СПОСОБ И СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ О ВОЛНАХ ЦУНАМИ В ОКЕАНЕ Российский патент 2008 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к организации мер безопасности объектов прибрежного базирования, располагаемых в сейсмически активных районах океана, для России это Курилы и Камчатка, от угрозы со стороны океана в виде разрушительных волн цунами.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является известная служба оповещения о цунами, аналогичная DART в США со стороны Тихого океана, где для заблаговременного оповещения о цунами организована на постоянной основе регистрация волн цунами донными станциями в открытом глубоком океане. Основным элементом этой системы являются донные станции, которые представляют комплексные сооружения, состоящие из донного блока с регистратором колебаниий давления и поверхностного радиобуя для передачи данных через спутник, связанные между собой многокилометровым кабель-тросом, а также блоков контроля и управления. Станции постоянно регистрируют подводную обстановку и передают данные по радиоканалу на спутник.

Недостатком этих донных станций и системы в целом является их сложность в изготовлении, трудоемкость при постановке донных станций в океане, поддержании их в рабочем режиме, высокая стоимость изготовления донных станций и эксплуатации системы. Кроме того, многоэлементность системы, длительная работа в условиях помех в виде волнения, ветра, осадков, подергивания кабеля приводят к ненадежности системы, которая для выбранной схемы может компенсироваться только наращиванием количества донных станций в районе наблюдений.

Целью изобретения является существенное упрощение способа регистрации волн цунами и оповещения о них, упрощение конструкции донных станций, удешевление их изготовления и эксплуатации системы в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что, в отличие от известного способа с использованием донных станций, сложных в изготовлении и эксплуатации и ненадежных из-за многоэлементности конструкции, для обеспечения заблаговременного оповещения о цунами используются донные станции одноразового действия, оборудованные регистратором колебаний давления на частотах, характерных для волн цунами, и блоком с радиопередатчиком, отцепляющимся от донного блока станции при поступлении сигнала, превышающего определенный уровень, и всплывающим на водную поверхность для передачи данных через спутник.

Способ и система оповещения о наступлении волн цунами теоретически и экспериментально обоснованы. Каждый из признаков, включенных в формулу изобретения, необходим, а все вместе они достаточны для достижения поставленной цели.

Спецификой способа является автономная работа донных станций в ждущем режиме вдали от берегов на глубинах ложа океана 4-5 км с регистрацией волн давления на частотах в области 0,001-0,002 Гц. Исходя из механизма образования волн цунами (Ч.Дрейк и др. Океан сам по себе и для нас. М.: "Прогресс", с.143-145), их высота на водной поверхности для представляющих опасность разрушительных волн цунами составляет несколько метров при длине волн более 100 м, что приводит к давлению на дне, превышающему существенно, до 1000 раз, естественный окружающий шум океана в указанной полосе частот (E.E.Gossard. Spectra of atmospheric scalas. J. Geoph. Res., 1960, v.65, N 10, 3339-3351).

Исходя из рассмотренных условий, донная станция должна быть малочувствительной и работать на дне океана в ждущем режиме в течение значительного времени - до 10 и более лет, характерных для интервалов возникновения волн. Станция должна состоять из двух блоков, механически связанных друг с другом и автономных по электропитанию: блок радиопередатчика и блок, регистрирующий колебания давления в указанной полосе частот, характерных для цунами, и служащий донным якорем станции. При регистрации колебаний, превышающих определенный уровень, характерный для разрушительных цунами, блок станции с радиопередатчиком должен автоматически отсоединяться от донной станции и всплывать на водную поверхность, после чего передавать через спутник радиосигнал оповещения о цунами и координаты станции. Оба блока затем прекращают свое существование, что экономически целесообразно, учитывая большой срок непрерывной работы станции.

Для обеспечения быстрого всплытия блока с радиопередатчиком, что важно для своевременного оповещения о цунами, он должен иметь достаточно большую подъемную силу, и материал его корпуса должен быть прозрачным для радиоволн. Учитывая то, что блок должен выдерживать давление воды на глубинах 4-5 км, оптимальным известным конструктивным решением для блока является стеклянная сфера, состоящая из двух полусфер. Такие глубоководные сферы диаметром 30 см уже давно применяются в океанологических работах в основном как элемент плавучести для глубоководной аппаратуры. Налажено их промышленное производство. Ожидаемое расчетное время всплытия такой сферы, оборудованной радиопередатчиком, составляет не более часа.

Что касается блока, регистрирующего сверхнизкочастотные колебания давления в воде, то его выполнение может быть выполнено по известной опробованной технологии, описанной в работе Webb S.C. The equilibrium oceanic microseism spectrum // JASA. 1992, v.92, No 4, Pt.1, p.2141-2157, по которой чувствительный элемент помещается в капсулу с водой, которая соединяется с внешней водной средой через капиллярную трубку, подобранную по диаметру и длине так, чтобы она служила механическим фильтром для прохождения в капсулу только колебаний давления частотой ниже 0,002 Гц. Еще более низкие частоты, ниже 0,001 Гц, обрезаются электронной схемой усилителя на выходе чувствительного элемента. Так формируется полоса частот, необходимая для минимизации помех со стороны естественного шума океана при регистрации волн цунами. С той же целью капсула с чувствительным элементом изолируется от температурных воздействий со стороны внешней среды по принципу термоса для исключения воздействия на чувствительный элемент флуктуации температуры со стороны внешней водной среды на частотах волн цунами. Особенно важна такая изоляция для чувствительного элемента из пьезокерамики, обладающей значительным пироэффектом.

Изобретение относится к организации мер безопасности объектов прибрежного базирования, расположенных в сейсмически активных районах, и может быть использовано для оповещения о волнах цунами. Сущность: регистрируют колебания давления, характерные для разрушительных цунами, и передают данные оповещения. При этом передача данных осуществляется после автоматического отсоединения блока радиопередатчика от донной станции при наступлении колебаний, характерных для разрушительных цунами, и всплытия его на водную поверхность. Система для осуществления способа выполнена в виде донной станции, состоящей из механически связанных друг с другом блока, регистрирующего колебания давления, и блока радиопередатчика. Причем блок, регистрирующий колебания давления, работает в ждущем режиме, реагируя на колебания, характерные для разрушительных цунами. Блок радиопередатчика выполнен отсоединяющимся от донной станции. Технический результат: упрощение способа и системы регистрации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Способ оповещения о волне цунами в океане, включающий регистрацию колебаний давления и передачу данных оповещения о наступлении цунами, отличающийся тем, что регистрируются колебания, характерные для разрушительных цунами, а передача данных осуществляется после автоматического отсоединения блока радиопередатчика от донной станции при наступлении колебаний, характерных для разрушительных цунами, и всплытия его на водную поверхность.2. Система оповещения для осуществления способа по п.1, выполненная в виде донной станции, состоящей из механически связанных друг с другом блока, регистрирующего колебания давления, и блока радиопередатчика, отличающаяся тем, что блок, регистрирующий колебания давления, служащий также донным якорем, работает в ждущем режиме, реагируя на колебания, характерные для разрушительных цунами, а блок радиопередатчика, автоматически отсоединяющийся от донной станции при наступлении колебаний, характерных для разрушительных цунами, всплывает на водную поверхность и осуществляет передачу данных.3. Система оповещения по п.2, отличающаяся тем, что блок радиопередатчика выполнен в виде герметичной стеклянной сферы, прозрачной для радиоволн.