Алгоритмическое обеспечение автоматического обследования водной среды с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов

• Автор: Бабак, Лариса Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СОКРАЩЕНИЯ ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НАЗВАНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОЦЕНИВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНПА

1.1. Оценка точности навигационной привязки координат точек съемки параметров водной среды.

1.2. Алгоритмы аппроксимации пространственных измерений параметров водной среды

1.3. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. АЛГОРИТМЫ ОЦЕНИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ АКВАТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНПА.

2.1. Алгоритм формирования траектории движения АНПА для локализации источника шлейфа.
2.2. Алгоритм формирования траектории движения АНГ1А для прослеживания границ пятна загрязнения.

2.3. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ПОИСКА ИСТОЧНИКОВ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГРУППЫ АНПА.
3.1. Алгоритм поиска источника неоднородности типа пятно группой АНПА.
3.2. Алгоритм поиска источника неоднородности типа шлейф группой АНПА.
3.3. Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА МПА.
4.1. Обзор сенсорных систем подводных робототехнических комплексов, применяемых для экологических исследований.
4.2. Структура информационноизмерительного комплекса АНПА.
4.3. Результаты морских экспериментов с использованием датчиков, входящих в состав ИИК 1ША.
4.4. Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ МОРСКИХ ИСПЫТАНИЙ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ СЪЕМКИ В СОСТАВЕ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ.
5.1. Оценка пространственных параметров среды в заданной акватории с использованием подводного аппарата
5.2. Оценка распространения шлейфа пресной воды от реки Безымянная, впадающей в бухту Воевода.
5.3. Исследование концентрации метана в морских и пресноводных водоемах
5.4. Выводы по главе 5.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Для выполнения наблюдений вблизи дна дополнительно используются: видео камера, системы акустического зрения, многолучевой гидролокатор и гидролокатор бокового обзора, которые важны при изучении геологических изменений, а также флоры и фауны (экологии) морского дна. Кроме того, существует множество специальных исследований, например, микробная активность, которые можно выполнить только в лабораторных условиях на основе полученных проб воды. Задачей исследования может быть изучение структуры поверхностных и подводных течений, возникающих в результате перемешивания теплых прибрежных вод с более холодными глубинными, водами, и исследование влияния течений на характеристики водной среды. Рассмотрим примеры выполнения работ с помощью одиночных АНПА для решения задач сбора информации. Начиная с г. АНПА АЩобцЬ (рис. Он оснащен датчиками: ТЭД, растворенного кислорода, флюорометром, датчиком нисходящего излучения и акустическим доплсровским измерителем скорости. Кроме того, в каждой экспедиции использовались дополнительные датчики для специальных целей. Например, гидролокатор высокого разрешения использовался для исследований в области рыбного промысла для оценки количества и распределения зоопланктона а также для измерения толщины морского льда. Специальные датчики применялись для оценки концентрации растворенного метана. Рис. Для Autosub была разработана система анализа содержания растворенного марганца в условиях морской среды в фиордовой системе Loch Etive в Шотландии. По результатам применения этой системы было выявлено, что глубоководные водоемы имеют более низкое содержание кислорода и более высокое содержание марганца. Автономным подводным аппаратом Autonomous Benthic Explorer (рис. Тихого океана на глубинах - м. Были выполнены измерения температуры, солености, скорости тепловых потоков и мутности воды, а также выполнены оценки изменения данных параметров во времени []. Одновременно была получена батиметрическая карта района работ. Вудсхолский океанографический институт регулярно выполняет подводные исследования с использованием АНПА [, , , ]. Один из примеров с применением АНПА REMUS связан с исследованием состояния давнего кораблекрушения в Массачусетском заливе. Работа по фотографированию пятимачтовой шхуны Paul Palmer, затонувшей июля г. Рис. Для выполнения работ REMUS был оснащен четырьмя цветными камерами, ориентированными влево, вправо, прямо и вниз по отношению к продольной оси. Видео от правой, левой и нижней камер в реальном времени сжималось и записывалось в бортовой цифровой накопитель. Носовая и кормовая части затонувшего судна были помечены акустическими маяками, которые обеспечивали навигацию подводного аппарата. На основе полученных изображений с учетом информации о траектории движения подводного аппарата было сформировано панорамное (мозаичное) изображение места кораблекрушения. Другой пример иллюстрирует возможность использования АНПА REMUS (рис. Для выполнения данных исследований подводный аппарат был оснащен мульти сенсором YSI-. Предварительный анализ показал, что уровни мутности и растворенного кислорода лежат в допустимых пределах. Рис. Наконец, еще один из примеров связан с применением АННА SAUV II (Falmouth Scientific Inc. Гринвичском заливе. Первый вариант данного подводного аппарата (SAUV I) является совместной разработкой ИПМТ ДВО РАН и AUSI (США) [3-5, , , ]. Картографирование частоты и степени гипоксии (недостатка кислорода) на основе применения АНПА демонстрирует экономичный способ мониторинга чистоты водных акваторий. SAUV II предназначен для непрерывной работы в течение нескольких месяцев на основе использования солнечной энергии. Бортовые батареи аппарата подзаряжаются посредством солнечных панелей на поверхности в дневное время суток. Для получения более полной информации одновременно с концентрацией кислорода измерялись температура, электропроводность и давление с помощью датчика NXIC (Falmouth Scientific Inc. Измерения проводились на трех протяженных галсах, соответствующих разным глубинам и в разной степени подверженных влиянию ветровых волн. Протяженность галсов составляла в среднем км, время в пути - 7,5 часов и глубины 0-9 м. При этом за один галс SAUV использовал около % энергии бортовых аккумуляторов, емкость которых составляет А*час.