ЗГ 296 (2016)

 

Embed or link this publication

Description

Записки по гидрографии

Popular Pages


p. 1



[close]

p. 2



[close]

p. 3

УПРАВЛЕНИЕ НАВИГАЦИИ И ОКЕАНОГРАФИИ МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЗАПИСКИ ПО ГИДРОГРАФИИ № 296 (издаются с 1842 года) Материалы по морской навигации, гидрографии и океанографии Санкт-Петербург 2015

[close]

p. 4

—2— Ответственный редактор начальник Управления навигации и океанографии МО РФ капитан 1 ранга С. В. Травин Редакционная коллегия: О. Р. Адамович, А. А. Анисин, А. В. Антошкевич, А. С. Богданов, М. Е. Ворошилов, М. И. Зибров, М. П. Зуев, Д. А. Иванов, А. А. Комарицын, М. Ю. Конышев, А. В. Лаврентьев, И. В. Наумов, Г. Н. Непомилуев, Н. Н. Неронов, Н. А. Нестеров, А. С. Олейников, О. Д. Осипов (зам. ответственного редактора), А. В. Павленко, К. Г. Руховец, О. Г. Середа, С. Р. Симашов, В. Г. Смирнов, А. И. Сорокин, А. А. Фёдоров, Б. С. Фридман, А. В. Харламов, Л. Г. Шальнов. Предложения, замечания, авторские рукописи статей направлять в 280 ЦКП ВМФ по адресу: 191167, Санкт-Петербург, ул. Атаманская, 2 (тел.: +7 (812) 578-8554; факс: +7 (812) 717-5900; E-mail: unio@mil.ru). На 2-й странице обложки малое гидрографическое судно «Виктор Фалеев». На 3-й странице обложки большой гидрографический катер проекта 19920. Редакторы: М. П. Зуев, М. Ю. Конышев, А. В. Харламов Технический редактор Е. В. Тимофеева Литературный редактор Е. В. Губанова Компьютерная верстка Е. О. Ереминой Компьютерная графика Н. Е. Лоскутовой ___________________________________________________________________________ Подписано в печать 29.12.15. Сдано в производство 29.12.15. Формат 70×1081/16 . Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Усл. печ. л. 9,10. Тираж 200 экз. Изд. № 36. Заказ 255. ___________________________________________________________________________ Подготовлено к изданию и отпечатано в ФКУ «280 ЦКП ВМФ» 191167, Санкт-Петербург, ул. Атаманская, 2

[close]

p. 5

—3— СОДЕРЖАНИЕ Навигационно-гидрографическое и гидрометеорологическое обеспечение Ч е р н е н к о А. М., О л е й н и к о в А. С. О рабочей зоне подводных звуковых маяков, применяемых для обеспечения аварийно-спасательных и специальных работ с объектами на дне шельфовой зоны .................................................... Навигация К о с т и н В. Н., Л а в р е н т ь е в А. В., С в е ш н и к о в М. Л. О моделях астрономической рефракции и их применении в морской астронавигации................. Гидрография Ч у р к и н О. Ф. Гидрографические работы как самостоятельный вид изысканий в строительстве.......................................................................................................... Гидрометеорология С а р к и с я н Р. М. Методика расчета основных числовых характеристик и картирования параметров гидрометеорологических элементов при больших числах наблюдений......................................................................................................... Навигационное оборудование театра Ч е р н е н к о А. М., О л е й н и к о в А. С. Об оборудовании побережья радиолокационными средствами........................................................................................... Р о д и ч к и н Н. И., Д ж о р а е в З. Д. Парадоксы способов, задающих безопасность плавания по линейному навигационному створу ........................................ За рубежом З у б ч е н к о Э. С., А д а м о в и ч О. Р. Численные модели Мирового океана ....... Н е с т е р о в Н. А. Автономные необитаемые подводные аппараты ....................... Из истории С м и р н о в В. Г., Х а р л а м о в А. В. Русский флаг на мысе Флора....................... Наши ветераны Александр Иванович Груздев ....................................................................................... Фёдор Семёнович Волчек.............................................................................................. Памяти товарищей Игорь Михайлович Мирошников ................................................................................. Информация Памятка автору ............................................................................................................ 4 10 26 34 45 53 58 88 93 96 97 99 101

[close]

p. 6

НАВИГАЦИОННО-ГИДРОГРАФИЧЕСКОЕ И ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УДК 627.7 О РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ПОДВОДНЫХ ЗВУКОВЫХ МАЯКОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ РАБОТ С ОБЪЕКТАМИ НА ДНЕ ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЫ Капитан 2 ранга запаса А. М. Черненко; капитан 2 ранга А. С. Олейников В статье приведен подход к оценке требований к подводным звуковым маякам на основании опыта обеспечения специальных работ на дне шельфа. В настоящее время подводные звуковые маяки (ПЗМ) нашли широкое применение в обеспечении работ на дне шельфа. Однако в целом ряде случаев их использование не дает желаемых результатов. На наш взгляд, это связано с поверхностной оценкой рабочей зоны ПЗМ. Основными факторами, определяющими рабочую зону ПЗМ, являются: 1. Дальность видимости в придонном горизонте или дальность надежного обнаружения объекта при ориентировании подводного аппарата (ПА) по магнитным или другим видам датчиков. 2. Размеры объекта, с которым проводятся работы. 3. Гидродинамическая обстановка в придонном слое воды. Дальность видимости в придонном слое воды, как и дальность позиционирования относительно объекта на дне, может меняться в пределах от десятков до единиц метров. На рис. 1 приведен пример хорошей прозрачности воды в придонном слое. Однако в ряде случаев, например во время операции по спасению атомной подводной лодки (апл) «Курск», прозрачность воды не превышала 5 м, поэтому предельная погрешность определения места по ПЗМ не должна была превышать указанной величины. Ошибка в определении подводного объекта приводит к нежелательным и даже опасным последствиям. На рис. 2 видно, что рядом со взрывоопасным объектом находится подобный ему ложный. По результатам водолазного осмотра это оказались хорошо окатанные камни. При установке на ложный объект устройства подрыва с помощью дистанционно управляемого ПА разрушение от детонации взрывоопасного объекта не было бы гарантировано. Это могло привести, как минимум, к необходимости повторения операции подрыва. Поэтому при проведении подводных работ управляемыми ПА точность позиционирования

[close]

p. 7

—5— Рис. 1. Взрывоопасный предмет на дне Рис. 2. Изображение апл «Курск» на эхограмме гидролокатора бокового обзора

[close]

p. 8

—6— аппарата является одним из главных факторов, влияющих на качество и сроки выполнения работ. В зависимости от размеров подводного объекта определяется расстановка ПЗМ. Когда работы выполняются с относительно небольшими объектами, то и расстояние между парой ПЗМ может быть небольшим. Когда же объект имеет значительные размеры, необходимость точного ориентирования ПА над объектом приводит к увеличению расстояния между маяками. Известно, что погрешность в определении места зависит от угла пересечения изолиний навигационных параметров. Для двух расстояний эта зависимость имеет вид [1, 2]: РСКП = 1 2 m12 + m2 ; sin Θ М ( 99 % ) = 2,15 ⋅ РСКП, (1) где РСКП – радиальная средняя квадратическая погрешность (СКП) места, м; Θ – угол пересечения изолиний; m 1, m 2 – СКП расстояний; M (99 %) – предельная СКП определения места на уровне доверия 99 %. Приняв m1 = m2 = m, получим формулу для минимально допустимого угла пересечения изолиний при неблагоприятных условиях ориентирования ПА с помощью других средств, R ≥ М (99 %): m⎞ ⎛ Θ ≥ arcsin ⎜ 3,04 ⋅ ⎟ , R⎠ ⎝ (2) где R – расстояние от объекта до базы, соединяющей маяки. Таким образом, Θ при m = 1 м должен составлять не менее 37,4° и не более 142,6°. На рис. 3 приведена схема одного из возможных положений подводного объекта и ПЗМ, когда расстояние между маяками равно длине объекта. На схеме видно, что для обеспечения необходимой точности ориентирования ПА расстояние до базы ПЗМ должно быть равно L0·ctg 37,4°, а дальность действия ПЗМ во всей толще воды не менее чем: RПЗМ = L0 ⋅ 1 + ( ctg 37, 4° ) . 2 (3) Таким образом, для обеспечения работ с объектом длиной 250–300 м (аварийный танкер или торговое судно) ПЗМ должен обеспечивать надежное измерение расстояния в толще воды на горизонтальном расстоянии более 813 м. Требование к надежному измерению расстояний во всей толще воды обусловлено тем, что в придонном слое в зависимости от метеорологических условий во время операции могут наблюдаться течения, скорость которых сравнима со скоростью движения ПА. Так, в первые дни работ по спасению апл «Курск» в районе наблюдались придонные течения со скоростью до 4 уз. В этом случае

[close]

p. 9

—7— наиболее надежный и безопасный подход к объекту можно было выполнить только находясь у дна и двигаясь против течения. Когда придонных течений нет, наиболее быстрый подход ПА осуществляется сверху. В придонном слое ПА попадает в зону значительного ослабления из-за рефракции акустических лучей сигнала ПЗМ, поэтому надежность и точность определения места существенно снижаются. Рис. 3. Взаимное положение ПЗМ и подводного объекта. R0 – расстояние от объекта до базы; В – расстояние между ПЗМ; L0 – длина объекта На рис. 4 и 5 приведены лучевые картины в зимнее и летнее время в восточной части Финского залива, где, как известно, проходит газопровод «Северный поток» и вероятность работ на дне с различными Рис. 4. Схема лучей в первой зоне акустической освещенности (август) объектами очень высока. Лучевые картины рассчитаны в предположении постоянства градиента скорости звука между стандартными горизонтами гидрологических измерений [3].

[close]

p. 10

—8— На рисунках видно, что в слой 40–50 м попадает не более 9 % излучаемой энергии, причем наиболее сложные условия работы приходятся на летний период. Дальность действия ПЗМ летом не превысит 300 м даже у поверхности моря. Рис. 5. Схема лучей в первой зоне акустической освещенности (январь) Из приведенных выше данных видно, что для надежного обеспечения работ с подводными объектами на шельфе, кроме правильной расстановки ПЗМ, надо применять и технические меры, направленные на излучение сигналов маяков в необходимый для конкретной обстановки слой воды. В настоящее время достаточно сложно без выполнения специализированных исследований определить, какие именно должны быть эти меры. Возможный перечень их очевиден, это: − создание типовых для конкретных морей и сезонов акустических антенн, т. е. типизация ПЗМ по срокам и районам их применения, что позволит значительно уменьшить габариты и стоимость самих маяков; − создание ПЗМ, работающих в определенном заранее районе при любых гидроакустических условиях, характерных для этого района; − изменение направленности излучателя в соответствии с текущим распределением гидрологических параметров по глубине для ПЗМ, планирующихся к длительной работе в не определенном заранее районе; − иные меры к обеспечению надежного измерения расстояния. Выводы 1. При обеспечении подводных работ на шельфе с помощью ПЗМ достаточно часто возникают ситуации снижения точности и надежности определения места. 2. Одной из причин является уменьшение области надежного приема сигналов ПЗМ вследствие рефракции акустических лучей. 3. Наиболее перспективной мерой по устранению этого недостатка может быть адаптация характеристики излучения ПЗМ к конкретным или типовым гидрологическим условиям в районе проведения работ.

[close]

p. 11

—9— ЛИТЕРАТУРА 1. Инструкция по навигационному оборудованию (ИНО-2000). – СПб.: ГУНиО МО РФ, 2001. 2. Методики вероятностных расчетов при решении навигационных задач на кораблях и судах ВМФ (МВР-85). – СПб.: ГУНиО МО РФ, 1999. 3. У р и к Р. Д ж. Основы гидроакустики. – Л.: Судостроение, 1978.

[close]

p. 12

НАВИГАЦИЯ УДК 527.0 О МОДЕЛЯХ АСТРОНОМИЧЕСКОЙ РЕФРАКЦИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИИ В МОРСКОЙ АСТРОНАВИГАЦИИ Кандидат технических наук, доцент В. Н. Костин; доктор военных наук, профессор А. В. Лаврентьев; кандидат физико-математических наук М. Л. Свешников В статье рассматриваются наиболее известные модели вычисления астрономической рефракции, используемые в морской астронавигации (мореходной астрономии), в целях выбора оптимальной модели рефракции для обработки астроизмерений с помощью электронно-вычислительных средств. Астрономической рефракцией называется явление преломления в земной атмосфере электромагнитных волн источников излучения, находящихся за пределами атмосферы Земли, относительно наблюдателя на поверхности Земли. В оптическом диапазоне под астрономической рефракцией понимается преломление в земной атмосфере световых лучей, идущих от небесных светил к наблюдателю. Рефракция учитывается в целях повышения точности астрономических наблюдений. При решении задач морской астронавигации рефракция используется для исправления измеренных высот светил, при этом в большинстве случаев для вычисления астрономической рефракции используются мореходные таблицы. При автоматизации решения задач встает проблема выбора модели вычисления астрономической рефракции. Существует множество теорий и формул вычисления астрономической рефракции для разных моделей атмосферы. Все они дают примерно одинаковые значения рефракции с погрешностью не более 0,1′ при высотах светил h ≥ 10°. На меньших высотах, особенно вблизи горизонта, формулы дают менее сравнимые значения рефракции [1, 2]. Это объясняется тем, что астрономическая рефракция при h ≥ 10° практически не зависит от закона распределения плотности атмосферы с высотой, а определяется в основном значениями давления и температуры воздуха в месте наблюдения. На малых высотах закон изменения рефракции более сложный [2]. Все теории дают осредненные значения астрономической рефракции применительно к принятой модели атмосферы, которые отличаются от действительных вследствие неоднородности атмосферы. Расхождения между вычисленной и наблюденной рефракцией могут быть

[close]

p. 13

— 11 — значительными, особенно на малых высотах, предвидеть их и заранее вычислить практически не представляется возможным [2]. Следует различать понятия осредненной ρ и средней рефракции ρ0. Средняя астрономическая рефракция есть осредненная рефракция при средних (стандартных) метеорологических условиях в месте наблюдения, в качестве которых в настоящее время в морской астронавигации принято считать температуру наружного воздуха t = +10 °С и давление атмосферы В = 760 мм [1]. В фундаментальной астрономии, в отличие от морской астронавигации, в качестве средних условий наблюдений принимаются температура t = +15 °С и давление В = 760 мм = 1013,25 мб. Астрономическая рефракция ρ, как правило, положительна, за исключением крайне редких аномальных случаев. Она учитывается в виде поправки высоты на астрономическую рефракцию ∆hρ = – ρ, которая отрицательна и прибавляется к видимой высоте при исправлении измеренных высот светил. Учитывая, что в морской астронавигации измерения в основном проводятся по светилам на высотах h ≥ 15°, могут быть применимы фундаментальные (сложные) и прикладные (упрощенные) модели расчета астрономической рефракции. Рассмотрим наиболее часто используемые в морской астронавигации модели вычисления астрономической рефракции применительно к оптическому диапазону. 1. Пулковские таблицы рефракции В таблицах рефракции Пулковской обсерватории используется логарифмическая модель представления астрономической рефракции (в угловых секундах) [3]: lg ρ = lg ρ 0 + λ ⋅ γ + A ⋅ B + C + D + F + H , (1) где ρ – астрономическая рефракция, являющаяся сложной функцией следующих параметров: зенитного расстояния z небесного светила; температуры воздуха t, атмосферного давления b и давления водяного пара f в месте наблюдения; длины волны l излучения светила; географической широты φ места наблюдения и высоты глаза наблюдателя h над уровнем моря; ρ0 – средняя астрономическая рефракция, вычисленная на основе стандартной атмосферы (ГОСТ–73) для следующих условий: температура воздуха в месте наблюдения t0 = +15 °С, давление воздуха в месте наблюдения b0 = 1013,25 мб, давление водяного пара f0 = 0 мб, длина волны излучения l0 = 590 нм, широта места наблюдения φ0 = 45°, высота над уровнем моря h0 = 0 м. Значения lg ρ0 выбираются из соответствующей таблицы по аргументу z; λ · γ − поправка на температуру воздуха в месте наблюдения; А · В – поправка на давление воздуха в месте наблюдения; С, D, F и H − поправки на влажность f в месте наблюдения, длину волны l излучения светила, широту φ места наблюдения и высоту глаза наблюдателя h над уровнем моря соответственно.

[close]

p. 14

— 12 — Таблицы обеспечивают линейную интерполяцию и позволяют вычислять рефракцию с погрешностью до 0,01″ [3]. Контрольные значения средней астрономической рефракции (при t = +10 °С и В = 760 мм) и астрономической рефракции (для экстремальных метеорологических условий навигационных астроизмерений), рассчитанные по Пулковским таблицам рефракции, приведены в табл. 1 (в угловых секундах) и в табл. 2 (в угловых минутах). Таблица 1 Астрономическая рефракция по Пулковским таблицам (в угл. с) В = 760 мм, t = +10 °С z h Средняя астрономическая рефракция ρ0, угл. с В = 740 мм t = −30 °С t = +30 °С В = 790 мм t = −30 °С t = +30 °С Астрономическая рефракция ρ, угл. с 0° 10 20 30 40 45 50 60 70 75 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 90° 80 70 60 50 45 40 30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0″ 10,24 21,14 33,53 48,71 58,03 69,12 100,28 158,26 213,47 318,31 351,70 392,33 442,72 506,68 590,12 702,60 860,36 1092,50 1455,29 2078,07 0″ 11,63 23,99 38,05 55,27 65,86 78,46 113,86 179,85 242,90 363,39 402,04 449,27 508,22 583,69 683,38 820,35 1018,59 1326,75 1863,76 3124,14 0″ 9,31 19,22 30,48 44,28 52,76 62,84 91,15 143,78 193,82 288,52 318,57 355,05 400,16 457,16 531,03 629,65 765,76 960,37 1248,04 1664,91 0″ 12,41 25,62 40,62 59,02 70,31 83,76 121,56 192,02 259,35 388,04 429,34 479,81 542,81 623,51 730,15 876,76 1089,08 1419,61 1996,64 3354,13 0″ 9,94 20,52 32,54 47,28 56,32 67,08 97,31 153,50 206,94 308,09 340,20 379,18 427,40 488,35 567,37 672,95 818,75 1027,59 1337,03 1787,48 Достоинства Пулковских таблиц − учет всех факторов (параметров), влияющих на рефракцию, обеспечение высокой точности вычисления астрономической рефракции, недостатки − расчет только оптической рефракции, трудоемкость ручных вычислений, использование большого числа исходных данных (параметров), уменьшение точности вычисления рефракции при экстремальных значениях параметров. Для расчета рефракции с помощью электронно-вычислительной машины (ЭВМ) необходимо все таблицы ввести в память ЭВМ, что

[close]

p. 15

— 13 — требует большого объема памяти. Использование современных персональных компьютеров (ПК) позволяет реализовать достоинства Пулковских таблиц для практических целей морской астронавигации. Таблица 2 Астрономическая рефракция по Пулковским таблицам (в угл. мин) В = 760 мм, t = +10 °С z h Средняя астрономическая рефракция ρ0, угл. мин В = 740 мм t = −30 °С t = +30 °С В = 790 мм t = −30 °С t = +30 °С Астрономическая рефракция ρ, угл. мин 0° 10 20 30 40 45 50 60 70 75 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 90° 80 70 60 50 45 40 30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0′ 0,17 0,35 0,56 0,81 0,97 1,15 1,67 2,64 3,56 5,31 5,86 6,54 7,38 8,44 9,84 11,71 14,34 18,21 24,25 34,63 0′ 0,19 0,40 0,63 0,92 1,10 1,31 1,90 3,00 4,05 6,06 6,70 7,49 8,47 9,73 11,39 13,67 16,98 22,11 31,06 52,07 0′ 0,16 0,32 0,51 0,74 0,88 1,05 1,52 2,40 3,23 4,81 5,31 5,92 6,67 7,62 8,85 10,49 12,76 16,01 20,80 27,75 0′ 0,21 0,43 0,68 0,98 1,17 1,40 2,03 3,20 4,32 6,47 7,16 8,00 9,05 10,39 12,17 14,61 18,15 23,66 33,28 55,90 0′ 0,17 0,34 0,54 0,79 0,94 1,12 1,62 2,56 3,45 5,13 5,67 6,32 7,12 8,14 9,46 11,22 13,65 17,13 22,28 29,79 Пулковские таблицы раскрывают сложность задачи вычисления астрономической рефракции и зависимость ее от многих факторов. Поскольку таблицы позволяют вычислять рефракцию с погрешностью до 0,01″, они могут быть применимы в качестве эталона для контроля других моделей вычисления астрономической рефракции. 2. Простейшая модель астрономической рефракции Астрономическая рефракция, основанная на законах Бойля – Мариотта и Гей – Люссака распределения плотности атмосферы, описывается простейшей моделью «котангенса высоты» (в угловых секундах) [2]:

[close]

Comments

no comments yet