патент
№ RU 2694085
МПК G01W1/00

СПОСОБ РАЗВЕДКИ ЛЕДОВОЙ ОБСТАНОВКИ НА СЕВЕРНОМ МОРСКОМ ПУТИ

Авторы:
Ольховик Евгений Олегович Афонин Андрей Борисович Тезиков Александр Львович
Все (9)
Номер заявки
2018135927
Дата подачи заявки
10.10.2018
Опубликовано
09.07.2019
Страна
RU
Дата приоритета
25.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
2
Реферат

Изобретение относится к способам определения ледовой обстановки. Сущность: получают спутниковые радиолокационные снимки, а также текущую и прогнозную информацию о ледовой обстановке, включающую основные характеристики ледового покрытия с учетом гидрометеорологической ситуации в регионе. Рассчитывают толщину льда, используя из баз данных информацию о ледопроходимости судна, скорости хода судна во льдах и в чистой воде. С учетом полученных данных строят оптимальный маршрут следования судна. Технический результат: определение оптимального маршрута следования судна без использования дополнительных технических средств. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Способ разведки ледовой обстановки на Северном морском пути, включающий получение спутниковых радиолокационных снимков, получение оперативных и прогнозных данных дистанционного мониторинга ледовой обстановки, содержащих основные характеристики ледового покрытия с учетом гидрометеорологической ситуации в заданном регионе, при этом полученную информацию обрабатывают в бортовом программно-вычислительном комплексе, отличающийся тем, что толщину льда рассчитывают по формуле , где H - толщина льда, h - ледопроходимость судна, V - скорость хода судна во льдах, ν - скорость хода судна в чистой воде, при этом данные расчета получают из баз данных о скорости движения судов с различными тактико-техническими характеристиками в заданном географическом регионе и паспортных данных судов, а также из баз данных о динамике ледообразования, типе, возрасте и толщине льда с привязкой по времени и географическому положению.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по результатам расчета толщины льда в заданном регионе строят оптимальный маршрут следования судна выбранного класса по точкам с допустимыми для данного класса расчетными толщинами льда в пределах генерального направления движения судна.

Описание

Изобретение относится к способам определения навигационных характеристик ледовой обстановки и может быть использовано при выборе маршрута следования судов ледового класса через морские ледовые поля арктических морей.

Общеизвестным способом разведки ледовой обстановки является авиаразведка, при которой на пилотируемых средствах: самолетах или вертолетах регистрируют изображение ледовой обстановки с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО) и по радиоканалу передают это изображение в оптическом и инфракрасном диапазонах на обеспечивающее судно (Исследование ледяного покрова с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО). - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - С. 6-9.). Недостатком способа является невозможность его использования в условиях низкой облачности.

Известен способ определения ледовой обстановки по патенту РФ №2425400, МПК G01W 1/08, опубл. 03.12.2008, позволяющий исключить указанный недостаток. Сущность способа заключается в следующем: с обеспечивающего судна высылают по планируемому маршруту движения два беспилотных летательных аппарата (БЛА) с верхним и нижним эшелонами полета. Первый аппарат ведет разведку при помощи установленного на нем оборудования видео-фотосъемки и радара, второй - используемый в качестве ретранслятора, решает проблему дальней связи. Генеральное направление полета аппаратов задают с обеспечивающего судна в соответствии с планируемым маршрутом его движения и оперативными данными разведки, получаемыми по радиоканалу.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности объективной оценки такого важного для судоходства параметра, как толщина льда.

В способе по патенту №2631966 этот недостаток устранен за счет того, что первый БЛА осуществляет измерение толщины льда установленным на нем измерительным акустическим аппаратно-программным комплексом с излучающими антеннами путем непосредственного контакта со льдом. При этом с обеспечивающего судна задают необходимые эшелоны полета, а также намечают необходимое число точек контактного измерения посредством видео/радио аппаратного комплекса летательного аппарата. Способ обеспечивает информативность и точность ледовой разведки, однако требует для реализации непосредственного контакта со льдом.

В последние годы одним из основных способов гидрометеорологического обеспечения в Арктике и Антарктике стала спутниковая информация. Ее роль существенно возросла в связи со значительным сокращением наземной сети береговых и островных полярных станций, а также свертыванием деятельности авиационной полярной разведки. Наиболее эффективным средством наблюдений за состоянием ледяного покрова являются спутниковые радиолокационные системы, позволяющие получать информацию независимо от освещенности и наличия облачного покрова. В этом направлении совершенствуется технология спутникового мониторинга состояния ледяного покрова (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с. 88-116). При этом особое внимание уделяется автоматической географической привязке спутниковых изображений, их интерпретации и одновременной работе с ними. Такой подход позволяет давать достоверные оценки основных навигационных характеристик ледовых полей. Практически на всех судах есть возможность постоянно получать через сеть интернет электронные ледовые карты и прогнозы непосредственно с сайтов их разработчиков. Современные средства телекоммуникации позволяют быстро передавать спутниковые снимки, ледовые карты, прогноз погоды и т.д. непосредственно на морские суда и отображать данные в электронных навигационных картографических системах.

Известен способ по патенту РФ №2449326 МПК G01W 1/00, опубл. 27.04.2012, включающий получение спутниковых радиолокационных снимков на Северном морском пути, содержащих основные характеристики ледового покрытия, последующий анализ и интерпретацию изображений в бортовом программно-вычислительном комплексе и выделение границ ледовых зон, при этом толщину льда определяют посредством параметрического гидроакустического измерителя путем зондирования ледового образования линейными частотно-модулированными импульсами.

Указанный способ по технической сущности и назначению является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения. Недостатком прототипа является необходимость наличия гидроакустического измерителя, осуществляющего измерение толщины льда контактным путем.

Заявляемый способ позволяет решить проблему определения толщины льда не контактным, а расчетным путем.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе разведки ледовой обстановки на Северном морском пути, включающем так же, как и прототип, получение спутниковых радиолокационных снимков на основе оперативных и прогнозных данных дистанционного мониторинга ледовой обстановки, содержащих основные характеристики ледового покрытия с учетом гидрометеорологической ситуации в заданном регионе, при этом входящая информация обрабатывается в бортовом программно-вычислительном комплексе, в отличие от прототипа, толщину льда рассчитывают по формуле где Н - толщина льда, h - ледопроходимость судна, V - скорость хода судна во льдах, v - скорость хода судна в чистой воде, при этом данные для расчета получают из баз данных, содержащих информацию о скорости и маршрутах движения судов в заданном географическом регионе, информацию о тактико-технических характеристиках данных судов, а также информацию о динамике ледообразования, типу, возрасту и толщине льда с привязкой по времени и географическому положению.

Заявляемое изобретение позволяет получить подробную информацию о толщине льда в заданном регионе расчетным путем и по полученным результатам построить оптимальный маршрут движения судна выбранного класса в заданном регионе по точкам с допустимыми для данного класса расчетными толщинами льда в пределах генерального направления движения судна. Указанный результат достигается за счет включения в итерационный расчет большого количества архивных вариантов движения судов при различных ледовых условиях (толщине льда, его сплоченности и др.) и данных дистанционного мониторинга ледовой обстановки, архивных и прогнозных климатических данных.

Для реализации способа может быть использован программно-вычислительный комплекс, выполненный в виде специализированного автоматизированного рабочего места. На комплекс по различным каналам связи поступает информация:

о тактико-технических характеристиках судов (ледопроходимость, максимальная скорость в чистой воде и др.) из Регистровой книги Российского морского регистра судоходства (PC) - https://lk.rs-class.org/regbook/regbookVessel?ln=ru, архивная и оперативная информация с периодичностью в одну минуту о маршрутах движения судов (на чистой воде и в различной ледовой обстановке) от автоматической идентификационной системы (АИС) судна (содержит подробную информацию о названии судна, географических координатах, скорости, курсе, осадке и конечной точке движения судна) от сервиса - http://www.scanex.ru/geo-service/AIS-history/ или от сервиса https://www.shippingexplorer.net/ru. В комплексе реализована возможность формирования отдельного слоя геоинформационной системы (ГИС) по выбранным оператором параметрам, таким как: судно или группа судов, период года, географическая местность (широта, долгота), результаты дистанционного зондирования мирового океана, в т.ч. по площади ледовых полей, сплоченности льда от сервисов национального центра данных по снегу и льду - http://nsidc.org или от сервисов системы данных и информации по наблюдения Земли (EOSDIS) - https://earthdata.nasa.gov, информацию о ледовой обстановке в арктических морях, оперативную и прогнозную от суток до месяца, содержащую данные о ледообразовании в течение календарного года, типу льда, его возрасте и толщине - по открытым данным государственного научного центра «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» - http://www.aari.ru или по открытым данным ФГБУ «Администрация Северного морского пути» http://www.nsra.ru/ru/navigatsionnaya_i_gidrometinformatsiya/icecharts.html или по данным монографии Думанской И.О. «Ледовые условия морей азиатской части».

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - определение толщины льда в ледовых полях арктических морей расчетным путем с целью выбора оптимального пути судна заданного ледового класса в заданном регионе - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

Вместе с тем, проведенный информационный поиск в области навигации не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой системы критерию «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого способа поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлено изображение спутникового радиолокационного снимка района Карского моря с нанесенными на него результатами дистанционного мониторинга ледовой обстановки (сплоченности ледовых полей) в период зимней навигации 2018 года, значениями скоростей и направления движения судов класса ARC7. На рисунке стрелками обозначен курс следования судна, цифрами - скорость движения в узлах;

на фиг. 2 - изображен построенный оптимальный маршрут движения судна YamalMax ледового класса ARC7 в ледовых полях Карского моря с учетом расчетных минимальных толщин льда. На рисунке следующими линиями обозначены: ⎯ границы генерального направления следования судна, ----- оптимальный маршрут следования судна, о - расчетная толщина льда.

Предлагаемый способ выполняется в следующей последовательности.

При планировании перехода судна по заданному маршруту посредством судовой аппаратуры приема и обработки метеорологической спутниковой информации получают параметры гидрометеорологических характеристик по маршруту движения судна. С использованием средств электронной связи (преимущественно сети интернет) получают архивную и оперативную информацию о прошлых маршрутах движения судов, аналогичных по своим тактико-техническим характеристикам выбранному судну. Информация содержит сведения о географических координатах маршрута, скорости, курсе, осадке и конечной точке движения судна в выбранном географическом регионе, перекрывающей планируемый маршрут судна. Также получают результаты дистанционного зондирования мирового океана, в т.ч. по площади ледовых полей, сплоченности льда, получают информацию о ледовой обстановке в арктических морях, архивную, оперативную и прогнозную от суток до месяца, содержащую данные о ледообразовании в течение заданного календарного периода, типу льда, его возрасте и толщине.

Комплекс программно-аппаратных средств обработки, выполненный в виде специализированного автоматизированного рабочего места (АРМ), производит обработку полученной информации. В АРМ все исходные и оперативные данные в графическом виде вносятся в электронную картографическую навигационную информационную систему (ЭКНИС) для соответствующего района плавания судна (фиг. 1), при этом в автоматическом режиме на назначенную оператором ширину по оси планируемого маршрута судна наносятся дополнительные информационные слои, содержащие данные о текущей и прогнозной ледовой обстановке (сплоченности и толщине льда) на даты планируемого перехода судна, а также информация о подобных переходах судов в прошлые периоды с аналогичной климатической картиной, включая их повторяемость. Программными средствами выполняется расчет толщины льда по формуле: где Н - толщина льда, h - ледопроходимость судна, V - скорость хода судна во льдах, v - скорость хода судна в чистой воде. Полученные результаты наносятся на электронную карту (фиг. 2) и далее строится маршрут следования судна выбранного класса в ледовом поле в пределах генерального направления движения судна.

Предлагаемое изобретение было создано специалистами Арктического факультета ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе цикла научно-исследовательских работ.

Были произведены расчеты толщины льда в ледовых полях в период зимней навигации 2017-18 гг. в районе перехода из Баренцева в Карское море в двух географические отдаленных районах: пролив Карские ворота, мыс Желания. Результаты расчетов легли в основу выбора оптимального пути для судов ледового класса ARC7 при переходе из Баренцева в Карское море (вход в акваторию Северного морского пути). Для расчетов использовались данные о движении следующих групп судов:

- проекта YamalMax, ледовый класс ARC7 (максимальная скорость на чистой воде - 19,5 уз., ледопроходимость - 2,1 метра)

- проекта 42К, ледовый класс ARC7 (максимальная скорость на чистой воде - 14,9 уз., ледопроходимость - 1,8 метра)

- проекта «Норильский никель», ледовый класс ARC7 (максимальная скорость на чистой воде - 15,5уз., ледопроходимость - 1,5 метра).

В дальнейшем, способ предполагается использовать для определения оптимального пути для произвольных направлений движения судов ледового класса в акватории всего Северного морского пути в любой период навигации.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты