Результат интеллектуальной деятельности: Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов

Изобретение относится к гидрометрии и гидрологии и может быть использовано при мониторинге береговой полосы водных объектов: водоемов, водохранилищ, рек или их частей в целях наблюдения за состоянием, режимами использования и морфометрическими изменениями объектов.

Известен патент RU №2675040С2, МПК⁸ В63В 35/78, опубликованный 09.10.2017 г., на изобретение «Самоходное плавучее средство», предназначенный для поисково-спасательного морского оборудования, имеет дистанционное управление и применимо во всех ситуациях спасения потерпевших кораблекрушение людей, оно может быть использованы с суши, моря и воздуха.

Недостатком изобретения является невозможность выполнения измерения отметок дна и донных отложений на дне водоема сбора данных и дальнейшей их передачи, поиска источника загрязнения воды нефтепродуктами, сравнения расстояние до препятствия и остановки на безлопастном расстоянии до препятствия и зафиксирования на одном месте.

Известна «Система определения отметок донной и водной поверхности при мониторинге водных объектов» патент RU №2694702, МПК⁸ В63В 49/00, опубликованный 16.07.2019. Система содержит высотную сеть в виде спутниковой системы навигации, антенну приемника спутниковой системы навигации, устройство определения отметок дна, устройство определения расстояния до береговой линии, камеру технического зрения и устройство измерения крена и дифферента синхронизированы по времени измерений параметров с помощью ЭВМ.

Недостатком системы является недостаточный мониторинг водного объекта, из-за отсутствия системы определения источника загрязнения, препятствия и остановки на безопасном расстоянии.

Прототип «Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов» патент RU №2778289, МПК⁸ G01P 3/40, опубликованный 17.08.2022 Бюл. №23, содержит малое судно, антенну GSM-приемника, камеру технического зрения, лазерный дальномер, параметрический профилограф, гироскоп, микроэлектромеханический акселерометр, магнитный компас, бортовую ЭВМ, два датчика сравнения, блок сравнения, блок коррекции движения, блок памяти, интернет-передатчик мобильной сети GSM, антенну, таймер, датчик расстояния до препятствия, блок сравнения расстояния до препятствия, блок фиксации расстояния и остановки судна.

Недостатком системы является невозможность корректировки перемещения устройства при неправильно выбранной траектории движения (в сторону уменьшения концентрации загрязнения).

Задачей изобретения является обеспечение мобильности устройству за счет внедрения системы датчиков, направленных на корректировку траектории движения путем непрерывного контроля за изменением концентрации загрязняющего вещества.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов, содержащем последовательно соединенные малое судно, антенну GSM-приемника, блок памяти, бортовую ЭВМ, камеру технического зрения, лазерный дальномер, параметрический профилограф, гироскоп, микроэлектромеханический акселерометр, магнитный компас, блок фиксации расстояния и остановки судна, блок сравнения расстояния до препятствия, датчик расстояния до препятствия, интернет-передатчик мобильной сети GSM, первый и второй датчики сравнения, блок сравнения, блок коррекции движения, антенна, таймер дополнительно введены третий датчик сравнения, блок задержки, второй блок сравнения, компаратор выделения положительных значений, компаратор выделения отрицательных значений, блок продолжения направления движения, блок изменения курса на 180 градусов, задатчик интервала задержки, модуль GPS, причем третий датчик сравнения соединен с блоком памяти, блоком задержки и вторым блоком сравнения, которые соединены между собой обратной связью, второй блок сравнения соединен с компаратор выделения положительных значений и далее с блоком продолжения направления движения, а так же соединен с компаратором выделения отрицательных значений и далее с блоком изменения курса на 180 градусов, выход задатчика интервала задержки соединен с входом блока задержки, модуль GPS соединен с блоком памяти.

На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов.

Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов содержит малое судно 1 (плавучее средство), на котором расположена антенна GSM-приемника 2, выход которой соединен с входом блока памяти 3 и бортовой ЭВМ 4, входы которой соединены с выходами камеры технического зрения 5, лазерного дальномера 6, параметрического профилографа 7, гироскопа 8, микроэлектромеханического акселерометра 9, магнитного компаса 10, блока фиксации расстояния и остановки судна 11, причем вход блока фиксации расстояния и остановки судна 11 соединен с выходом блока сравнения расстояния до препятствия 12, вход которого соединен с выходом датчика расстояния до препятствия 13. Сигнал от выхода блока фиксации расстояния и остановки судна 11 связан с входом интернет-передатчика мобильной сети GSM 14.

Выходы 1-го датчика сравнения 15 и 2-го датчика сравнения 16, соединены с входами блока сравнения 17 и блока памяти 3, выход блока сравнения 17 соединен с входом блока коррекции движения 18, выход которого соединен с входом бортовой ЭВМ 4. Выход блока памяти 3 соединен посредством интернет-передатчика мобильной сети GSM 14 с входом антенны 19. Выходы таймера 20 соединены с входами блока памяти 3 и интернет-передатчика мобильной сети GSM 14.

Выход третьего датчика сравнения 21 соединен со входами блока памяти 3, второго блока сравнения 23 и входом блока задержки 22, которые соединены между собой обратной связью. Второй вход блока задержки 22 соединен с выходом задатчика интервала задержки 28, причем вход задатчика интервала задержки 28 соединен со входом бортовой ЭВМ 4. Выход блока сравнения 23 соединен со входами:

1. блока коррекции движения 18;

2. компаратора выделения положительных значений 24, выход которого соединен со входом блока продолжения направления движения 26;

3. компаратора выделения отрицательных значений 25, выход которого соединен со входом блока изменения курса на 180 градусов 27.

Выходы блока продолжения направления движения 26 и блока изменения курса на 180 градусов 27 соединены со входами блока коррекции движения 18. Выход модуля GPS 29 соединен с входом блока памяти 3.

Устройство поиска источника сброса загрязняющих веществ при мониторинге поверхностных водных объектов работает следующим образом.

С борта малого судна 1, движущегося по заданному маршруту и ориентирующегося по антенне GSM-приемника 2, магнитному компасу 10, микроэлектромеханическому акселерометру 9 и гироскопу 8 (образующих вместе систему высокоточной навигации и измерения крена и дифферента корпуса судна), осуществляют измерение расстояния до береговой линии (уреза воды). Спутниковая система навигации модуля GSM 29 определяет координаты антенны GSM-приемника 2 и соответственно географическое положение малого судна с привязкой измеряемых параметров к государственной нивелирной сети или к Балтийской системе высот 1977 г. Одновременно ведет видеосъемку береговой линии камерой технического зрения 5 высокого разрешения. Бортовая ЭВМ 4 осуществляет непрерывную обработку видеоряда береговой линии с видимой подсветкой от лазерного дальномера 6, корректирует при этом расстояние, измеренное лазерным дальномером 6, за счет исключения измерений, которые имеют отклонения подсветки дальномера от уреза вода при качке малого судна 1 в заданном диапазоне. Синхронно параметрическим профилографом 7 определяет глубину водоема и высоту донных осадков. Так же устройство может искать источники загрязнения воды нефтепродуктами, получая информацию с первого и второго датчиков сравнения 15 и 16, обрабатывая при этом данные в блоке сравнения 17 и корректируя курс блоком коррекции движения 18, малое судно 1 движется по оси пятна загрязнения к точке, которая может являться источником загрязнения. Для предотвращения столкновения с возможным препятствием по маршруту движения малого судна 1 на него устанавливают датчик расстояния до препятствия 13, измеряющий расстояние и передающий сигнал на блок сравнения расстояния до препятствия 12, который работает совместно с блоком фиксации расстояния и остановки судна 11, позволяющим остановить малое судно 1 и фиксировать его на безопасном расстоянии до препятствия. Всю полученную информацию накапливает в блоке памяти 3 и обрабатывает в бортовой ЭВМ 4 и далее передает интернет-передатчиком мобильной сети GSM 14 на хранение в базы данных, или в ситуационные центры для использования в оперативном управлении, или на печать соответствующего графического материала.

Для установления источника сброса загрязняющих веществ предусматривается движение малого судна в сторону увеличения концентрации нефтепродуктов. Для этого по оси пятна установлен третий датчик сравнения 21, который одновременно передает данные замеров:

1. в блок памяти 3 для сохранения информации;

2. для фиксирования данных в определенный момент времени в блок задержки 22, связанный с задатчиком интервала задержки 28, где задается посредством бортовой ЭВМ 4 временной интервал задержки;

3. во второй блок сравнения 23, куда поступает сигнал о данных замеров с учетом временного интервала задержки из блока задержки 22, затем происходит сравнение данных непосредственно полученных третьим датчиком сравнения 21 с переданными данными из блока задержки 22.

Сформированный во втором блоке сравнения 23 сигнал одновременно поступает в:

1. компаратор выделения положительных значений 24 и далее на блок продолжения направления движения 26, связанный с блоком коррекции движения 18;

2. компаратор выделения отрицательных значений 25 и далее на блок изменения курса на 180 градусов 27, связанный с блоком коррекции движения 18.

Компараторы выделения положительных 24 и отрицательных 25 значений способствуют корректировке движения малого судна в сторону увеличения концентрации загрязнения.

Предложенное устройство позволит корректировать траекторию движения в сторону увеличения концентрации загрязняющего вещества, что обеспечит сокращение время поиска источника загрязнения природных вод, улучшит качество мониторинга поверхностных водных объектов.