГАСТУ и ТМ) предназначены для выполнения отдельных элементов управления АНПА. ГАСТУ и ТМ также известны (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.44, стр.47-48, стр.73-114).

Система энергообеспечения (СЭ) предназначена для обеспечения электропитанием всех систем и устройств АНПА. СЭ также известна (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.70, стр.224-230).

Пост управления АНПА предназначен для обеспечения связи оператора с АНПА с целью осуществления приема-передачи необходимых сведений и команд. Пост управления АНПА также известен (Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д.Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000, стр.86-87).

На фиг.1 изображен автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) модульной конструкции.

На фиг.2 изображена станция индикации качества водной среды с постом наблюдения и постом управления АНПА, размещенными совместно на надводном судне.

На фиг.3 изображена станция индикации качества водной среды с постом наблюдения и постом управления АНПА, размещенными совместно на подводной лодке.

На фиг.4 изображена станция индикации качества водной среды с постом наблюдения и постом управления АНПА, размещенными совместно в береговом наземном инженерном сооружении.

На фиг.5 изображена станция индикации качества водной среды с постом наблюдения и постом управления АНПА, размещенными совместно в подводном инженерном сооружении.

На фиг.6 изображена станция индикации качества водной среды с постом наблюдения и постом управления АНПА, размещенными совместно на вертолете.

Станция индикации качества водной среды содержит автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) 1 модульной конструкции, пост управления 2 АНПА и пост наблюдения 3, АНПА 1 снабжен комплексом измерительных модулей 4, модулем системы программного управления 5, модулем системы управления движением 6, модулем движительно-рулевого комплекса 7, модулем навигационного комплекса 8 с бортовой автономной навигационной системой 9, гидроакустической навигационной системой 10, гидролокатором бокового обзора 11 и гидролокатором секторного обзора 12, модулем системы технического зрения 13, модулем гидроакустических систем телеуправления и телеметрии 14 и модулем системы энергообеспечения 15.

Заявленное изобретение осуществляется с реализацией указанного назначения и с достижением указанного технического результата следующим образом.

Составляется программа функционирования АНПА 1 и вводится в его систему программного управления 5. Производится зарядка аккумуляторной батареи системы энергообеспечения 15. После проверки функционирования всех систем и устройств АНПА переводится в водную среду и затем с помощью навигационного комплекса 8 с бортовой навигационной системой 9, гидроакустической навигационной системой 10, гидролокатором бокового обзора 11 и гидролокатором секторного обзора 12 осуществляется его ориентация в пространстве. После окончания ориентации АНПА выходит на заданную траекторию обследования, записанную в его систему программного управления 5 при вводе программ. Двигаясь по заданной траектории и используя измерительные модули 4, АНПА регистрирует предусмотренные измерительными модулями 4 параметры водной среды и наличие в водной среде органических примесей. АНПА 1 способен регистрировать и передавать на пост наблюдения 3 физико-химические параметры водной среды (количество растворенного в воде кислорода; аммонийного, нитратного и нитритного азота; хлоридов; сульфатов; содержание фосфатов и тяжелых металлов: железа, кадмия, меди, ртути, марганца и др.), гидрометеорологические параметры (температуру и соленость воды, скорость и направление течения и др.), параметры радиационного состояния водной среды, параметры акустического поля, наличие в водной среде органических примесей (растворенной органики, нефтепродуктов, фенола и др.) и т.д. Используя систему технического зрения 13, АНПА обеспечивает предварительную обработку, кодирование и хранение видеоизображений. С помощью системы технического зрения 13 можно, например, выполнять обследования скоплений планктона, донных животных, марганцевых конкреций и др.

При обследовании загрязнений водной среды от какого-либо источника траектория движения АНПА 1 составляется так, чтобы выполнить измерения вокруг источника на нескольких горизонтах (глубинах), с тем, чтобы обеспечивалась надлежащая плотность данных, необходимых для количественной оценки уровня загрязнения. Полученные результаты пересылаются системой связи на пост наблюдения 3, а также регистрируются в памяти системы сбора измеряемых данных АНПА.

Управление АНПА 1 осуществляется с поста управления 2 с использованием гидроакустических систем телеуправления и телеметрии 14.

По окончании работы АНПА в соответствии с заданной программой возвращается в заданную точку, извлекается из водной среды, после чего производится считывание полученной информации и обработка ее на посту наблюдения 3. Затем производится техническое обслуживание АНПА, включая зарядку аккумуляторной батареи и ввод очередной программы на последующий рейс.

Изобретение относится к экологическому мониторингу водной среды и касается создания станции индикации качества водной среды. Станция индикации качества водной среды содержит пост наблюдения и погружаемый контейнер с комплексом измерительных модулей. В качестве погружаемого контейнера используется автономный необитаемый подводный аппарат модульной конструкции, снабженный модулем системы программного управления, модулем системы управления движением или модулем системы автопилота, модулем движительно-рулевого комплекса, модулем навигационного комплекса с бортовой автономной навигационной системой, гидроакустической навигационной системой, гидролокатором бокового обзора и гидролокатором секторного обзора, модулем системы технического зрения, модулем гидроакустических систем телеуправления и телеметрии и модулем системы энергообеспечения. Станция индикации качества водной среды дополнительно снабжена постом управления автономным необитаемым подводным аппаратом. Посты наблюдения и управления необитаемым автономным подводным аппаратом могут располагаться совместно в инженерных сооружениях различного рода, на наводном или подводном дне, а также на воздушном судне, в том числе на самолете или вертолете. Технический результат реализации изобретения состоит в оперативном измерении и регистрации параметров водной среды в любой точке водного пространства в реальном масштабе времени с возможностью определения их структуры, направленности и интенсивности. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Станция индикации качества водной среды, содержащая пост наблюдения и погружаемый контейнер с комплексом измерительных модулей, отличающаяся тем, что в качестве погружаемого контейнера используется автономный необитаемый подводный аппарат модульной конструкции, снабженный модулем системы программного управления, модулем системы управления движением или модулем системы автопилота, модулем движительно-рулевого комплекса, модулем навигационного комплекса с бортовой автономной навигационной системой, гидроакустической навигационной системой, гидролокатором бокового обзора и гидролокатором секторного обзора, модулем системы технического зрения, модулем гидроакустических систем телеуправления и телеметрии и модулем системы энергообеспечения, а станция индикации качества водной среды дополнительно снабжена постом управления автономным необитаемым подводным аппаратом.2. Станция индикации качества водной среды по п.1, отличающаяся тем, что пост наблюдения и пост управления автономным необитаемым подводным аппаратом размещены совместно в надводном инженерном сооружении, в том числе и на надводном судне.3. Станция индикации качества водной среды по п.1, отличающаяся тем, что пост наблюдения и пост управления автономным необитаемым подводным аппаратом размещены совместно в подводном инженерном сооружении, в том числе и на подводной лодке.4. Станция индикации качества водной среды по п.1, отличающаяся тем, что пост наблюдения и пост управления автономным необитаемым подводным аппаратом размещены совместно в береговом наземном инженерном сооружении.5. Станция индикации качества водной среды по п.1, отличающаяся тем, что пост наблюдения и пост управления автономным необитаемым подводным аппаратом размещены совместно в береговом подземном инженерном сооружении.6. Станция индикации качества водной среды по п.1, отличающаяся тем, что пост наблюдения и пост управления автономным необитаемым подводным аппаратом размещены совместно в воздушном инженерном сооружении, в том числе и на самолете или на вертолете.