Автономный циклирующий измеритель гидрофизических полей морской среды «Экозонд»

Одним из важнейших аспектов исследований процессов, происходящих в океане, является оценка и прогноз глобального изменения климата на основании результатов долгопериодных наблюдений в рамках мониторинга морской среды. Основной проблемой выполнения прогнозных оценок состояния морской среды является получение и анализ натурных данных.

Положительную роль в организации мониторинга моря, как по площади, так и по глубине могут сыграть автономные станции вертикального зондирования. Группа таких станций, оборудованных необходимыми измерительными датчиками, способных работать в автономном режиме в течение многих месяцев, может дать объемную информацию о состоянии исследуемого участка морской акватории.

Примером таких станций является разработанная в СКБ САМИ ДВО РАН автоматическая циклирующая станция «Экозонд». Конструктивно она представляет собой герметичный контейнер с установленными на нем датчиками регистрации различных гидрофизических полей, способный перемещаться в слое морской воды по заданной программе, обеспечивая непрерывную регистрацию вертикальных распределений (профилей) параметров среды и биоты, что позволяет точно оценивать как дифференциальные, так и интегральные характеристики этих распределений. Наряду с этим «Экозонд» может останавливаться — «зависать» на нужное время, чтобы произвести измерения на заданных горизонтах.

Передача результатов измерений осуществляется по УКВ-модему или спутниковому радиомодему в случае отсутствия прямой видимости между точкой постановки станции и пунктом управления. Станция передает формуляры на FTP-сервер, откуда они могут быть взяты пользователем. Это может быть либо сервер пользователя, либо сервер компании Globalstar. Через сервер передаются на станцию и файлы с новым заданием. При подготовке станции к работе в этом случае используются приемо-передающие устройства Wi-Fi. С их помощью организовывается канал для программирования станции и приема данных при тестировании и выполнении контрольных галсов, когда судно-постановщик или береговой пункт управления находится в радиусе до 100 метров от станции.

Станция «Экозонд» состоит из герметичного цилиндрического корпуса (1) с электронной аппаратурой внутри, лебедки с тросом (2), прикрепленной к станции снизу, измерительных датчиков (3), размещенных на верхней и нижней крышках корпуса и радиоантенны (4). Верхний конец троса намотан на лебедку, а нижний конец крепится к якорю, расположенному на дне.

Автономная циклирующая по глубине гидрофизическая станция «Экозонд» с передачей информации с поверхности моря по УКВ радиоканалу

позиция 1 — датчик скорости звука

позиция 2 — датчик температуры

позиция 3 — датчик проводимости

позиция 5 — датчик течения

позиция 6 – стабилизатор

Станция «Экозонд» с установленными на ней датчиками давления, температуры, электропроводности, измерения скорости звука, течения

Состав датчиков станции «Экозонд» определяется решаемыми ею задачами.

Для удобства эксплуатации в станцию «Экозонд» внедрены конструктивные элементы, позволяющие включать и выключать питание станции, а также заряжать аккумуляторы без разгерметизации корпуса.

Станция во время сеанса связи

Количество и тип датчиков, устанавливаемых на циклирующую станцию гидрофизических полей «Экозонд», определяется решаемыми задачами и регистрируемыми параметрами.

Основные технические характеристики циклирующей станции «Экозонд»

Характеристика Значение Примечания
Диапазон рабочих глубин 5 — 500 м

При глубине места более 200 м (до 400-500 м.) производится дополнительное оснащение заякоренной платформой с гидроакустическим размыкателем балласта

Максимальная глубина выполнения измерений 200 м
Горизонты, на которых производятся измерения Задаются программно с погрешностью 0.1% от максимального значения рабочей глубины

Горизонты проведения измерения и периодичность измерений могут задаваться с удаленного компьютера в процессе автономной работы по каналу радиосвязи

Базовый комплект датчиков, погрешность измерения:

  • давления;
  • температуры;
  • проводимости (солёности);
  • гамма-излучения;
  • скорости течения;
  • 0.1%
  • 0.1 С°
  • 3%
  • 2%
  • 0.1%

Станция оснащена 3-х координатным датчиком положения

Общее количество датчиков с цифровым RS-232 или аналоговым выходом 6

Количество датчиков может уточняться

Спутниковая связь:

  • Globalstar;
  • «Гонец»;
Дальность связи не ограничена
Передача информации с поверхности моря по радиоканалу:УКВ-модем Дальность связи в зоне прямой радиовидимости (20–40 км)

Информация передается на приемный терминал и далее через сервер пользователя на любой удаленный терминал по доступному каналу связи.

Допустимое количество АПС на один центр сбора информации:

  • по УКВ каналу
  • по спутниковому каналу
  • до 100
  • Зависит от выделенного ресурса

При установке АПС в зоне прямой радиовидимости передача данных может осуществляться последовательно от станции к станции, а затем в центр сбора информации

Передача информации с поверхности моря по радиоканалу:УКВ-модем Дальность связи в зоне прямой радиовидимости (20–40 км)

Информация передается на приемный терминал и далее через сервер пользователя на любой удаленный терминал по доступному каналу связи.

Передача информации с поверхности моря по радиоканалу:УКВ-модем Дальность связи в зоне прямой радиовидимости (20–40 км)

Информация передается на приемный терминал и далее через сервер пользователя на любой удаленный терминал по доступному каналу связи.

Конструкция автономной циклирующей станции «Экозонд» позволяет в короткие сроки расширять характеристики её применения за счет изменения состава и количества датчиков, а также путем совместного использования станций с другими системами, например в комплекте с океаническими буями. Это позволит получать информацию о состоянии среды от большого количества автономных станций, расположенных на акватории и находящихся в зоне прямой акустической видимости от радиобуя. Передача измерительной информации на радиобуй может производиться по гидроакустическому каналу связи после каждого цикла измерений или по программе с заданных горизонтов.

Использование станции «Экозонд» в комплекте с океаническим буем позволяет:

  • передавать данные в режиме реального времени (т.к. антенна, размещённая на океаническом буе, постоянно находится на поверхности моря);
  • увеличить дальность связи с береговым (судовым) постом;
  • повысить штормоустойчивость до 8 баллов;
  • установить дополнительно на океаническом буе автономную метеостанцию и средства контроля состояния поверхности, с передачей данных по радиоканалу.

Такое совместное использование позволит создать системы постоянного контроля над морскими акваториями и обеспечит информацией о ключевых параметрах морской среды в реальном времени с целью оценки текущих воздействий на важнейшие компоненты морских систем.