Гидролокационные методы в океанологии

1.

Методы и средства океанологических исследований
ГИДРОЛОКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ В ОКЕАНОЛОГИИ
Николай Андреевич Римский-Корсаков

2.

Объекты исследований
природные объекты - формы рельефа дна и их совокупности, одиночные
формы и протяженные объекты, такие как древние и современные береговые
линии, осадочный покров дна, очаги разгрузки природного газа, и флюидов.
поверхность дна как фон, на котором располагаются подводные объекты всех
типов;
навигационные опасности - геологические объекты, рифы, затопленные суда
и конструкции);
потенциально опасные объекты - образцы оружия, боеприпасы, контейнеры,
подводные и надводные затопленные суда, корабли, самолеты, космические
аппараты, содержащие ВВ, ОВ, ХО, ХОП, радиоактивные вещества и отходы,
значительные количества нефтепродуктов, затопленные в территориальном море
и зонах национальных интересов России;
подводные коммуникации (кабели и трубопроводы);
подводные части инженерных сооружений, (рисбермы плотин ГЭС, слипы
верфей, рельсовые пути, участки дна, прилегающие к основанию сооружений,
причальные стенки и плотины);
2

3.

РАЙОНЫ ПОДВОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
глубоководные районы (глубже 300м)
шельф до глубин 300м
морское мелководье от уреза воды до глубин 20-30м
озера, водохранилища
реки
3

4.

ЭХОЛОТЫ, ПРОФИЛОГРАФЫ, ГИДРОЛОКАТОРЫ
Гидролокационные методы

5.

ПРОМЕР ГЛУБИН, ЭХОЛОТИРОВАНИЕ
Мезорельеф

6.

МНОГОЛУЧЕВЫЕ ЭХОЛОТЫ
Поворот характеристики
направленности (луча)
Скорость звука

7.

МНОГОЛУЧЕВЫЕ ЭХОЛОТЫ

8.

МНОГОЛУЧЕВЫЕ ЭХОЛОТЫ
1-2000
зондирований
0,5-0,75млн
измерений
4-100млн
измерений

9.

МНОГОЛУЧЕВЫЕ ЭХОЛОТЫ

10.

ДАННЫЕ ПРОМЕРА ГЛУБИН
Интерфейс реального времени
Псевдо 3-D
изображение

11.

РЕЗУЛЬТИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ПРОМЕРА ГЛУБИН
Массив данных XYZT - Широта,Долгота,Глубина,Время
Карта глубин
Батиметрическая карта

12.

АКУСТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ (ПРОФИЛИРОВАНИЕ) ОСАДКОВ
Акустические профилографы– системы
вертикального зондирования, которые
формируют изображение разреза донных
отложений
Принцип действия - формирование эхо-сигналов от поверхности дна и границ
раздела слоев осадков, с различным ρс
Рабочая частота большинства ~ 3,5 - 12 кГц, разрешение до 0,1 м, глубина
зондирования до 60 м.
12

13.

АКУСТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛОГРАФ
Буксируемый
Набортный
Встраиваемый

14.

АКУСТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛОГРАФ (АП)
Набортная
антенна АП
Комбинированная
система
(АП+ГБО)
Буксируемое тело
гидролокатора
бокового обзора
Буксируемое тело
акустического
профилографа

15.

СЕЙСМОПРОФИЛОГРАФЫ
Пневмопушки
Сейсмокоса
Морская сейсморазведка

16.

СЕЙСМОПРОФИЛИРОВАНИЕ
Пневмопушки
Сейсмокосы
Донные станции

17.

ГИДРОЛОКАТОР БОКОВОГО ОБЗОРА
.
Chesterman W.D.
Geophysical
Exploration of the
Ocean Floor using
Acoustic Methods.Contemtory Physics,
1968, 9, N5, pp.423446.
17

18.

ГИДРОЛОКАЦИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДНА
Гидролокаторы бокового обзора (ГБО)
Рабочая частота большинства ГБО,
так называемых геологических ГБО, ~ 100 кГц,
горизонтальная ширина луча - 0,75-1,5 ,
вертикальная - 30-60 ,
разрешающая способность - 0,075 м (0,1 мс ).
Существуют фазовые и интерферометрические батиметрические ГБО, а
также ГБО с динамической фокусировкой ХН антенны и синтезированной
апертурой.
18

19.

ГИДРОЛОКАЦИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДНА
Определение высоты
объектов, лежащих на дне в
стороне от маршрута
буксировки с использованием
гидролокатора бокового
обзора, исходя из
предположения о плоском дне

20.

ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРАВЛЕННОСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ГБО
ϴ=arcsin(λ/d)
D
d
α=arcsin(λ/D)
Первичное изображение поверхности
дна, полученное с помощью
интерферометрического ГБО

21.

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ГБО
Полосы захвата при съемке однолучевым и многолучевым
эхолотами, установленными на судне и интерференционным ГБО
(ИГБО), буксируемыми в гондоле на некоторой высоте над дном

22.

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ГБО
Разновидность батиметрической
системы
Позволяет измерять глубину в
стороне от маршрута движения
судна в некой полосе
В отличии от многолучевого
эхолота не имеет жестко
фиксированных лучей.

23.

ПОДВОДНЫЕ БУКСИРУЕМЫЕ НОСИТЕЛИ ГБО (TOW FISH)
Глубоководные ГБО
Жесткое крепление
«Легкий» носитель
«Тяжелый» носитель
Шельфовые системы
23

24.

АВТОНОМНЫЕ ГЛУБОКОВОДНЫЕ НОСИТЕЛИ ГБО
АНПА «Клавесин» (Россия)
Гл.6000м
АНПА «Пилигрим» (Россия)
Гл.3000м
Поверхностный
глайдер (ЕС)
АНПА «HUGEN» (Норвегия)
Гл.4000м

25.

БУКСИРУЕМЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ПРОФИЛОГРАФЫ

26.

БУКСИРУЕМЫЕ НОСИТЕЛИ ГБО С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ УГЛУБИТЕЛЯМИ
Заглубляющее крыло в точке подвеса

27.

ЗАДАЧИ РЕШАЕМЫЕ ГИДРОЛОКАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ
• геоморфологическое картирование дна акватории
•картирование глубин и мощности осадочного покрова
•поиск, и картирование мест расположения ПО
• картирование фрагментов и деталей ПО
• контроль состояния ПО:
целостность,
габариты,
ориентация,
отклонение формы от проектной,
заглубление верхней точки,
глубина в грунте,
выделение газов и флюидов
27

28.

ГИДРОЛОКАЦИОННЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

29.

ПОДВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ В КАРСКОМ МОРЕ
Гидролокационные изображения
Контейнеры с ТРО
Реакторные отсеки АПЛ
Реакторная сборка АЛ «Ленин»
Экранная сборка АЛ «Ленин»

30.

АПЛ К-27 В ЗАЛИВЕ СТЕПОВОГО (НОВАЯ ЗЕМЛЯ)

31.

ПОДВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ
Изображение поверхности дна,
полученное с помощью ГБО S2000. Р-н п.Калининград. 2442-4 – корпус затонувшего
судна и его фрагменты.
Изображение полученное с
помощью ГБО S-2000.
Борнхольмская котловина. В2-12 изображение ранее неизвестного
затопленного судна.
Изображения, полученные с
помощью ГБО S-2000.
Борнхольмская котловина. Цель
В1-11 - затонувшее судно.

32.

ПОДВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ НА ШЕЛЬФЕ ЧЕРНОГО МОРЯ
т/х «Адмирал
Нахимов», Дооб
Минный
Заградитель,
Сукко
Буксир
«Симеиз»,
Мысхако
Пароход «Кола», Анапа
Стрела
плавкрана,
Сукко

33.

ПОДВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ В ПРОЛИВЕ ОЛЬХОНСКИЕ ВОРОТА ОЗ.БАЙКАЛ
УАЗ
Рыбацкий
баркас
Идентификация объектов
проводилась водолазами и ТНПА
КАМАЗ
ЗАЗ

34.

ИЗОБРАЖЕНИЕ НАПОРНОЙ ГРАНИ САЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГЭС
Схема съемки
Поверхность плотины со стороны верхнего бьефа
Съемка водосливной части
на нижнем бьефе
Зона подсыпки
у подошвы плотины
34

35.

ОБСЛЕДОВАНИЕ
ПОДВОДНЫХ
Áàòèì åòðè÷åñêàÿ êàðòà-ñõåì
à ï î ëèãî í à
ПРОДУКТОПРОВОДОВ
35750
35700
35650
35600
70х45 м
35550
35500
70х35 м
35450
35400
1
35350
2
3
35300
4
Оголенные переходы с провисами - р.Обь
35250
5
1 - ëèí èÿ óðåçà âî äû ; подводного
2 - ì àðø ðóò ãèäðî ëî êàöèî
í í î é ñúåì êè;
Карта-схема
перехода
91200
91250
91300
91350
91400
91450
91500
91550
91600
3 - ãðàí èöà ó÷àñòêà äí à, ñî î òâåòñòâóþ ù åãî ãèäðî ëî êàöèî í í î ì ó èçî áðàæåí èþ ;
4 - ï ðî åêòí àÿ òðàññà òðóáî ï ðî âî äà; 5 - î ãî ëåí í û å ó÷àñòêè òðóáî ï ðî âî äà
135х45 м
120х25м
Оголенный переход - р.Вымь
35
Оголенный переход - р.Волга

36.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГИДРОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПО
Гидролокационное изображение позволяет установить природу ПО по
известным габаритам, соотношению длин сторон и наличию
отличительных черт, таких как мачты и надстройки судов, тени
провисающих трубопроводов, прямолинейность трасс кабелей и дюкеров,
скопление одинаковых целей-контейнеров захоронений ТРО и т.п.
Повышение эффективности инструментальной идентификации:
- Обзор с разных ракурсов
- Повышение разрешающей способности
и детальности съемки
- Использование данных ак. профилирования
и магнитной съемки
- Отбор и анализ проб воды и грунта
- Использование каталогов записей
Визуальная идентификация
- Водолазы
- Теле и фото съемка ТНПА, ПОА, АНПА
36

37.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГИДРОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
37

38.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГИДРОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
38

39.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГИДРОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
39

40.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГИДРОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
40

41.

41

42.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Литература
Д.В.Войтов. Автономные необитаемые подводные аппараты. – М.:
МОРКНИГА, 2015. -332с.
Подводные технологии и средства освоения Мирового океана. – М.:
Издательский дом «Оружие и технологии», 2011. С.104-117.
R.H.Belderson, N.H.Kenyon, A.H.Stride, A.R.Stubbs. Sonographs of the Sea
Floor. A Picture Atlas. ELSEVIER, 1972. With 163 illustrations
В.В.Соколов, П.П.Никитин. Подводное обследование транспортных
сооружений. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1986. – 176 с.
Принципы построения технических средств исследования океана. Под ред.
Профессора В.С.Ястребова, М. Наука 1982
Яковлев А.Н., Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия //Л.
Судостроение. 1983. – 200с. (Библиотека инженера гидроакустика)

43.

44.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

45.

ПОДВОДНЫЕ РАБОТЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
Маршрут
гидролокационного
поиска в
окрестности точки
предполагаемого
нахождения ППОО
5
МГР
3
2
2
L
L
25
где L – диапазон работы ГБО
Междугалсовое расстояние (МГР)
Предполагаемое место ППОО
Уточненное место ППОО
L
МГР
метры
метры
500
800
250
400
150
240

46.

МНОГОЛУЧЕВЫЕ ЭХОЛОТЫ
h = L sinβ
Поворот характеристики
направленности (луча)
Скорость звука

47.

Стабилизация по дифференту
(«тяжелый» ПА, малая скорость)
Минимальное
сопротивление
вертикальному потоку
(площадь сечения в
горизонтальной
плоскости)
В статике в воде –
горизонтальное
положение

48.

ВЫБРОСЫ МЕТАНА НА ДНЕ ОЗЕРА СЮРЗИ
Углубления в дне («оспины», pork
marks) – места выхода газа
Рыбацкая сеть
Мозаика ГБО
48

49.

49

50.

БУКСИРОВКА ШЕЛЬФОВОГО ГБО
L – длина вытравленного кабель-троса;
Δh – глубина погружения БНПА
Существует несколько схем применения буксируемых аппаратов
На мелководье применяется схема – «легкого аппарата» - буксирная
линия подходит к БНПА под острым углом
Качка компенсируется длиной вытравленного кабель-троса

51.

ГЛУБОКОВОДНЫЙ БУКСИРУЕМЫЙ ГИДРОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС
«МЕЗОСКАН-2000»
Груз-заглубитель
ГБО ВЧ + ГБО НЧ + АП
.
Судовой блок
Антенна 5 кГц
Антенны 240 кГц
Антенны 80 кГц
Маяк-ретранслятор
ГАНС
51

52.

ШЕЛЬФОВЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ГБО