БОРТОВОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО СБОРА И ОБРАБОТКИ ЛОКАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОБСТАНОВКЕ В РАЙОНЕ МЕСТОНАХОЖДЕНИЯ СУДНА (БИК ЛО) Российский патент 2024 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к устройствам автоматического определения и получения гидрометеорологической, ледовой, навигационной обстановки в районе нахождения судна, необходимой для обеспечения безопасности круглогодичного арктического судоходства, автоматизированного построения гидрометеорологических и ледовых карт, построения оптимальных маршрутов судов с учетом гидрометеорологической, навигационной и ледовой обстановки.

Бортовой автоматизированный информационно-измерительный комплекс для оперативного сбора и обработки локальной информации об обстановке в районе местонахождения судна (далее - БИК) обеспечивает:

- автоматическое дистанционное измерение толщины льда и высоты снега на основе анализа формы и размеров полных выворотов отдельных льдин у борта судна при его движении;

- автоматическую оценку параметров поперечного сжатия ледяных полей на основе дистанционного измерения скорости закрытия канала за кормой судна при его движении;

- автоматическую оценку параметров сплоченности и торосистости ледяного покрова в ближней зоне судна до 300 м по ходу движения судна;

- автоматический сбор данных от судовой метеостанции о метеорологических параметрах: температура воздуха, направление и скорость ветра, атмосферное давление, относительная влажность воздуха;

- автоматический сбор данных с судового навигационного оборудования (при наличии возможности подключения БИК к мостиковым системам) для получения следующей информации: координаты судна, скорость относительно грунта, курс истинный, скорость относительно воды, курс гирокомпасный;

- регламентную передачу вышеуказанной информации в береговой сервер с использованием судовой спутниковой системы передачи данных (VSAT);

- визуализацию вышеуказанной информации на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора на борту судна.

Известен СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДА, СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЛЬДА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЛЬДА И ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ [RU 2712969 С2, опубл.:03.02.2020]. Сущность изобретения заключается в том, что способ дистанционного измерения толщины льда заключается в том, что с помощью электромагнитного индукционного датчика осуществляют дистанционное измерение кажущейся толщины льда, включающей в себя толщину снежного покрова на поверхности льда; с помощью электромагнитных волн осуществляют дистанционное измерение толщины указанного снежного покрова; и на основе указанной кажущейся толщины льда и указанной толщины снежного покрова определяют истинную толщину льда.

Недостатком описанного способа является низкая помехоустойчивость применяемых электромагнитных индукционных датчиков, многообразие и сложность оборудования, входящего в состав устройства. Отсутствует информация о возможности работы устройства при низких температурах до -50С.

Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДИН С БОРТА СУДНА [патент RU 70983 U1, опубл.: 20.02.2008]. Устройство для измерения толщины льдин с борта судна, содержащее телевизионную камеру, устройство обработки в виде персонального или карманного компьютера, выход которого соединен с устройством отображения изображения в виде монитора, отличающееся тем, что в его состав включен аналого-цифровой преобразователь телевизионного видеосигнала в цифровую матрицу данных изображения, вход которого соединен с выходом телевизионной камеры, а выход -с входом устройства обработки. В состав устройства включен манипулятор (мышь, трекбол) перемещения световых маркеров на экране монитора, выход которого соединен с входом устройства обработки. Измерение размеров льдин осуществляется по вычислению расстояния между двух маркеров на изображении вывороченных на ребро льдин.

Недостатком данного устройства является использование в качестве основного источника получения изображения телевизионной камеры, которая в условиях полярной ночи и плохой видимости (туман, снег, метель) не позволяет получать качественные изображения льдин для последующего измерения их толщины. Данное устройство работает в «ручном» режиме и требует постоянного наличия оператора.

Наиболее близким по технической сущности является изобретение СУДОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ЛЬДА [патент RU 2767293 С1, опубл.: 17.03.2022]. Судовой измеритель толщины льда содержит размещенный в корпусе модуль изображения, формирующий цифровое изображение объекта, контроллер обработки изображения с интерфейсным модулем, при этом идентификацию и локализацию объектов измерения осуществляют в потоке видеоизображения, получаемого с модуля изображения путем сравнения получаемых изображений с базой данных ледовых форм, записанных в модуле памяти, подключенного к контроллеру, к контроллеру подключены измерители расстояния до объекта и угла наклона оптической оси модуля изображения, учитывающие пространственное положение модуля изображения относительно измеряемого объекта, к контроллеру также подключены датчики температуры и относительной влажности, измеряющие температуру воздуха внутри корпуса и наружного воздуха и относительную влажность наружного воздуха с возможностью управления нагревом защитного стекла корпуса измерителя с целью исключения его обледенения.

Недостатком данного устройства также является использование в качестве основного источника данных видеоизображения, которое в условиях полярной ночи и плохой видимости (туман, снег, метель) не позволяет качественно определять форму ледовых образований.

Технический результат заключается в автоматическом получении комплексной информации о гидрометеорологической, ледовой и навигационной обстановки в районе нахождения судна и в повышении точности измерений толщины льда и снега.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в состав судового сегмента 1 БИК (фиг. 1) входит группа измерительных блоков 1.7: 1.7.1 (носовой), 1.7.2 (кормовой), 1.7.3 (левый борт), 1.7.4 (правый борт), формирующие пространственную цифровую модель и цифровое изображение полных выворотов отдельных льдин у борта судна, ледового поля по курсу движения судна и ледового канала за кормой судна при его движении; коммуникационное оборудование 1.6 для подключения и получения данных от группы бортовых систем 3, с судовой метеостанции 3.1 и судового навигационного оборудования 3.2; сервер приложений для обработки цифровых моделей ледовой обстановки 1.2 и сервер хранения данных 1.1; сетевое оборудование для взаимодействия всех составных частей БИК 1.4 и передачи данных 1.5, 2, 4.2 на береговой сервер 4.1.

Повышении точности измерений толщины льда и снега достигается за счет того, что в составе измерительных блоков 1.7.1-1.7.4 БИК, размещаемых в герметичном термокожухе (IP67) со встроенной системой поддержания заданной температуры, размещены лидары 1.7.1.4, 1.7.2.4, 1.7.3.4, 1.7.4.4; и тепловизионные камеры 1.7.1.5, 1.7.2.5 осуществляющие построение пространственных моделей полных выворотов отдельных льдин у борта судна, ледового поля по курсу движения судна и ледового канала за кормой судна при его движении.

Лидары 1.7.1.4-1.7.4.4 - сканирующие лазерные дальномеры. Применяются для построения пространственного облака точек. Принцип действия следующий, источник лазерного излучения испускает лазерный луч, специальное микромеханическое устройство с помощью системы линз направляет луч в соответствии с заданной траекторией в пределах поля зрения лидара. Затем луч, отраженный от объектов, находящихся в поле зрения лидара поступает на приемник. Таким образом формируется пространственное облако точек, каждая из которых имеет ряд обязательных атрибутов - координаты в системе координат приемника, интенсивность отраженного света, время приема.

Тепловизионные камеры 1.7.1.5-1.7.2.5 должны обеспечивать автоматическую регистрацию интенсивности излучения в инфракрасной области электромагнитного спектра и преобразование его в видимое изображение ледового покрова и поверхности воды для оценки параметров сплоченности и ледового сжатия на расстоянии не менее 1,5 миль.

Сервер хранения данных 1.1 представляет собой программно-аппаратный комплекс с установленным на нем общесистемным и прикладным программным обеспечением и возможностью подключения к нему с помощью оборудования преобразования интерфейсов 1.6 бортовых систем 3.1, 3.2.

Сервер приложений 1.2 представляет собой программно-аппаратный комплекс с установленным на нем алгоритмическим программным обеспечением и возможностью подключения к нему с помощью сетевого оборудования 1.4 внешних измерительных блоков 1.7.1, 1.7.2, 1.7.3, 1.7.4.

Алгоритмическое программное обеспечение сервера приложений 1.2 функционально представляет собой три блока расчета параметров ледовой обстановки (фиг. 2). Блок расчета параметров ледового канала 1.2.1, блок расчета сплоченности 1.2.2, блок расчета толщины льда и снега 1.2.3. Источником данных для алгоритмического ПО сервера приложений служит информация, поступающая с лидаров, расположенных в измерительных блоках. По левому и правому бортам судна - источник информации для решения задачи измерения толщины льда и высоты снежного покрова. В носовой части судна - источник информации для решения задачи оценки сплоченности и торосистости ледового поля. В кормовой части судна - источник информации для решения задачи определения скорости схождения ледового канала. Результат работы алгоритмического ПО направляется в хранилище данных 1.1.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора БИК 1.3 - промышленный защищенный ноутбук, обеспечивающий отображение аналитических данных о ледовой, навигационной и метеорологической обстановке, а также позволяющий осуществлять локальную настройку составных частей БИК.

Использование: изобретение относится к устройствам автоматического определения и получения гидрометеорологической, ледовой, навигационной обстановки в районе нахождения судна, необходимой для обеспечения безопасности круглогодичного арктического судоходства, автоматизированного построения гидрометеорологических и ледовых карт, построения оптимальных маршрутов судов с учетом гидрометеорологической, навигационной и ледовой обстановки. Сущность: создание бортового автоматизированного информационно-измерительного комплекса позволит автоматически получать комплексную информацию о гидрометеорологической, ледовой и навигационной обстановках в районе нахождения судна, а также позволит производить более точные измерения толщины льда и снега. В состав измерительного блока входит сканирующий лазерный дальномер (лидар). Технический результат: автоматическое получение комплексной информации о гидрометеорологической, ледовой и навигационной обстановки в районе нахождения судна и повышение точности измерений толщины льда и снега. 2 ил.

Бортовой автоматизированный информационно-измерительный комплекс для оперативного сбора и обработки локальной информации об обстановке в районе местонахождения судна (БИК ЛО), включающий группу измерительных блоков, помещенных в герметичный термокожух со встроенной системой поддержания заданной температуры и размещенных в носовой, кормовой частях судна, а также с левого и правого борта, коммуникационное оборудование для подключения и получения данных с судовой метеостанции и судового навигационного оборудования, сервер приложений для обработки цифровых моделей ледовой обстановки, сервер хранения данных, взаимодействие которых осуществляется за счет подключения ко всем элементам комплекса сетевого оборудования, обеспечивающего передачу данных на береговой сервер, отличающийся тем, что каждый измерительный блок имеет в своем составе сканирующий лазерный дальномер (лидар), а в состав измерительных блоков расположенных в носовой и кормовой частях судна также включены тепловизионные камеры, осуществляющие автоматическую регистрацию интенсивности излучения в инфракрасной области электромагнитного спектра и преобразование его в видимое изображение ледового покрова и поверхности воды.