СПОСОБ СЪЁМКИ ШЕЛЬФОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДНА АКВАТОРИИ Российский патент 2020 года по МПК G01S17/89 

Изобретение относится к области использования технических средств освоения океана, включающих специализированный самоходный необитаемый подводный аппарат (НПА), и проведения подводно-технических работ. На подготовительном этапе их осуществления, как правило, выполняется планомерное обследование и картографирование дна акватории с целью регистрации локальных отклонений его поверхности от горизонтальной плоскости, а также для выявления условий установки на грунт платформ, обладающих существенными габаритами (пример - оформление устья скважин), анализа плотности осадочных пород на наличие в них камнесодержащих фрагментов. Для отмеченной подводно-технической работы могут использоваться привязные НПА, обеспечивающее перемещение гидроакустической аппаратуры над поверхностью дна с передачей результатов его обследования по кабельной связи на обеспечивающее судно.

Так, известен автономный самоходный малогабаритный подводный аппарат с гидролокатором бокового обзора «УНИВЕРСАЛ-2» разработки ООО ЦНИИ «Гидроприбор», обеспечивающий следующие технические характеристики:

В большинстве практических ситуаций требуемая обследуемая площадь ограничена сотнями метров, а получаемая информация должна иметь «жесткую координатную привязку», что не соответствует прямому применению такого профилографа.

Существует несколько технических разработок в обеспечение решения поставленной проблемы. Судно обычно удерживают в назначенной точке на якорях или методом динамического позиционирования.

Известен способ постановки НПА «Катран» на донный якорь (Б. Сахаров «Аварии и поиск подводных лодок и других объектов», СПб.: 2006 г.). Предусматривалось при проведении поисковых работ его крепление соединительным кабелем к силовому кабелю специальной скобой с вертлюгом. Аппарат маневрировал, удаляясь от якоря на длину соединительного кабеля. Такой способ обследования дна не обеспечивает требованиям по точности координат пунктов проведения измерений.

По совокупности общих характеристик за прототип принят «Способ обследования затонувшего объекта необитаемым подводным аппаратом на течении» по патенту РФ №2510354, 2013 г., не требующий использования труда водолазов. Способ характеризуется удержанием НПА вблизи грунта за искусственную опору в виде выбранного в тугую якорного троса, вокруг которого заводят скользящую петлю из прочного материала и соединяют ее коротким стропом с корпусом спускаемого НПА. Очевидный недостаток способа - отсутствие надежных координат точек измерений в рамках получаемой окружности, определяемой длиной стропа. Отсутствует возможность автоматического увеличения радиуса и, соответственно, обследуемой площади.

Известен профилограф, разработанный ООО ЦНИИ «Гидроприбор», позволяющий измерять плотность донных отложений с выявлением аномалий в виде камней или других твердых образований (данные профилографа по рекламной информации приведены в приложении к заявке).

Задачей изобретения является возможность планового получения надежной информации в определенных точках рельефа дна и оценке плотности осадочных пород грунта с регистрацией координат точек измерений в рамках наперед заданной исследуемой площади.

Это достигается тем, что НПА перемещается на поддерживаемой постоянной глубине с постоянной скоростью по программной траектории, выполняя необходимые измерения в назначенных точках, результаты которых по кабелю передают на обеспечивающее судно.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в качестве программной траектории принята спираль Архимеда (А.А. Савелов, Плоские кривые. Систематика, свойства, применения. (Справочное руководство). Государственное издательство физико-математической литературы. Москва. 1960), а точки выполнения измерений расположены на ней через равные отрезки пути (что равнозначно включению измерительной аппаратуры через заданные промежутки времени).

Предлагаемое решение имеет существенное преимущество перед прототипом:

- простота, высокая точность и надежность программной реализации способа

- возможность обследования дна подо льдом при точном позиционировании центра спирали.

Предложенный способ обладает новизной в части программируемой траектории движения НПА и возможности быстрой и математически определенной расшифровки результатов обследования дна акватории.

Способ осуществляется следующим образом (Фиг. 1).

С помощью грузовых устройств обеспечивающего судна 1 устанавливают якорную плиту 2, на которой закрепляют проводную связь 3 с необитаемым подводным аппаратом 4, оснащенным гидролокатором 5 бокового обзора (ГБО) и гидроакустической аппаратурой измерения расстояния аппарата над дном акватории и местные характеристики плотности грунта ее дна, а над плитой 2 размещают отражатель 6 гидроакустических сигналов ГБО.

Управление перемещением НПА 4 с постоянной скоростью на фиксированной глубине «Н» осуществляют по спирали Архимеда* (Фиг. 2) с назначенным центром 7 спирали, удерживая направление 8 на отражатель (в центре спирали/измерений) в центре направленности гидролокатора 5 бокового обзора, измеряющего равномерно увеличивающееся со временем расстояние «ρ» между центрами (ρ=а⋅ϕ, где а - постоянная, характеризующая полярное уравнение спирали Архимеда; ϕ=b⋅t, где t - время измерений), с помощью аппаратуры НПА измеряют через равные отрезки траекторного «b» пути НПА и фиксируют в точках 9 расстояние НПА от дна и местные характеристики плотности грунта и отмечают координаты аномалий плотности.

Эти аномалии могут быть вызваны наличием крупных камней или выходом скальных пород, препятствующих установке подводных платформ.

Катушка (безынерционная) располагается внутри НПА и обеспечивает соответствующее увеличение длины проводной связи 3 с обеспечивающим судном 1 без препятствия управлению аппаратом (телеуправление движением по проводам самонаводящихся торпед). Передаваемая по линии связи 3 информация о неровностях грунта, толщине иловых отложений и плотности осадочных пород грунта дна позволяет обоснованию принимать решение об установке на дне, например, нефтеразведочной станции с высокой степенью получения положительного результата.

Предлагаемый способ картографирования дна акватории обеспечивается установкой только одного отражателя гидроакустических сигналов (без гидроакустических маркеров) и выполнения подводно-технического обследования шельфа без малоточного маневрирования НПА методом параллельных галсов.

Изобретение относится к исследованию шельфовой поверхности дна акватории и поиску его неоднородностей с использованием гидроакустических систем необитаемых подводных аппаратов. Технический результат: повышение точности определения координат при установке кессона заданной формы, врезающегося в грунт внешнего контура юбки и отклонение кессона от центра спирали Архимеда. Способ съемки шельфовой поверхности дна акватории включает планомерное траекторное обследование грунта шельфовой поверхности путем перемещения гидроакустической аппаратуры НПА над поверхностью дна акватории для регистрации местных (локальных) отклонений поверхности от горизонтальной плоскости, регистрацию плотности грунта шельфа и анализ плотности грунта шельфа на наличие в нем камнесодержащих фрагментов. Управление перемещением НПА осуществляют по спирали Архимеда с назначенным центром спирали, с помощью аппаратуры НПА измеряют и фиксируют местные характеристики плотности грунта, отмечают координаты ее аномалий через равные отрезки траекторного пути НПА, по полученным данным разрабатывают вербальную плоскую расчетную модель плотности донного грунта в заданных координатных ограничениях, далее разрабатывают стохастическую расчетную методику оценки ожидаемого усилия сопротивления грунта при установке кессона заданной формы врезающегося в грунт внешнего контура юбки и отклонение кессона от центра спирали Архимеда. 2 ил.

Способ съемки шельфовой поверхности дна акватории, включающий фиксацию центра измерений, планомерное траекторное обследование грунта шельфовой поверхности путем перемещения гидроакустической аппаратуры НПА над поверхностью дна акватории для регистрации местных локальных отклонений поверхности от горизонтальной плоскости, измерение и регистрацию плотности грунта шельфа и анализ плотности грунта шельфа на наличие в нем камнесодержащих фрагментов, отличающийся тем, что в центре измерений размещают отражатель акустических сигналов и закрепляют проводную связь с катушкой и гидроакустической аппаратурой НПА, включающей и гидролокатор бокового обзора, а управление перемещением НПА с постоянной скоростью на фиксированной глубине осуществляют по спирали Архимеда с назначенным центром спирали, удерживая направление на отражатель в центре спирали/измерений в центре направленности гидролокатора бокового обзора, измеряющего расстояние ρ между центрами ρ=а⋅ϕ, где а - постоянная, характеризующая полярное уравнение спирали Архимеда, с помощью аппаратуры НПА измеряют и фиксируют местные характеристики плотности грунта, отмечают координаты ее аномалий через равные отрезки траекторного пути НПА.