Индикатор-сигнализатор волн цунами в открытом океане



Индикатор-сигнализатор волн цунами в открытом океане
Индикатор-сигнализатор волн цунами в открытом океане

 

G01V99/00 - Геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов; кабельные наконечники (обнаружение или определение местоположения инородных тел для целей диагностики, хирургии или опознавания личности A61B; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например, снежной лавиной A63B 29/02; измерение химических или физических свойств материалов геологических образований G01N; измерение электрических или магнитных переменных величин вообще, кроме измерения направления или величины магнитного поля Земли G01R; устройства, использующие магнитный резонанс вообще G01R 33/20)

Владельцы патента RU 2555498:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к плавучим средствам и может быть использовано для обнаружения волн цунами в открытом океане. Сущность: устройство содержит платформу (1) с установленным на ней буем (11). Платформу (1) наделяют функцией плавучести и возможностью удерживать заданный подводный горизонт посредством скрепленных с ней емкостей (2), соединенных шлангами (3, 4) с баллоном (5) со сжатым газом и водяным насосом (6). На платформе (1) размещают датчик (7) давления (то есть датчик цунами), блок (8) управления, блок (9) питания и блок (10) обработки сигналов датчика (7) давления. Буй (11) связывают с платформой (1) кабель-сцепкой (15). Буй (11) снабжают автономной системой (12) погружения и всплытия, приемником (13) навигационных сигналов, а также передатчиком (14) информации по спутниковому каналу связи. Технический результат: повышение оперативности оповещения о волне цунами посредством приближения средства измерений к прогнозируемому очагу землетрясения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области мониторинга поверхностных гравитационных волн и преимущественно может быть использовано для обнаружения волн цунами в открытом океане в области прогнозируемого подводного землетрясения.

Известна система наблюдения сейсмических морских волн с использованием GPS приемников по патенту JP № 2009229432. В состав системы входят GPS приемники, которые снабжены функцией плавучести. Приемники размещаются как на поверхности моря, так и могут погружаться на определенную глубину. Суть способа состоит в измерении горизонтального смещения GPS приемников по информации об их местоположении. Считается, что сейсмические морские волны в каждой точке наблюдения обладают уникальными особенностями, которые являются демаскирующими признаками волны.

Недостатком известной системы являются высокие требования к точности определения координат GPS приемника, которые могут быть не обеспечены навигационной системой над открытым океаном. Действительно, известно, что скорость горизонтального движения воды по сравнению с фазовой скоростью движения волны меньше во столько раз, во сколько раз глубина океана больше высоты волны. Например, если средняя глубина океана 4000 м, а средняя высота волны 1 м, тогда их отношение будет равно 4000, а значит горизонтальная скорость движения воды будет в 4000 раз меньше фазовой скорости движения волны. Если фазовая скорость волны в открытом океане равна 720 км/ч или 200 м/с, то горизонтальная скорость воды будет равна 0.05 м/с или 5 см/с. Примерно те же значения скорости получаются с применением формулы для вычисления максимальной скорости течений для приливной волны [1, с.174]

м/с, где h - амплитуда волны, H - глубина моря в данной точке.

Для примера .

Для определении сантиметровых смещений точность определения координат приеника GPS должна иметь величину единиц сантиметров. Если среднеквадратическая ошибка (σ) определения координат приемника будет равна 10 м, то для достоверного определения смещения (выхода за пределы 6σ) необходимо время

τ=6×10/0,05=1200 с.

За 1200 с гребень волны уйдет от точки идеального обнаружения на расстояние

1200×200 м/с = 240000 м = 240 км,

что приведет к недопустимому запаздыванию и неэффективности системы.

Таким образом, использование координат GPS приемника в качестве информационного параметра, идентифицирующего волну цунами, связано с обеспечением высокой точности навигационной системы, которая в открытом океане может быть недостижима.

Известна буйковая станция DART [2 стр.262], состоящая из заякоренного поверхностного буя и донной платформы, обмен информацией между которыми ведется по акустическому каналу связи. Основу системы составляют глубоководные датчики давления. Датчик, расположенный на донной платформе, измеряет среднее за 15 с давление с точностью, соответствующей 1 мм водяного столба. Это позволяет надежно выделять цунами высотой в 1 см при глубине океана в месте постановки около 6000 м. Поверхностный буй оборудован спутниковой системой передачи данных (GOES) в центры предупреждения о цунами. Достоинством станции является высокая точность и стабильность, а размещение датчика давления на большой глубине позволяет отфильтровать ветровые волны, поскольку известно, что вариации давления, связанные с поверхностными волнами, ощутимы на дне только в случае длинных волн (волн цунами) [2, стр.260]. К недостаткам станции относится жесткая привязка к месту. Измерения производятся в области, не связанной с областью оперативного прогноза очага генерации цунами. То есть даже абсолютно точный прогноз местоположения очага цунами на местоположение анализируемой установки никак не повлияет в силу ее стационарности. Удаленность станции от очага приводит к сокращению заблаговременности оповещения (чем ближе к очагу, тем раньше пройдет оповещение, с одной стороны, чем ближе к очагу, тем точнее определяются параметры деформации дна океана - с другой стороны).

В отличие от американских станций японские глубоководные станции [2, стр.262] агентства JAMSTEK не используют спутниковый канал связи, а соединены с побережьем кабельными линиями, что приводит к жесткой привязке станций к побережью и, как следствие, к сокращению времени заблаговременности предупреждения о цунами по сравнению со случаем выноса датчиков в открытый океан ближе к очагу генерации цунами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является станция DART.

Целью изобретения является повышение оперативности оповещения о волне цунами посредством приближения средства измерений к прогнозируемому очагу генерации цунами.

Поставленная цель достигается посредством наделения станции свойством мобильности.

Для этого платформу с размещенным на ней датчиком давления (датчиком цунами) наделяют функцией плавучести с возможностью удерживать заданный подводный горизонт посредством скрепленных с платформой емкостей, соединенных шлангами с баллоном со сжатым газом и водяным насосом, на платформе размещают блок управления и блок обработки сигналов датчика цунами, а также буй, содержащий приемник навигационных сигналов и передатчик информации по спутниковому каналу связи, причем буй связывают с платформой кабелем-сцепкой и снабжают автономной системой погружения и всплытия.

На фиг.1 показано устройство в трех положениях: а) при производстве измерений; б) при передаче сигнала обнаружения волны цунами; в) при переходе в исходное состояние для производства измерений. На фиг.2 показана обобщенная схема, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит платформу 1 с прикрепленными к ней емкостями 2, соединенными шлангами 3 и 4 с баллоном со сжатым газом 5 и водяным насосом 6, датчик давления (датчик цунами) 7, блок управления 8, блок питания 9, блок обработки сигналов датчика цунами 10 и буй 11 с автономной системой погружения и всплытия 12, причем буй содержит приемник навигационных сигналов 13, передатчик информации 14 через КА и связан с платформой кабель-сцепкой 15.

Устройство работает следующим образом.

1. Доставка устройства в область прогнозируемого подводного землетрясения.

Устройство доставляется (кораблем, самолетом) в заданную область океана - область прогнозируемого очага землетрясения и погружается на глубину, превышающую глубину влияния ветровых волн (например, для океана - 50 м [3]).

2. Установка на заданный подводный горизонт.

Изначально устройство тяжелее воды и происходит его погружение. При этом сигнал с выхода датчика давления 7 (датчика цунами) поступает на вход блока обработки 10, где происходит фильтрация ветровых волн. С выхода блока обработки 10 сигнал, пропорциональный глубине погружения, поступает на вход блока управления 8, в котором происходит сравнение с пороговым значением сигнала, соответствующим заданной глубине погружения платформы 1. При превышении величины сигнала порогового значения в блоке управления 8 формируются команды, которые с его соответствующих выходов подаются на исполнительные механизмы баллона 5 и насоса 6. Посредством включения и выключения крана, а также включения и выключения насоса происходит гашение автоколебаний платформы 1, и она занимает стабильное положение на заданном уровне, которое в дальнейшем отслеживается с учетом ветрового волнения.

3. Всплытие для передачи сигнала через спутниковый канал связи.

После установки платформы 1 с аппаратурой на заданный подводный горизонт устройство переходит в режим обнаружения волны цунами. Задача обнаружения волны цунами возлагается на блок обработки 10 с использованием алгоритмов станции DART. Сигнал, идентифицирующий волну цунами, поступает на вход блока управления 8. По этому сигналу в блоке управления 8 формируется команда на включение механизма «облегчения» буя 11 с помощью автономной системы погружения и всплытия 12. Буй 11 всплывает, поднимая на поверхность приемник 13 и передатчик 14, находящиеся на нем. При этом кабель-сцепка 15 буя 11 с платформой 1 распускается.

4. Передача сигнала через КА связи.

При выходе буя 11 на поверхность формируется сигнал «выход на поверхность», по которому включаются приемник 13 и передатчик 14, происходит их настройка на навигационные аппараты и спутник связи, после которой происходит передача сохраненного в блоке обработки сигнала цунами и определенных с помощью навигационной системы координат приемника через спутник связи в центр цунами. Таким образом, с запаздыванием на время подъема буя с глубины 50 м, определения координат антенны приемника и передачи информации через спутник в центре цунами становятся известными координаты и параметры волны цунами на момент ее обнаружения.

5. Погружение буя.

После передачи сигнала цунами и координат навигационного приемника по спутниковой связи в блоке управления 8 формируется команда на погружение буя 11, которая поступает на автономный механизм погружения и всплытия буя и на кабель-сцепку 15. Буй 11 «утяжеляется», а механизм скручивания гибкой кабель-сцепки подтягивает буй 11 на отведенное на платформе место. При этом платформа 1 испытывает колебания уровня, которые компенсируются механизмом выставления платформы 1 на заданный уровень. После успокоения платформы 1 устройство переходит в режим обнаружения волны цунами.

6. Завершение дежурства

Цикл обнаружение - передача повторяется, пока не исчерпается энергетический ресурс (блок питания 9) устройства. После исчерпания энергоресурса устройство передает сигнал «тревоги» и свои координаты. Далее устройство снимается с «дежурства», всплывает, заряжается и при необходимости опять ставится на «дежурство».

Дополнительный положительный эффект устройства заключается в том, что в режиме дежурства устройство перемещается вместе с океаническим течением и, таким образом, осуществляется мониторинг волн цунами не в точке (точку спрогнозировать невозможно), а в области прогноза подводного землетрясения.

Источники информации

1. Шулейкин В.В. Физика моря. 1953 г.

2. Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. - М.: Янус-К, 2005 г.

3. Куликов Е.А. Физика цунами. - журнал «Физика», №11, 2005, издательского дома «Первое сентября».

Индикатор-сигнализатор волн цунами в открытом океане, содержащий платформу с размещенными на ней датчиком давления и блоком питания, а также буй с приемником навигационных сигналов и передатчиком информации по спутниковому каналу связи, отличающийся тем, что с целью повышения оперативности оповещения о волне цунами посредством приближения средства измерений к прогнозируемому очагу землетрясения платформу наделяют функцией плавучести с возможностью удерживать заданный подводный горизонт посредством скрепленных с платформой емкостей, соединенных шлангами с баллоном со сжатым газом и водяным насосом, на платформе размещают блок управления и блок обработки сигналов датчика цунами, причем буй устанавливают на платформе, связывают с платформой кабель-сцепкой и снабжают автономной системой погружения и всплытия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам количественной оценки природных процессов и может быть использовано для определения массового расхода водяного пара на вулканах.

Изобретение относится к области геокриологии и может быть использовано в поисковой геохимии для реконструкции палеотемператур мерзлых пород. .

Изобретение относится к сейсмотектонике и может быть использовано для оценки современной активности тектонических нарушений при инженерно-геологических изысканиях.

Изобретение относится к способам датирования кайнозойских горных сооружений. .

Изобретение относится к океанографической технике, а именно - к морским измерительным системам. Измерительная система для исследования мелкомасштабной турбулентности в приповерхностном слое моря содержит стационарную платформу и зафиксированный на заданном горизонте в приповерхностном слое моря приборный контейнер с датчиками, которые подключены к измерительной аппаратуре.

Изобретение относится к устройствам для подводных геофизических исследований морей и океанов. Заякоренная профилирующая подводная обсерватория сочленена с диспетчерской станцией и состоит из: подповерхностного буя, заякоренного с помощью стального буйрепа, который служит ходовым тросом для профилирующего носителя, содержащего комплект измерительных датчиков, модуль центрального микроконтроллера, электропривод, и передвигающегося по ходовому тросу; системы цифровой связи посредством бесконтактной индуктивной врезки в ходовой трос, поверхностного буя-вехи с модемами передачи данных и телеметрической информации по радиоканалу, гидроакустического размыкателя якорного балласта.

Группа изобретений относится к технике изучения океана с помощью автономных и автоматических подводных станций заякоренного типа. Способ заключается в том, что для движения зонда в составе буя используют изменение и управление соотношением действия разнонаправленных сил - водоизмещения и веса, которые воздействуют на аппарат по вертикали.

Изобретение относится к способам наблюдения за подводной средой. Способ применения радиогидроакустических буев реактивных (РГБР) с надводных кораблей для наблюдения за подводной обстановкой, с выставлением буев по окружности, заключается в том, что определяют координаты центра окружности, на счетно-решающем приборе (СРП) радиус окружности, требуемое число буев и координаты точек их местонахождения, заряжают пусковую установку (ПУ) необходимым числом РГБР, решают на приборах управления стрельбой задачи по наведению ПУ для выполнения стрельбы, наводят ПУ для стрельбы в первую точку, подают питание на пиропатроны запуска ракетного двигателя РГБР, выстреливают первый РГБР, наводят ПУ и стреляют РГБР в последующие точки, применяют сигналы от буев после их приводнения и начала работы.

Изобретение относится к области поисковых и подводно-технических работ при наличии сплошного ледового покрова в районе нахождения аварийного подводного объекта, например, подводной лодки.

Изобретение относится к технике подводных исследований в океанологии и синоптике. .

Изобретение относится к устройствам для подводных геофизических исследований морей и океанов. .

Изобретение относится к морской технике, к исследованию физических и химических свойств водной среды. .

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для гидроакустических исследований объектов шумоизлучения в натурном водоеме. .

Изобретение относится к области океанографии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн. Сущность: устройство состоит из цельнометаллического корпуса (3), внутри которого установлены модуль (1) управления с опционным блоком GPS, источник (2) питания, цифровой трехкомпонентный акселерометр (15), трехкомпонентный магнитометр (17). В нижней части корпуса (3) размещено выдвижное якорное устройство (4), а также стабилизирующее устройство (5). Стабилизирующее устройство (5) выполнено в виде крыльев, сочлененных с корпусом (3) посредством шарниров (6) и резиновых амортизаторов (7). Источник (2) питания снабжен генератором, сочлененным со стабилизирующим устройством (5). Корпус (3) в подводной своей части оснащен демпфирующим устройством (14), состоящим из насадки, снабженной четным количеством лепестков. Лепестки насадки прикреплены к корпусу буя с помощью плоских пружин. Причем четные лепестки прикреплены с наклоном вниз, а нечетные лепестки - с наклоном вверх. Опционный блок GPS модуля (1) управления содержит четырехканальный приемник спутниковых сигналов, выполненный с возможностью одновременного измерения дельтапсевдодальностей до четырех искусственных спутников Земли. При этом приемник спутникового канала связи содержит навигационный фильтр для моделирования движения буя. Корпус (3) оснащен элементами (8) парашютной системы и устройством (13) для передачи информации по радио- и спутниковым каналам связи. Цифровой трехкомпонентный акселерометр (15) и трехкомпонентный магнитометр (17) размещены в едином корпусе (16). Технический результат: повышение точности определения характеристик морских ветровых волн. 1 ил.

Изобретение относится к гидротехническим устройствам и предназначено для обозначения границы ВВП гидроаэродрома при взлете воздушного судна с его поверхности и его посадке. Устройство для обозначения границы ВПП гидроаэродрома содержит корпус. Корпус состоит из освещаемой надводной и герметичной подводной частей, в которой расположен пенал для аккумуляторов, и имеет пескобетонный груз, монтажный трос, якорный рым. Надводная и подводная части корпуса разнесены и соединены между собой гидрошлангом. Надводная часть снабжена антенной радиоуправления. Подводная часть корпуса снабжена дополнительными водонепроницаемыми пеналами для размещения приемоуправляющего блока, блока автоматики управления гидронасосом и подсветки, а также гидронасосом с возможностью подачи воды с регулируемой интенсивностью, формой, цветом и яркостью водяной струи по гидрошлангу через форсунку. Форсунка закреплена в надводной части корпуса. При этом устройство снабжено балансировочным грузом на гидрошланге, дополнительным поплавком с проходящим через него монтажным тросом, гидрошлангом, электропроводом антенны и подсветки. Достигается безопасность при взлете и посадке воздушного судна и расширение эксплуатационных возможностей. 3 ил.

Изобретение относится к области морской техники и предназначено для обнаружения, определения местонахождения и классификации подводных лодок и надводных кораблей. Предложен гидроакустический буй, в корпусе которого расположен водометный движитель, сообщающий устройству силу перемещения его в заданном направлении и представляющий собой водяной насос, работающий от электродвигателя. Корпус выполнен в виде сжатой сферы, сверху обтянут тонкой пленкой на тканевой основе, представляющей собой кремниевую солнечную батарею. В корпусе расположен электрогенератор, через систему управления соединенный с электродвигателем и аккумуляторной батареей. На вал электрогенератора в верхней части за пределами корпуса насажена крыльчатка, к нижней части которой шарнирно прикреплены щетки, прижимаемые к поверхности корпуса пружинами. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик гидроакустического буя. 3 ил.

Изобретение относится к области экологического картографирования и может быть использовано для решения различных природоохранных задач. Сущность: определяют перечень учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО), природоохранных территорий (ПОТ). Определяют границы сезонов для построения сезонных карт с учетом особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти для построения сезонных карт, если данных недостаточно для построения карт по месяцам. Собирают данные о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований. Собирают экспертные оценки специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными. Собирают картографическую информацию о картографируемом районе из существующих топографических и навигационных карт, лоций, аэрофотоснимков, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации. Вводят собранную информацию в электронную картографическую базу данных (БД). Строят исходные разномасштабные сезонные карты или карты по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ) групп/подгрупп/видов в рамках принятых временных границ (сезоны/месяцы). Рассчитывают коэффициенты уязвимости для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты на основе чувствительности компонентов к действию нефти, их восстанавливаемости после воздействия и потенциального воздействия на них нефти. Нормируют полученные карты распределения биоты. Строят карты уязвимости биоты путем “сложения” карт распределения ВКБ для экологических групп/подгрупп/видов биоты с учетом их коэффициентов уязвимости. Нормируют полученные карты и строят карты интегральной уязвимости. При этом на последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делят на 3 или 5 равных поддиапазона, которые на картах окрашивают в разные цвета. Кроме того, в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы производят сбор недостающих данных путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты. Определяют их численность на единицу площади и/или плотность биомассы, границы мест обитания экологических групп/подгрупп/видов важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона. Осуществляют экспертную оценку недостающего объема данных и вводят вновь полученные данные в сформированную электронную картографическую БД. Затем осуществляют построение карт ОЗО и положения ПОТ для заданного картографируемого района. На основе экспертных оценок присваивают значения коэффициентам уязвимости для ОЗО и для ПОТ. Для построения карт “относительной” уязвимости биоты карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие (общую численность или общую биомассу в картографируемом районе) соответствующей экологической группы за сезон при построении сезонных карт, или месяц при построении карт по месяцам. Получают распределение относительных за сезон или месяц значений обилия. Для построения карт “абсолютной” уязвимости карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на среднее за год обилие соответствующей экологической группы в картографируемом районе. Затем для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют “сложение” исходных карт распределения групп биоты. Получают сезонные или по месяцам карты распределения “относительной” и “абсолютной” уязвимости биоты в картографируемом районе. Осуществляют построение карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем нанесения на карту полигонов со значениями “относительной” и “абсолютной” уязвимости биоты для ОЗО и для ПОТ и их нормировку. Строят карты “относительной” интегральной уязвимости картографируемого района посредством “сложения” карт “относительной” уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ. Затем выполняют “сложение” карт “абсолютной” уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ для получения карт “абсолютной” интегральной уязвимости. Технический результат: повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ, получение комплексной информации по оценке упомянутой уязвимости. 2 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для моделирования пласта-коллектора. Описывается способ моделирования месторождения. В одном аспекте открытия способ включает в себя инициирование работы механизма моделирования пласта-коллектора и, следом за инициированием работы механизма моделирования, извлечение данных о месторождении из внешнего источника данных через сеть передачи данных и использование извлеченных данных как части выполняющегося моделирования. В некоторых вариантах осуществления, колода с данными может предоставляться механизму моделирования, прежде чем будет инициирована работа механизма моделирования. Колода с данными может включать в себя информацию для установления сетевых линий связи между механизмом моделирования пласта-коллектора и внешним сервером данных. Технический результат - повышение точности данных моделирования. 3 н. и 17 з.п.ф-лы, 3 ил.
Наверх