IDENTYFIKACJA ZATOPIONYCH JEDNOSTEK NA DNIE ZBIORNIKÓW WODNYCH KRZYSZTOF KEMPSKI AUTOMATYKA I ROBOTYKA WYDZIAŁ MECHANICZNY POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Transkrypt

1 IDENTYFIKACJA ZATOPIONYCH JEDNOSTEK NA DNIE ZBIORNIKÓW WODNYCH KRZYSZTOF KEMPSKI AUTOMATYKA I ROBOTYKA WYDZIAŁ MECHANICZNY POLITECHNIKA WROCŁAWSKA 1

2 CEL IDENTYFIKACJI ZATOPIONYCH JEDNOSTEK - Zagrożenie kolizji płynącej jednostki z wrakiem - Identyfikacja materiałów ropopochodnych (mniejsze koszty usunięcia, niż w przypadku wycieku) - Badania archeologiczne - Wykrywanie min (specjalnie przystosowane technologie wojskowe) Odnalezione wraki zgłasza się do identyfikacji w Biurze Hydrograficznym Marynarki Wojennej. 2

3 METODY IDENTYFIKACJI - WADY I ZALETY Hiperbaryczne - Ograniczenie zakłóceń występujących przy metodach bezzałogowych Wspomagane przez robota bezzałogowego - Jakość zebranego materiału zależna tylko od parametrów pojazdu - Jedna droga przesyłania zebranych informacji oraz poleceń operatora - Ograniczenie jedynie długością kabloliny - Utrudniony zwiad na głębokościach powyżej 50 m - Przy zejściu powyżej 50 m konieczne jest zastosowanie gazu o zmniejszonym ciężarze właściwym (inny skład procentowy, niż powietrze atmosferyczne) - Koszt misji przy dużych głębokościach - Podstawowe pojazdy nie zawierają systemu do identyfikacji wymiarów (utrudniona identyfikacja w przypadku uszkodzeń wraku) - W tańszych systemach obrazowanie typu TV (brak informacji na temat perspektywy) 3

4 TYPY POJAZDÓW BEZZAŁOGOWYCH ROV Zdalnie sterowany pojazd podwodny UUV Autonomiczny pojazd podwodny 4

5 Pojazd ROV Źródło: media/file:rov_hercules_2005.jpg 5

6 Pojazd UUV icle#/media/file:bpauv-mp_from_hsv-.jpg 6

7 RÓŻNICE POMIĘDZY ROV I UUV ROV - Przesyłanie sterowania za pośrednictwem kabloliny - Zasilanie realizowane przez podłączenie kabloliną do źródła (potencjalnie dłuższy czas pracy) UUV - Możliwość sterowania pojazdem przy zastosowaniu magnetometrów - Funkcja nastawienia nawigacji samoczynnie realizowanej przez pojazd (możliwe dla dokładnie poznanego obszaru) - Zasilanie wewnątrz robota 7

8 KABLOLINA STERUJĄCA Za jej pośrednictwem pojazd utwierdzony jest do jednostki, na której przebywa ekipa techniczna. Kabel umożliwia zarówno przesyłanie danych o sterowaniu od operatora, jak i rejestrację danych z czujników robota. W zależności od głębokości stosuje się dwa rozwiązania. Przy głębokościach do 40 metrów stosuje się kablolinę pływającą, przy większym zanurzeniu część kabloliny mocuje się do obciążonej liny. 8

9 WYPOSAŻENIE POJAZDU BEZZAŁOGOWEGO - Rejestratory sygnału wizyjnego - Manipulatory - Magnetometr - Sonar 9

10 NAWIGACJA POJAZDEM BEZZAŁOGOWYM Metoda 1: Nawigacja przy pomocy odczytów z sonaru: - rejestracja echa powracającego do czujnika po wysłaniu sygnału - możliwość wygenerowania na monitorze wykresu określającego pozycję pojazdu oraz obszary, skąd dociera największe echo (rufa zatopionego statku)(*) (*) Zidentyfikowanie rufy pozwala na minimalizację ryzyka zahaczenia o maszt podczas przybliżania pojazdu do wraku. 10

11 DZIAŁANIE SONARU Znajdujący się na jednostce z załogą sonar umożliwia nie tylko rejestrację pozycji badanego wraku. Umożliwia także śledzenie pojazdu bezzałogowego. Źródło: 11

12 NAWIGACJA POJAZDEM BEZZAŁOGOWYM Metoda 2: System nawigacji podwodnej USBL - System zbudowany na bazie transponderów lub pingera (boja hydroakustyczna) oraz respondera - Zainstalowany na pojeździe responder wysyła sygnały o pozycji pojazdu. - Boja lub transponder pobudza responder nadaniem sygnału i mierzy czas od nadania sygnału do odpowiedzi. - Pobudzenie nadajnika następuje sygnałem przesyłanym przez kabel 12

13 ZWIĘKSZENIE DOKŁADNOŚCI POMIARU - Transponder nadaje sygnał w postaci krótkich impulsów, by nie zakłócać sygnału powrotnego. - By zniwelować niedokładność wynikającą z przemieszczania się robota i przerw w sygnale, stosuje się system złożony z trzech transponderów. - System rejestrujący wyznacza następnie wartość wypadkową. 13

14 PARAMETRY BRANE POD UWAGĘ PRZY POMIARZE USBL - Połowa czasu powrotu - Kąt elewacji (kąt pomiędzy prostymi od obserwatora do przedmiotu i do horyzontu) - Azymut (kąt geograficzny) 14

15 MAGNETOMETR - ZASTOSOWANIE - Umożliwiają pomiar zaburzeń pola magnetycznego - Przydatny do sterowania, gdy pojazd bezzałogowy nie jest połączony z jednostką na powierzchni kabloliną (uwolnienie od kabloliną zwiększa zasięg i możliwość manipulacji) - Określanie pozycji robota poprzez przekazywanie wskazań czujnika (pomiar możliwy, gdy znana jest lokalizacja wraku) 15

16 Zasada działania magnetometru Źródło: MagSurvey.jpg 16

17 PRZYKŁADOWE PARAMETRY MAGNETOMETRU Parametr Dokładność bezwzględna Czułość Rozdzielczość Strefa martwa Pobór prądu Zakres pomiaru Częstotliwość Wartość 0.2 nt 0.2 nt nt Brak 2 W nt 0.1-4Hz 17

18 Magnetometr Źródło: 18

19 METODA IDENTYFIKACJI - Do identyfikacji jednostek wykorzystuje się materiały archiwalne i dokumentację techniczną - Obraz rejestruje się przy pomocy kamery, następnie przekazywany jest przez emiter na ekran - Zwraca się uwagę na cechy charakterystyczne (liczba masztów, linie wałów, położenia nadbudówek itp.) - Identyfikacja wymiarów poprzez zastosowanie techniki fotogrametrii 19

20 BIBLIOGRAFIA [1] Współczesne metody prowadzenia prac hydrograficznych Kpt. mar. mgr. inż. Bartłomiej Pączek [2] Metodyka poszukiwania zatopionych obiektów w warunkach morskich i śródlądowych z zastosowaniem pojazdów bezzałogowych A. Olejnik, Polish Hyperbaric Research [3] Wizyjna identyfikacja zatopionych obiektów za pomocą pojazdu ROV na przykładzie wraku jednostki Graf Zeppelin A. Olejnik, Polish Hyperbaric Research (11) 2005 [4] Problematyka wizyjnej diagnostyki obiektów podwodnych A. Olejnik, Polish Hyperbaric Research (33) 2010 [5] Współczesne systemy elektroniki morskiej Dawid Jereczek, Adam Kurowski, Piotr Kryger (materiały pomocnicze do wykładu politechniki Gdańskiej) [6] Systemy pozycjonowania i nawigacji podwodnej Grzegorz Rutkowski (praca wydziału nawigacji akademii morskiej w Gdyni) 20