ИЗМЕРИТЕЛЬНО-НАВИГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС, УСТАНАВЛИВАЕМЫЙ НА ЛЕД Российский патент 2013 года по МПК G01C21/00 G01W1/02 

Изобретение относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды, а именно состояния атмосферы и льда, с одновременным определением координат собственного местонахождения комплекса и передачей полученной информации по радиоканалу и может быть использовано в качестве средства мониторинга окружающей среды в зоне движения льда для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего.

Известен (US, патент 3449950) комплекс мониторинга окружающей среды, содержащий набор датчиков физических величин (температура воды и воздуха, сила и направление ветра и т.д.), установленных на заякоренном буе.

Недостатком известного комплекса следует признать отсутствие возможности контроля состояния льда, а также неподвижность расположения буя.

Известен (RU, патент 2196347) комплекс экологического контроля окружающей среды, который содержит теплоизоляционный корпус с крышкой, внутри которого размещены системы контроля, измерения с приборами и агрегатами, водосборная емкость, система сбора и отвода конденсата влаги, выполненная в виде сетки из влагопоглощающего материала.

Известен (RU, патент 2197743) комплекс экологического контроля окружающей среды, содержащий герметичный корпус с крышкой обтекаемой формы, причем внутри корпуса размещены измерительные приборы, а на корпусе закреплена метеомачта в виде трубы с датчиковой метеоаппаратурой.

Недостатками известных комплексов экологического контроля окружающей среды являются высокие массогабаритные параметры, невозможность удаленного мониторинга, недостаточный объем получаемой информации о состоянии окружающей среды, а также непригодность к определению характеристик льда и автономной работе.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлено техническое решение, которое по конструкции и по назначению может быть использовано в качестве ближайшего аналога разработанного комплекса.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в обеспечении возможности мониторинга состояния (толщины) льда и окружающей среды при одновременном определении координат расположения комплекса.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении безопасности безопасной проводки судов во льдах и обеспечении безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный измерительно-навигационный комплекс, устанавливаемый на лед. Разработанный измерительно-навигационный комплекс, устанавливаемый на лед, содержит установленные в едином термостатируемом корпусе блок управления, блок определения координат по системе спутниковой навигации, блок определения состояния атмосферы, подключенные к приемопередающему устройству, а также блок электропитания, подключенный к энергопотребляющим блокам. Блок управления может быть выполнен на базе микропроцессора. Блок определения координат по системе спутниковой навигации может быть выполнен на базе систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС. В качестве блока измерения состояния атмосферы может быть использован измерительный блок метеозонда. В качестве блока электропитания может быть использована аккумуляторная батарея, предпочтительно выполненная с возможностью подзарядки. Корпус комплекса преимущественно выполнен с возможностью установки с борта летательного аппарата или плавсредства. Он выполнен со смещенным центром тяжести, что обеспечивает вертикальное фиксирование комплекса на льдине. Корпус может содержать вплавляемую в лед, за счет действия аккумуляторной батареи, якорную систему. Якорная система может быть выполнена в виде штанги, вплавляемой в лед. В этом случае штанга может быть использована в качестве средства измерения толщины льда. Кроме того, на штанге может быть закреплен один из элементов термопары (второй элемент расположен над поверхностью льда), при этом генерированный термопарой электрический заряд поступает в аккумуляторную батарею. Также для подзарядки аккумуляторной батареи может быть использован ветрогенератор, закрепленный на выдвигаемой мачте в верхней части корпуса. Мачта может быть также использована в качестве антенны приемопередающих устройств.

Предпочтительно блок определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.

В зависимости от условий эксплуатации и назначения комплекса блок управления может быть выполнен с возможностью включения блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства по получению управляющего сигнала. Но возможен вариант реализации блока управления, когда включение блоков определения координат по системе спутниковой навигации и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства происходит по заранее заданной программе.

Каждый используемый комплекс имеет свой индивидуальный код (идентификационный номер - ID), который приведен во всех радиограммах, отправляемых комплексом.

Блок управления предпочтительно выбран с возможностью приема управляющих сигналов от стационарного поста мониторинга и передачи их блокам определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающему устройству.

Желательно, чтобы блок управления мог контролировать и состояние аккумуляторной батареи с передачей информации о ее состоянии на стационарный пост мониторинга.

Разработанный комплекс обеспечивает выполнение следующих функций:

- прием сигналов от навигационных спутниковых группировок;

- передача в эфир (по каналам спутниковой связи) собираемых данных в режиме он-лайн (в заданное время):

- о собственной координате в настоящее время;

- о толщине льда, на котором он находится в текущее время;

- о скорости ветра, давлении и влажности воздуха и температуре (по необходимости).

Установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивает возможность создания сети информационных комплексов в системе контроля движения льда и его состояния для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего.

Основной особенностью системы, создаваемой при использовании устанавливаемых на лед комплексов, является возможность обеспечивать точный технический контроль состояния льда, его толщины, что позволяет при использовании специальных программных продуктов делать точный прогноз времени и качества формирования торосов, смещения льда и образования непроходимых для ледокольного флота ледовых условий.

В базовом варианте разработанный комплекс работает следующим образом.

Сформированный комплекс с заряженной аккумуляторной батареей с борта вертолета сбрасывают за лед. За счет использования конструкции корпуса («ванька-встанька») корпус ориентирован тяжелой нижней частью в сторону ледового покрова акватории. После контакта со льдом по управляющему сигналу блока управления из корпуса выделяется якорная система и вплавляется за счет разогрева от аккумуляторной батареи в поверхность льда. После закрепления корпуса в ледовой поверхности из корпуса поднимается мачта с ветрогенератором и датчиками температуры и влажности воздуха, а также скорости ветра. Одновременно с использованием системы спутниковой навигации происходит определение географических координат нахождения комплекса. Полученная информация в блоке управления переводится в числовой код и посредством приемопередатчика направляется на стационарный пост мониторинга. В последующем периодически по программе, заложенной в блок управления, или по управляющему сигналу от стационарного поста мониторинга повторяют операцию измерения параметров. Система подзарядки аккумуляторной батареи работает постоянно.

Таким образом, использование разработанного комплекса позволяет обеспечить повышение уровня безопасной проводки судов во льдах и безопасность объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего.

Изобретение относится к комплексам для измерения параметров среды и может быть использовано при мониторинге окружающей среды. Сущность: комплекс включает установленные в едином термостатируемом корпусе блок управления, блок определения координат по системе спутниковой навигации, блок определения состояния атмосферы, подключенные к приемопередающему устройству. Помимо этого комплекс включает блок электропитания, подключенный к энергопотребляющим блокам. Причем блок управления выполнен с возможностью включения блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства по получению управляющего сигнала и передаче телеметрии состояния бортовых систем комплекса. Технический результат: возможность проведения мониторинга состояния льда и окружающей среды с одновременным определением координат расположения комплекса, повышение безопасности при проводке судов во льдах. 3 з.п. ф-лы.

1. Измерительно-навигационный комплекс, устанавливаемый на лед, характеризуемый наличием установленных в едином термостатируемом корпусе блока управления, блока определения координат по системе спутниковой навигации, блока определения состояния атмосферы, подключенных к приемопередающему устройству, а также блока электропитания, подключенного к энергопотребляющим блокам, причем блок управления выполнен с возможностью включения блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства по получению управляющего сигнала и передаче телеметрии состояния бортовых систем комплекса.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит генератор электрической энергии, подключенный к входу блока электропитания.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью установки его с борта летательного аппарата.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры, давления и влажности воздуха.