Введение к работе
Актуальность темы. Длительные, непрерывные измерения харак-ристик пространственно-временной изменчивости метеорологичео-х и гидрологических элементов необходимы для решения многих ндаментальных и прикладных проблем океанографии. Это-изученке руктуры и механизмов синоптических провесов, сезонных и клима-ческих колебаний гидрологического режима морей и океанов , ав-колебаний в системе океан-атмосфера.
Необходимая продолжительность таких непрерывных наблюдений ставляет месяцы и годы. Их актуальность возрастает в последнее емя в связи с попытками создания методов долгосрочных прогно-в погоды, разработкой теории клзшата, наметивпшшя переходом гиональных экологических проблем в глобальные.
В настоящее время задача получения длительной непрерывной дрометеорологической информации решается 'следующим образом, теорологическая информация на оуше собирается с помощи» сети теостанций и постов. Непрерывные измерения метеопараметров в иводном слое атмосферы проводятся на береговых метесрологи-ских станциях, научно-исследовательских, торговых, паоса-рских и.другій судах, находящихся в плавании. Дискретность из-рений составляет 3-4 часа.
Постановки буйковых отанций продолжительноотьа от. нескаль-х дней до нескольких месяцев выполняются эпизодически при проданий океанологических исследований о различных иаучно-исоле-шательских судов.
Перечисленные методы далеко не в полной мере отвечают зада-
ІМ получения данных длительных непрерывных измерений характе-
ютик атмосферы и океана в режиме автоматических измерений. В
ввитых странах созданы стационарные и мобильные буйковые,
ютемы с поверхностными и притопленнши- плавучеотямИі рассчи-
шныш на автономную работу в океане сроком 1 год и более, раз
мотаны и сравнительно широко используются автоЕОШые автоиати-
(ские метеостанции. ....-.' . -
Настоятельная необходимость в создании аналогичных до. овое-' назначению средств в настоящее время диктуатся, кроме указан-
о - л -
ных научных задач, и экономическими причинами, вследствие резкого увеличения стоимости судовых работ. Эти факторы определяют актуальность выполнения настоящей работы, которая посвящена разработке стационарных поверхностных и притопленных буйковых систем, судовых автоматических метеокомплексов, а также созданию алгоритмического и программно-математического обеспечения для эффективного использования созданных измерительных средств при производстве океанографических исследований.
Цель работы. Создание научно обоснованных технических решений, методического и программно-математического обеспечения буйковых систем с сосредоточенными и распределенными плавучестями, включающих автоматические метеокомплексы и обеспечивающих производство долговременных океанографических измерений. Отработка методики использования и внедрение созданных средств в практику выполнения морских экспериментальных исследовании.
Основные задачи диссертационной работы, отвечающие поставленной цели, формулируются следующим образом: ,
-
Анализ и обоснование принципов построения стационарных буйковых станций с поверхностными плавучестями.
-
Проверка в натурных условиях основных технических решений, разработанных при создании автоматического буйкового комплекса "Скат".
-
Создание численных методов моделирования и расчета буйковых станций с подповерхностными плавучестями.
-
Создание вычислительной системы для моделирования и расчета буйковых станций.
-
Решение основных технических, методических и программно-математических вопросов создания автоматических метеокомплексов в составе буйковых станций или судовых средств..
-
Отработка методики использования и внедрение созданного автоматического метеокомплекса в практику морских экспедиционных работ.
Основные результаты работы и их научная новизна.
1. Созданы функциональная и структурная схемы стационарной
штоматической буйковой станции, обеспечивающие гибкость управ-іения режимами проведения измерений и полный контроль работы юмплекса.
-
Впервые создана, опробована и внедрена система передачи (энных с буйковой станции, установленной в море, на береговой юмандно-информационный центр через искусственный спутник Земли.
-
Выполнены натурные испытания и получены данные опытной жсплуатации стационарной автоматической буйковой станции в длительных постановках, продолжительностью 6-8 месяцев.
-
Созданы численные модели притопленных автономных буйко-!ых станции(ПАБС) для условий воздействия произвольных стацио-іарньк течений и нестационарных волновых колебании.
-
Разработана и создана вычислительная система для полного 'идродинамического расчета буйковых станций. Выполнено большое количество численных расчетов ПАБС для глубин 500...6Q0Q и., с 5ааличными профилями стационарных течений и параметрами волновых юзмущений.
-
Разработан и создан автоматический метеокомплекс для зтационарных поверностных автоматических буйковых станций и су-IOB, который по своим основным характеристикам не уступает зару-5ежным аналогам. Обоснована необходимость значительного умекыяе-иш дискретности измерений относительно стандартных величин. Это газволило уменьшить погрешности и раарешить некоторые знергоне-зущие компоненты гидрометеорологических процессов.
7. В процессе отработки методов использования автоматичес-
«эго метеокомплекса в реальных океанских условиях получен и об
работан обширный материал измерений гидрометеорологических про
цессов в приводном слое атмосферы. Показана возможность исполь
зования метеокомплекса в режиме автоматических измерений в тече
ние 4...6 месяцев.
Практическая значимость работы. В результате выполнения диссертационной работы разработаны принципы и методология проектирования стационарных автоматических буйковых станций и метео-комплексов, которые могут использоваться как автономно в составе Зуйковых комплексов, так и в качестве судовых срэдств. Ка основе этого созданы автоматический буйковый комплекс "Скат" и автома-
газированный измерительный метеокомплекс.
Получены многочисленные данные экспериментальной проверки буйковой станции "Скат" и автоматического метеокомплекса в натурных условиях, где также отработаны такие вопросы, как передача командной, телеметрической и контрольной информации различными методами (в том числе с использованием ИСЗ), энергопитание станции при длительных постановках на срок до 6...8 месяцев, управление режимами ее работы и другие. При помощи буйковой станции "Скат" и входящего в ее состав метеокомплекса получен и обработан обширный материал измерений в Черном море и в Атлантическом океане, который использован в научных проектах ЧЕРНОЕ МОРЕ, ОКЕАН, ПОЛИМОДЕ, ПГЭП, РАЗРЕЗЫ.
Разработка вычислительной системы для расчетов буйковых станций при воздействии стационарных и нестационарных течений позволяет выполнять полные гидродинамические расчеты якорных постановок, определять возможные вариации трехмерного пространственного положения измерителей, статические и динамические нагрузки, угловые отклонения буйрепа и другие параметры. Это имеет большое значение для оптимизации и повышения надежности долговременных буйковых постановок.
Личный вклад автора. При создании буйкового комплекса "Скат" и автоматического метеокомплекса автором разработаны основные технические решения по структурным и частично принципиальным схемам аппаратуры. Он осуществлял научно-техническое руководство этими разработками и принимал непосредственное участие на всех стадиях выполнения работ, в том числе, при натурных испытаниях и практическом использовании созданных средств в усло-вях экспедиций в Черном море и в Атлантическом океане.
При зкспуатации автоматического метеокомплекса автором разработаны методические и программные средства для первичной обработки данных метеоиамерений в приводном слое атмосферы.. Он также принимал непосредственное участие в обработке я систематизации натурных данных, которые имеются в научных фондах МГИ АНУ и доступны для широкого использования.
Автором разработана вычислительная система для полного гидродинамического расчета подповерхностных буйковых станций. Вы-
- 5 -олнена верификация созданных программных средств и проведены ногочиоленные расчеты различных вариантов буйковых постановок ля глубин от 500 до БОШ м.
Апробация работы. Диссертационная работа выполнена по пла-овой тематике Морского гидрофизического института АН Украины, е результаты отражены в следующих отчетах по бпджетным и хоздо-оворным работам: "Разработка экспедиционной автоматической буй-овой станции (заключительный отчет, номер государственной ре-истрации 71059223), "Разработка радиоинформационной автоматизи-ованной системы РИДА" (заключительный отчет, номер государст-енной регистрации 71059220), "Создание единой автоматизирован-ой системы, включающей подсистемы сбора, передачи информации, дсистемы обработки данных экспедиционных исследований на ЭВМ епосредотвенно на научно-исследовательских судах МГИ, а также одсистемы, состоящей из берегового вычислительного центра обрамки и анализа наблюдений и приемо-управлящего центра, осущес-адящего двухстороянвяо связь с телеметрическими буями" (заклю-ительный отчет, номер государственной регистрации 71059219), Разработка концепции построения подсистемы морского и речного аэироваяия государственной экологической информационной системы ее генеральной схемы", "Создать долговременную автономную буй-эвую станцию на основе распределенных плавучествй, неыеталли-эских тросов, измерителей течении нового поколения беа ограни-эния глубин и районов постановок" (шифр "Буй"), хоздоговорной эме "Океан".
Результаты работы были доложены на симпозиумах и конферен-иях "Проблемы получения и обработки информации о физическом эстоянии океана (1967, Севастополь), "Автоматизация научных ис-5едований морей и океанов (1968, 1971, 1980, Севастополь), Технические средства для государственнй системы контроля при? эдной среды (1981, 1983, Обнинск), "Проблемы метрологии гидро-гаических измерений (1990, Москва), Системы экологического кон-эоля вод (1991, Севастополь), "Автоматизация гидроэкологических заведовании (1992, Севастополь), на первом и втором съездах со-этских океанологов (1977, Москва, 1982,- Ялта).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатны: работ, в том числе два авторских свидетельства на изобретение.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы.