Проектирование гидрографических работ в море Лаптевых

дипломная работа

2.5 Навигационно-гидрографическое программное обеспечение

Осуществление высокоточной навигации можно выполнить с использованием электронной гидрографической информационной системы (ЭГИС) HYPACK, предназначенной, для проведения инженерных изысканий, промерных работ и обеспечения мониторинга участков дноуглубительных работ разработанной американской компанией HYPACK. В совокупности с датчиками информации (эхолоты, приемники спутниковой навигационной системы, гирокомпасы, лаги и т.д.) программное обеспечение HYPACK образует ЭГИС, различного уровня интеграции. Наиболее полная система - HYPACK MAX обеспечивает полный технологический комплекс гидрографической съемки, включая проектирование съемки, выполнение съемки в реальном масштабе времени, редактирование зарегистрированной информации и представления результатов.

В целом программное обеспечение семейства HYPACK может использоваться для решения широкого круга задач. Окно монитора ЭГИС HYPACK представлено на рис. 4.

2.5.1 Резервное навигационное программное обеспечение

В качестве резервного средства для высокоточной навигации и текущего планирования

Использовалась электронная картографическая информационная система (ЭКНИС) dKartNavigator/Survey (v.6.1) - разработка фирмы Моринтех. ЭКНИС отображает морские навигационные карты и обеспечивает общее мореплавание и удобное последующее отображение информации с использованием функций «судовой журнал».

Рис. 4. Окно ЭГИС «HYPACK»

2.5.2 Программа STARUtil (v.3.)

Для работы с модулем C-NAV-2050R нужно использовать программу STARUtil, обеспечивающую все необходимые функции, касающиеся управления приемником, задания режимов функционирования (включение режима RTG), а также определение набора навигационной информации, выдаваемой внешним пользователям

Навигационная информация от модуля C-NAV-2050R в виде предложений протокола NMEA-0183 может выдаваться на специальный «разветвитель» COM-портов и далее передавать потребителям (ПЭВМ навигации и ПЭВМ геофизического комплекса).

Передавать весь набор предложений NMEA-0183 для спутниковой аппаратуры, включая:

- основное предложение: GGA,

- оценка точности решения навигационной задачи: GST

ЭГИС HYPACK может использовать эти предложения с помощью специального драйвера «kinematic», обеспечивая отображение на экране оценок точности определения координат.

Возможная блок схема размещения навигационной аппаратуры на судне показана на рисунке 5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 5.

2.5.3 Стояночные испытания оборудования желательно провести при стоянке судна в месте базирования

Предложения NMEA-0183 от спутниковой аппаратуры C-NAV-2050R следует передавать в ПЭВМ с ЭГИС HYPACK и регистрировать в текстовый файл с интервалом 1 с. По результатам обработки по внутренней сходимости нужно проверить точностные характеристики модуля C-NAV-2050R. Результаты оценивать на уровне 95 % доверительной вероятности определения координат в метрах: широты (у ц), долготы (у ч) и высоты (у z).

2.6 Гидрографический комплекс на базе многолучевого эхолота ЕМ-3000 фирмы «Simrad»

Многолучевой эхолот ЕМ3000 представляет собой систему для картографирования и обследования мелководных акваторий с высокой разрешающей способностью и точностью. Максимальная рабочая глубина составляет менее 1 м под вибратором, максимальная - более 150 м. при типичных морских гидрологических условиях (немного меньше в соленой и теплой воде и больше в пресной и холодной воде).

Небольшие размеры и вес делают систему переносной и легко устанавливаемой, позволяют использовать ее как на катерах, так и на подводных аппаратах, на глубинах до 1500м. По состоянию на май 2000 года в эксплуатации находятся 62 системы. Многие компании, однажды испытав все достоинства ЕМ3000, пополняют свой парк многолучевых эхолотов именно этими системами. По данным Канадской гидрографической службы, имеющей опыт эксплуатации ЕМ3000 с 1995г., реальные точностные характеристики эхолота (точность измерения глубин и разрешающая способность) отвечают не только требованиям МГО SP-44 (редакция 4). категория 1 (гидрографическая съемка в гаванях, на подходных каналах, рекомендованных путях и т.д.), но и самым жестким требованиям -нулевая категория (Special Order) для глубин до 20м. (съемка в критических зонах с минимальным подкильным пространством и опасными для судовождения характеристиками грунтов).

Эхолот обладает чрезвычайно высокой частотой посылок, до 25 посылок в секунду, большим количеством измерений (лучей) на одну посылку (обычно около 120). Ширина каждого луча составляет 1.5є, шаг лучей - 1є. Направление излучения не зависит от дифферента или килевой качки судна это достигается электронной стабилизацией и электронным формированием диаграммы направленности гидроакустической антенны. Практически 100% покрытие дна достигается при скорости судна 10 узлов на мелководье с шириной захвата, составляющей до четырех значений глубины под вибратором.

В стандартном варианте многолучевой эхолот поставляется с одной антенной. В дальнейшем система может быть расширена для работы с двумя антеннами. Это позволит увеличить ширину захвата на мелководье до десяти значений глубины под вибратором. Число лучей за одну посылку в этом случае доходит до 220. Двухвибраторная система с сектором захвата до 220 градусов позволяет выполнять промер до уреза воды вдоль побережья, банок и искусственных сооружений. В более глубоководных районах достижимая ширина покрытия доходит до 250м. и 100% обследование дна достигается при скорости судна до 20 узлов.

Рабочей частотой эхолота выбрана частота 300кГц, что позволило достичь сочетания небольших размеров, большой дальности и высокой точности даже в воде с наличием взвеси. Встроена возможность повышения разрешающей способности на мелководных участках. Детектирование дна производится комбинированным амплитудно-фазовым методом, что определяет СКП измерений глубин 5см, причем практически независимо от угла наклона луча.

Эхолот ЕМ 3000 имеет все необходимые интерфейсы внешних датчиков. Обеспечивает компенсацию перемещений судна и углов разворота лучей в реальном времени. Снабжен дисплеем контроля качества данных, функциями калибровки датчиков и записи данных. Программное и аппаратное обеспечение системы позволяет использовать ее как систему «обзора вперед» с электронным управлением углом излучения и изменяемым оператором углом захвата.

Собственно многолучевой эхолот ЕМ 3000 состоит из трех основных устройств: гидро-акустическая антенна, устройство обработки и рабочая станция оператора. (см. рис.3.1.).

Датчик вертикальных перемещений судна, система позиционирования, датчик курса, дисплей рулевого, датчик скорости звука в воде, программное обеспечение обработки данных и растровый высокоточный цветной прокладчик не являются составными частями эхолота. Однако они предусмотрены в нашем предложении для создания полного промерного комплекса.

Гидроакустическая антенна диаметром 332мм и высотой 119мм содержит в себе передатчики, приемники (вибраторы) и всю приемно-передающую электронику. Стандартная гидроакустическая антенна рассчитана на давление, соответствующее глубине 500м и весит 15кг в воздухе. Кабель со специальным подводным разъемом соединяет антенну с устройством обработки.

Устройство управления производит формирование лучей, детектирование дна и управляет антенной в соответствии с заданным диапазоном глубин, частотой посылок и углами излучения. Устройство имеет интерфейсы со всеми датчиками, критичными к временным задержкам, такими как, например, внешние датчики перемещений судна (бортовая и килевая качка, курс и вертикальные перемещения), датчики координат судна (до трех систем одновременно) и внешние часы. Устройство управления размещается в корпусе, встраиваемом в инструментальную стойку. Устройство может быть сконфигурировано для управления двумя антеннами. Устройство соединяется с рабочей станцией кабелем локальной сети Ethernet.

Высокопроизводительная рабочая станция оператора выполняет функции интерфейса с оператором, отображает получаемые данные, записывает их на диск и магнитную ленту (глубины, гидролокационное изображение, координаты судна, скорость звука в воде).

Станция оператора преобразует данные из полярных координат в формат XYZ, вводя в реальном времени все необходимые поправки за перемещения судна и скорость звука в воде. Вертикальный профиль скорости звука может быть введен в рабочую станцию непосредственно с датчика или от внешнего компьютера. Система так же поддерживает использование датчика скорости звука в реальном времени для постоянного считывания скорости звука в районе антенны, что при ряде условий заметно повышает точность съемки.

Стандартные функции дисплея станции оператора включает все необходимое для контроля качества съемки в реальном времени. В дополнение имеются функции прокладки ширины полосы съемки и функции калибровок. Со станции оператора можно провести полную диагностики системы, включая диагностику устройства управления и антенну. Имеются дополнительные режимы дисплея, позволяющие получать в реальном времени гидролокационные изображения, отображения изобат и глубин в режиме «солнечного освещения» и многих других. Обновление программного обеспечения для всех устройств поставляется на компакт-дисках.

2.6.1 Обработка данных

Программное обеспечение обработки данных для ЕМ 3000 доступно как от фирмы Kongsberg Simrad, так и от других производителей. Сервисные и маркетинговые организации по всему миру, имеющие многолетний опыт в области использования многолучевых эхолотов, поддерживают систему ЕМ3000.

Высокое качество данных, получаемое при использовании многолучевых эхолотов фирмы

Kongsberg Simrad, представляет прекрасную основу для выполнения полного описания морского дна в форме карт, трехмерных изображений, комбинированных батиметрических и гидролокационных изображений, классификации морского дна и т.д. В поставку может быть включен полный набор программных продуктов для предварительной камеральной обработки данных многолучевого эхолота, однако, поскольку форматы данных являются открытыми то могут быть легко написаны и конверторы для других программных систем.

Кроме этого, весьма эффективным является специализированное картографическое программное обеспечение IRAP производства фирмы Roxar, предназначенное для получения отчетных планшетов. Вывод результатов обработки производится на цветной растровый прокладчик со встроенным интерпретатором языка Post Script.

Программное обеспечение Neptune фирмы Kongsberg Simrad используется для камеральной обработки результатов съемки. Этот программный пакет состоит из модулей отбраковки и фильтрации данных координирования, анализа и исправления глубин, ввода поправок за уровень, автоматической фильтрации глубин, основанной на комбинациях статистических правил, перерасчета глубин с использованием нового профиля скорости звука в воде. Предусмотрены функции ручного редактирования, контролируемого уменьшения объема данных, экспорта предварительно обработанных данных для дальнейшей обработки и распечатки рабочих планшетов на цветном струйном плоттере.

Делись добром ;)