RU2583234C1 - System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations - Google Patents
System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583234C1 RU2583234C1 RU2014154633/28A RU2014154633A RU2583234C1 RU 2583234 C1 RU2583234 C1 RU 2583234C1 RU 2014154633/28 A RU2014154633/28 A RU 2014154633/28A RU 2014154633 A RU2014154633 A RU 2014154633A RU 2583234 C1 RU2583234 C1 RU 2583234C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- formations
- ice formations
- caisson
- underwater
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 89
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 42
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000005997 Calcium carbide Substances 0.000 claims abstract description 9
- CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 2-[2-[2-[2-[bis[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]amino]-5-bromophenoxy]ethoxy]-4-methyl-n-[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]anilino]acetate Chemical compound CC1=CC=C(N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)C(OCCOC=2C(=CC=C(Br)C=2)N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)=C1 CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 22
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 9
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 268
- 238000000034 method Methods 0.000 description 49
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 30
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 21
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 16-Epiaffinine Natural products C1C(C2=CC=CC=C2N2)=C2C(=O)CC2C(=CC)CN(C)C1C2CO PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 4
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical class [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000531763 Otididae Species 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 244000245420 ail Species 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 235000004611 garlic Nutrition 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- LRKMVRPMFJFKIN-UHFFFAOYSA-N oxocalcium hydrate Chemical compound [O].O.[Ca] LRKMVRPMFJFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- 210000000216 zygoma Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
Landscapes
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам освещения ледовой обстановки и предотвращения воздействия ледовых образований на морские объекты хозяйственной деятельности.The invention relates to lighting systems for ice conditions and to prevent the impact of ice formations on marine objects of economic activity.
Известен способ разрушения ледяного покрова для морских ледоколов, основанный на использовании архимедовой силы, который заключается в том, что берут автономный подводный аппарат, состоящий из пустой емкости объемом 100 м3, полого треугольного в сечении гаргрота объемом 20 м3 и машинного отделения, которое связывают с ледоколом силовым электрическим кабелем. Опускают аппарат под лед и с помощью пульта управления, расположенного на борту ледокола, водометного двигателя и подводят его к месту разрушения льда. Открывая шибер, наполняют емкость забортной водой. Гаргрот обеспечивает плавучесть всего аппарата, опирающегося гаргротом на нижнюю кромку льда, воздух из гаргрота при заполнении емкости водой выпускают через обратный клапан. Насосом через трубу и обратный клапан откачивают воду из емкости и создают архимедову силу, равную 100 тоннам, с помощью которой в месте соприкосновения острой кромки гаргрота со льдом превышают временное сопротивление льда сдвигу, равное 30 кг/см2, почти в 5 раз. Давление в гаргроте уменьшают до 0,2 атм. После образования во льду трещины ледокол и аппарат продвигают вперед. Устройство состоит из емкости, гаргрота, машинного отделения, силового электрического кабеля, водометного двигателя с поворотным соплом, водяного насоса с электроприводом, обратного клапана, имеющего возможность только выпускать воду из емкости, заборной трубы, шибера, имеющего возможность заполнять емкость забортной водой, и обратного клапана, имеющего возможность выпускать воздух из гаргрота при заполнении емкости забортной водой. Разрушается ледяной покров толщиной 2,5 и более метров (патент RU №2326785 С1, 20.06.2008 [1]).A known method of destroying the ice cover for sea icebreakers, based on the use of Archimedean force, which consists in taking an autonomous underwater vehicle consisting of an empty tank with a volume of 100 m 3 , a hollow triangular cross section of a garroth with a volume of 20 m 3 and an engine room, which are connected with an icebreaker by electric power cable. The apparatus is lowered under the ice and using the control panel located on board the icebreaker, the jet engine and bring it to the place of destruction of the ice. Opening the gate, fill the tank with seawater. Gargrot ensures the buoyancy of the entire apparatus, resting gargrot on the lower edge of the ice, air from the gargrot when filling the tank with water is released through the check valve. The pump through the pipe and the non-return valve pumps water from the tank and creates an Archimedean force equal to 100 tons, with which, at the point of contact of the sharp edge of the garrot, with ice, the temporary shear resistance of ice equal to 30 kg / cm 2 is almost 5 times higher. The pressure in the garrot is reduced to 0.2 atm. After the formation of cracks in the ice, the icebreaker and the apparatus move forward. The device consists of a tank, gargrot, engine room, a power electric cable, a water-jet engine with a rotary nozzle, an electric water pump, a check valve that can only discharge water from the tank, an intake pipe, a gate that can fill the tank with seawater, and a reverse a valve with the ability to release air from the gargrot when filling the tank with sea water. The ice cover is destroyed with a thickness of 2.5 and more meters (patent RU No. 2326785 C1, 06/20/2008 [1]).
Известен также способ разрушения ледового покрова и приставка к судну для его осуществления (патент RU №2213675 С2, 10.10.2003 [2]).There is also known a method of destroying the ice cover and the prefix to the vessel for its implementation (patent RU No. 2213675 C2, 10.10.2003 [2]).
Разрушение ледового покрова с надрезкой ограниченного участка ледового покрова осуществляют струями воды, пароводяной смеси или пара, нагреваемыми в теплогенераторе. Струи направляют под углом к поверхности воды, чтобы при надрезании образовывались куски льда с гранями под углом к поверхности воды, а струям придают вращательное движение. Под ледовый покров подается сжатый воздух, предназначенный для предварительного напряжения ледового покрова перед разрушением. После надрезки ледового покрова через лед по щели надрезки пропускают электрический ток в воду. Ледокольная приставка к судну содержит клинообразный каркас, обшивка которого образует вогнутые скулы в виде двухстороннего плуга с верхним ледоразводящим гребнем. Она снабжена одним соединенным через теплогенератор коллектором с соплами. Одно из сопел имеет завихритель, предназначенный для придания потоку рабочего тела вращательного движения. Приставка к судну снабжена включенным в электрическую цепь скользящим контактом под коллектором с соплами, предназначенным для разрушения ледового покрова воздействием электрического тока через ледяной покров и воду. Приставка к судну снабжена механическим или гидравлическим приводом, предназначенным для ее подъема и опускания. Достигается снижение затрат мощности, энергоресурсов и денежных средств для доставки грузов водным путем в условиях ледового покрова водной поверхности.The destruction of the ice cover with an incision of a limited area of the ice cover is carried out by jets of water, steam-water mixture or steam heated in a heat generator. The jets are directed at an angle to the surface of the water, so that when notched, pieces of ice are formed with faces at an angle to the surface of the water, and the jets are given a rotational movement. Compressed air is supplied under the ice cover, intended for prestressing the ice cover before destruction. After incision of the ice cover, electric current is passed into the water through the ice through the slit of the incision. The icebreaker attachment to the vessel contains a wedge-shaped frame, the casing of which forms concave cheekbones in the form of a double-sided plow with an upper ice-cresting ridge. It is equipped with one collector with nozzles connected through a heat generator. One of the nozzles has a swirl designed to impart rotational motion to the flow of the working fluid. The prefix to the vessel is equipped with a sliding contact included in the electric circuit under the collector with nozzles, designed to destroy the ice sheet by the action of electric current through the ice sheet and water. The prefix to the vessel is equipped with a mechanical or hydraulic drive designed for its raising and lowering. Achieving a reduction in the cost of power, energy and money for the delivery of goods by water in the ice cover of the water surface.
Известен также способ разрушения ледяного покрова для всплытия подводной лодки (патент RU №2085432 С1, 27.07.1997 [3]). Сущность изобретения: способ разрушения льда для всплытия подводной лодки (ПЛ), включающий подачу струи нагретой жидкости к поверхности льда. Процесс разрушения льда происходит при всплытии ПЛ на перископную глубину и корректировки ее положения. С помощью штанг с насадками, с обеспечением минимального зазора между ними и нижней поверхностью льда подают теплую воду и таким образом протапливают лед по всему периметру ПЛ, образуя прорези. Затем подводят ПЛ под участок протопленных в толще льда прорезей, создают положительную плавучесть, взламывают корпусом ослабленный прорезями лед и всплывают в надводное положение. В качестве нагретой жидкости используется вода из циркуляционной трассы, выбрасываемая на штатных режимах за борт, что исключает необходимость размещения на ПЛ громоздкого оборудования (теплообменных аппаратов, насосов и т.п.) и дополнительные расходы энергии на нагрев и перекачку воды.There is also a method of destroying the ice cover for the ascent of a submarine (patent RU No. 2085432 C1, 07.27.1997 [3]). The inventive method of breaking ice for the ascent of a submarine (PL), comprising supplying a stream of heated liquid to the surface of the ice. The process of ice destruction occurs when the submarine ascends to the periscope depth and adjusts its position. Using rods with nozzles, providing a minimum gap between them and the bottom surface of the ice, warm water is supplied and thus the ice is heated around the entire perimeter of the submarine, forming slots. Then, the submarines are brought under a section of slots sunk in the ice, create positive buoyancy, break the ice weakened by the slots, and float to the surface above the surface. As a heated liquid, water is used from the circulation path, which is thrown overboard in normal conditions, which eliminates the need for bulky equipment (heat exchangers, pumps, etc.) to be placed on the submarine and additional energy costs for heating and pumping water.
Известны также способы разрушения ледяного покрова путем выполнения взрывов.There are also known methods of destroying the ice cover by performing explosions.
Известный способ разрушения ледяного покрова включает установку под лед на расстоянии друг от друга зарядов взрывчатого вещества и их подрыв. Для повышения эффективности разрушения льда взрывами подрыв зарядов производят поочередно, причем каждый из последующих зарядов подрывают с интервалом времени, равным времени прохождения вершины изгибно-гравитационной волны (ИГВ) от места взрыва предыдущего заряда (авторское свидетельство SU №1820188 [4]).A known method of destroying the ice cover includes installing explosives under ice at a distance from each other and undermining them. To increase the efficiency of ice destruction by explosions, the charges are detonated alternately, each of the subsequent charges being detonated with a time interval equal to the transit time of the peak of the flexural-gravitational wave (IGW) from the place of the explosion of the previous charge (copyright certificate SU No. 1820188 [4]).
Недостатком данного способа является то, что при проведении взрывных работ для увеличения ледоразрушающей способности ИГВ накапливается только энергия прямого движения воды и ледяного покрова, т.е. колебательного движения, направленного вверх против силы гравитации. Накопление энергии обратного движения вниз в направлении силы тяжести при известном способе не происходит, т.е. возможность увеличения энергии ИГВ используется не в полной мере. Кроме того, после взрыва образуются малые и средние ледяные поля, которые при соответствующих гидрометеорологических условиях будут продолжать движение в сторону, например, морского нефтегазового терминала, создавая угрозу его повреждения или разрушения.The disadvantage of this method is that during blasting operations to increase the ice-breaking ability of IGW, only the energy of direct movement of water and ice cover is accumulated, i.e. oscillatory motion directed upward against the force of gravity. The energy accumulation of the reverse downward movement in the direction of gravity does not occur with the known method, i.e. the possibility of increasing the energy of IGV is not fully utilized. In addition, small and medium-sized ice fields form after the explosion, which under appropriate hydrometeorological conditions will continue to move towards, for example, the offshore oil and gas terminal, creating a threat of damage or destruction.
Известен также способ разрушения ледяного покрова, который заключается в том, что под лед устанавливают несколько зарядов, которые подрывают с интервалом времени, равным времени прохождения изгибно-гравитационной волны от места подрыва предыдущего до места подрыва последующего зарядов. При этом дополнительно на лед устанавливают заряды взрывчатых веществ, которые подрывают одновременно с подрывом зарядов, установленных под ледяным покровом. При этом каждый заряд, расположенный над ледяным покровом, устанавливается на расстоянии от каждого заряда, расположенного под ледяным покровом, равном половине длины изгибно-гравитационной волны, что позволяет увеличить амплитуду изгибно-гравитационной волны и тем самым повысить эффективность разрушения ледяного покрова взрывами (патент RU №2124178 [5]). Сущность изобретения заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова взрывами.There is also known a method of destroying the ice cover, which consists in the fact that several charges are placed under the ice, which are detonated with an interval of time equal to the transit time of the flexural-gravitational wave from the place where the previous charge was blown up to the place where the subsequent charges were blown. At the same time, explosive charges are additionally placed on ice, which undermine simultaneously with the detonation of charges established under the ice cover. Moreover, each charge located above the ice cover is installed at a distance from each charge located under the ice cover equal to half the length of the flexural-gravitational wave, which allows to increase the amplitude of the flexural-gravitational wave and thereby increase the efficiency of the destruction of the ice sheet by explosions (RU patent No. 2124178 [5]). The essence of the invention is to increase the efficiency of destruction of the ice sheet by explosions.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении амплитуды ИГВ, возбуждаемых подрывом зарядов взрывчатого вещества.The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the amplitude of the IHV excited by the detonation of explosive charges.
Существенным недостатком известных способов является то, что они позволяют достичь технического эффекта на акваториях, свободных от объектов хозяйственной деятельности, расположенных на акваториях морей, и практически не пригодны в районах расположения таких объектов хозяйственной деятельности, как морские добычные газонефтяные комплексы.A significant drawback of the known methods is that they allow to achieve a technical effect in water areas free from objects of economic activity located in the waters of the seas, and are practically not suitable in areas where such objects of economic activity, such as offshore gas and oil complexes are located.
Широко известные способы разрушения льда, основанные на гидравлическом и тепловом методах, также не нашли широкой промышленной применимости из-за их существенных недостатков.The widely known methods of ice destruction based on hydraulic and thermal methods also did not find wide industrial applicability due to their significant drawbacks.
Гидравлический метод разрушения льда в практике известен уже давно. В частности, такой метод применяют при гидротехническом строительстве, когда в зимнее время подготавливают фронт работы для земснарядов. При этом используют мощные гидромониторы, которые струей воды под большим давлением разрушают лед. Применение такого метода требует обеспечения большого давления воды. Для обеспечения большого давления струи воды необходимы мощные установки, что экономически не оправдано.The hydraulic method of breaking ice in practice has long been known. In particular, this method is used in hydraulic engineering, when in winter they prepare the front for dredgers. In this case, powerful hydromonitors are used, which destroy the ice with a stream of water under high pressure. The application of this method requires the provision of high water pressure. Powerful installations are necessary to ensure a high pressure of the water jet, which is not economically justified.
Тепловой метод включает в себя резание льда с помощью газовых, бензиновых или иных горелок (бензиновый резак). В начальный момент лед начинает быстро таять, но в дальнейшем вода, образующаяся в результате таяния верхнего слоя льда, препятствует интенсивному таянию нижних слоев льда. При этом процесс таяния льда резко замедляется. Результаты проведенных работ не подтвердили мнения о целесообразности использования данного способа.The thermal method involves cutting ice using gas, gasoline or other burners (gasoline cutter). At the initial moment, the ice begins to melt quickly, but in the future, the water formed as a result of melting of the upper layer of ice prevents the intensive melting of the lower layers of ice. At the same time, the process of ice melting slows down sharply. The results of the work did not confirm the opinion on the advisability of using this method.
Как известно, основными динамическими факторами, формирующими ледяной покров, являются ветер, течения и колебания уровня. Существенное влияние на характер процессов торошения оказывают также мелководность, извилистость береговой черты и довольно сложный рельеф дна с большим количеством банок, кос и островов. Все это обусловливает особенности динамики льдов, происходящих на ледовитых морях России. В начальный период формирования ледяного покрова на морском мелководье, когда граница молодых льдов распространяется от берега до глубин 2-3 м, наряду с характерными для всех ледовитых морей зубчато-наслоенными льдами во время подвижек и торошения льда образуются торосы, сидящие на мели, - стамухи.As you know, the main dynamic factors that form the ice cover are wind, currents and level fluctuations. Shallow water, tortuosity of the coastline and a rather complex bottom topography with a large number of cans, streamers and islands also have a significant effect on the nature of hummocking processes. All this determines the features of the dynamics of the ice occurring on the arctic seas of Russia. In the initial period of ice cover formation in shallow sea water, when the border of young ice extends from the coast to depths of 2-3 m, along with gear-layered ice characteristic of all arctic seas, hummocks forming agglomerates are formed during agitation and hummocking, - granaries .
Перечисленные выше факторы существенно влияют на размеры и места их расположения, поэтому различают стамухи по времени и месту их появления, а также по виду льда, из которого они образуются. Характерной особенностью неподвижных стамух, позволяющей отличать их от движущихся вместе с дрейфующим льдом торосов, является образование т.н. «водяной тени» с их подветренной стороны во время ледовых подвижек.The factors listed above significantly affect the size and location of their location, therefore they distinguish stamukhs by time and place of their appearance, as well as by the type of ice from which they are formed. A characteristic feature of immovable stamukahs, which makes it possible to distinguish them from hummocks moving together with drifting ice, is the formation of the so-called. “Water shadow” from their leeward side during ice movements.
Ввиду того, что зимой наряду с процессами льдообразования постоянно происходят противоположные процессы разрушения льда, для зоны контакта припая с дрейфующими льдами характерны ее сезонные смещения. Образованию торосов на границе припая и дрейфующего льда помимо тангенциального напряжения ветра способствуют подъемы уровня при нагонах. При этом образуются мощные гряды торосов длиной в несколько километров и высотой 2 м и более, расположенные перпендикулярно направлению господствующих ветров. При очередном смещении границы припая и дрейфующих льдов возникает новая гряда торосов, параллельная образовавшимся ранее, в результате чего образуется пояс торосов, наблюдаемый на дрейфовых разделах арктических морей. Сжимающие и касательные усилия, возникающие во время контакта льдин, приводят к ломке льда и образованию на их краях торосов. Различают приливное, термическое и ветровое торошение. Приливное торошение, например на Северном Каспии, незначительно, т.к. приливно-отливные колебания уровня здесь не превышают точности измерения. Термическое торошение имеет место в суровые зимы в зоне припая, однако существенного влияния на общую картину торосистости оно не оказывает. Наиболее характерным для большинства морей является ветровое торошение, которому способствуют подледные течения и сгонно-нагонные колебания уровня моря.Due to the fact that in winter, along with the processes of ice formation, opposite processes of ice destruction constantly occur, seasonal contact shifts are typical of the fast ice contact zone with drifting ice. In addition to the tangential wind stress, the formation of hummocks at the boundary between fast ice and drifting ice is facilitated by level rises during surges. In this case, powerful ridges of hummocks are formed, several kilometers long and 2 m or more high, located perpendicular to the direction of the prevailing winds. At the next shift of the landfast ice and drifting ice boundary, a new ridge of hummocks arises, parallel to those formed earlier, resulting in the formation of hummock belt observed on the drift sections of the Arctic seas. The compressive and tangential forces arising during the contact of the ice floes lead to ice breaking and formation of hummocks on their edges. There are tidal, thermal and wind hummocking. Tidal hummocking, for example in the Northern Caspian, is insignificant, because tidal level fluctuations here do not exceed the measurement accuracy. Thermal hummocking takes place during severe winters in the fast ice zone, however, it does not have a significant effect on the overall picture of hummockiness. The most characteristic of most seas is wind hummocking, which is facilitated by subglacial currents and sea-level fluctuations.
Максимальная торосистость, при всех типах зим, отмечается в зоне контакта припая и дрейфующего льда.The maximum hummockiness, for all types of winters, is observed in the contact zone between fast ice and drifting ice.
Для прибрежных мелководий с ровным и пологим дном характерна такая форма донного рельефа, как следы выпахивания или борозды. Они имеют вид длинных, часто прямолинейных борозд протяженностью от нескольких десятков метров до нескольких километров. Борозды образуются при воздействии на дно торосистых дрейфующих льдов, они ориентированы в направлении преобладающих в эти периоды ветров и представляют собой как бы проведенные по дну векторы дрейфа льда. Ширина борозд колеблется от нескольких до 50-100 м и более. Все борозды оканчиваются валами, образованными выпаханным грунтом. Высота некоторых превышает глубину моря, и они выходят на дневную поверхность в виде островков.Coastal shallow waters with a flat and shallow bottom are characterized by such a shape of the bottom relief as traces of plowing or furrows. They have the appearance of long, often rectilinear furrows with a length of several tens of meters to several kilometers. Furrows are formed when exposed to the bottom of hummock drifting ice, they are oriented in the direction of the prevailing winds during these periods and are like ice drift vectors drawn along the bottom. The width of the furrows varies from a few to 50-100 m or more. All furrows end in shafts formed by plowed soil. The height of some exceeds the depth of the sea, and they go to the surface in the form of islands.
Продолжительность существования борозд в илистых грунтах составляет 2-3 года, в песчаном грунте борозды замываются волнением в течение одного сезона.The duration of the existence of furrows in silty soils is 2-3 years; in sandy soil, furrows are washed away by excitement for one season.
Поскольку ледовому выпахиванию (взаимодействию дрейфующих льдов с морским дном) подвержены мелководные участки морского дна на большой площади, можно утверждать, что эти процессы имеют массовый (хотя и сезонный) характер и потому играют важную роль в экологии данного водоема. Наряду с чисто механическим перемещением огромных масс донного грунта происходит угнетение донной, островной и прибрежной растительности и организмов.Since shallow areas of the seabed over a large area are subject to ice plowing (the interaction of drifting ice with the seabed), it can be argued that these processes are massive (albeit seasonal) in nature and therefore play an important role in the ecology of this reservoir. Along with the purely mechanical movement of huge masses of bottom soil, inhibition of bottom, island and coastal vegetation and organisms occurs.
Большинство морей Арктического бассейна отличается большим разнообразием ледовых процессов. Являясь серьезным естественным препятствием в осуществлении хозяйственной деятельности человека на море, ледяной покров значительно ограничивает деятельность, создает реальную угрозу безопасности.Most of the seas of the Arctic basin are characterized by a wide variety of ice processes. Being a serious natural obstacle in the implementation of human activities at sea, the ice cover significantly limits the activity and poses a real threat to security.
Проводимые в последнее время в шельфовой зоне работы по поиску углеводородов диктуют необходимость поиска более совершенных и не отягощенных серьезными материальными затратами и трудоемкостью средств защиты морских сооружений.Recent work in the offshore zone on the search for hydrocarbons dictates the need to search for more sophisticated and not burdened by serious material costs and labor-intensive means of protecting offshore structures.
В источнике информации (Расенко А. «Кайсар» - это ледовый защитник // газета «Астраханские известия», 22.01.2004 [6]), в качестве средств защиты морских нефтегазовых терминалов на Каспийском море рассматривается возможность использования для этих целей затопленных на мелководье старых кораблей, которые раньше использовались в качестве мишеней для ракет.The source of information (Rasenko A. “Kaisar” is an ice defender // Astrakhan Izvestia newspaper, January 22, 2004 [6]), as a means of protecting offshore oil and gas terminals in the Caspian Sea, the possibility of using old flooded in shallow water for these purposes is considered ships that were previously used as targets for missiles.
Корабли располагаются в море на глубинах 5-6 м и на расстоянии от берега от 10 до 50 км. Эпизодические подвижки и интенсивный дрейф льда под воздействием штормовых ветров, преобладающих в это время года, западного и восточного направлений, а также сгонно-нагонные колебания уровня моря способствуют образованию мощных торосов. Вокруг затопленных кораблей образуются сплошные торосистые поля, а вдоль их бортов - гигантские многослойные навалы из обломков льдин, высота которых составляла от 3-6 до 15 метров над уровнем моря, а их подводные основания достигали дна, образуя торосистые образования, сидящие на грунте - стамухи.Ships are located in the sea at depths of 5-6 m and at a distance from the coast from 10 to 50 km. Occasional shifts and intense ice drift under the influence of storm winds prevailing at this time of year, west and east, as well as sea-level fluctuations in the sea contribute to the formation of powerful hummocks. Continuous hummocky fields form around the flooded ships, and along their sides - giant multilayer heaps of ice debris, the height of which ranged from 3-6 to 15 meters above sea level, and their underwater bases reached the bottom, forming hummocky formations sitting on the ground - granules .
Полученные результаты ледовых исследований были использованы в 1999 г. в Астрахани, где для нужд казахской компании ОКИОК (Оффшор Казахстан Интернешнл Оперейтинг Компани), была осуществлена реконструкция типовой погружной буровой баржи, которая была специально адаптирована для работы в условиях дрейфующих льдов Северо-Восточного Каспия.The obtained results of ice research were used in 1999 in Astrakhan, where for the needs of the Kazakh company OKIOC (Offshore Kazakhstan International Operating Company), the reconstruction of a typical submersible drilling barge was carried out, which was specially adapted to work in the drifting ice of the North-East Caspian.
Подводное основание и борта баржи типа «Кайсар» были модифицированы таким образом, чтобы противостоять ледовым нагрузкам, которые изучались и анализировались на протяжении пяти лет. В результате расчетов площадь баржи была увеличена вдвое, добавлены специальные ледовые отражатели с обеих сторон баржи. На месте постановки баржи в море, с обеих сторон от баржи, предусмотрена установка системы мощных металлических свай (глубина заглубления в морское дно до 20 м), назначение которых - сдерживание натиска дрейфующих льдов и активизация процессов торосового образования вокруг платформы. Также известно аналогичное устройство для защиты буровой платформы от воздействия дрейфующих льдов (Karl-Ulrich Evers, Walter Spring Ice mjdel testing of an exploration platform for shallow waters in the North Caspian sea // 16th International Conference on Port and Ocean Engineering under Frctic Conditions "Ice Engineering Applied to Offshore Regions" (Fugust 12-17, 2001, Ottawa, Ontario, Canada), 2001, pp. 255-264 [7]), при использовании которого также достигается защита буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей созданием перед буровым объектом в ледовый период торосов, сидящих на грунте, посредством ледостойких сооружений, которые специально затапливаются по периметру вокруг буровой платформы.The submarine base and sides of the Kaisar-type barge have been modified to withstand ice loads, which have been studied and analyzed for five years. As a result of the calculations, the area of the barge was doubled, special ice reflectors were added on both sides of the barge. At the place of placing the barge in the sea, on both sides of the barge, it is planned to install a system of powerful metal piles (a depth of up to 20 m deep in the seabed), the purpose of which is to contain the onslaught of drifting ice and activate the processes of hummock formation around the platform. A similar device for protecting the drilling platform from drift ice is also known (Karl-Ulrich Evers, Walter Spring Ice mjdel testing of an exploration platform for shallow waters in the North Caspian sea // 16th International Conference on Port and Ocean Engineering under Frctic Conditions "Ice Engineering Applied to Offshore Regions "(Fugust 12-17, 2001, Ottawa, Ontario, Canada), 2001, pp. 255-264 [7]), which also helps protect drilling objects from destruction when ice fields move in front of the drilling object during the ice period of hummocks sitting on the ground, through ice-resistant structures that are specially flooded according to The diameter around the drilling platform.
Однако при всех многочисленных достоинствах барж типа «Кайсар», использование данного устройства все-таки не гарантирует абсолютной защиты буровых объектов от воздействия дрейфующих льдов.However, with all the numerous advantages of Kaisar-type barges, the use of this device still does not guarantee absolute protection of drilling facilities from the effects of drifting ice.
Так, в феврале 2002 г., под воздействием штормовых ветров преимущественно западных румбов происходило увеличение сплоченности плавучих льдов в районе Гурьевской бороздины, их интенсивная подвижка, торошение и образование стамух, которое сопровождалось повышением уровня моря, вызванного ветровым нагоном. Это опасное природное явление едва не стало причиной серьезной аварии на казахской буровой платформе «Сункар». Одна из четырех барж типа «Ледовый защитник», специально построенных и затопленных вокруг буровой платформы с целью ее защиты от опасного воздействия дрейфующих льдов, была сдвинута движущимся льдом с места и переместилась по дну на расстояние 120 м.So, in February 2002, under the influence of storm winds of predominantly western points, there was an increase in the concentration of floating ice in the Guryevskaya furrow area, their intensive movement, hummocking and formation of granules, which was accompanied by an increase in sea level caused by wind surge. This dangerous natural phenomenon almost caused a serious accident at the Sunkar Kazakh drilling platform. One of four Ice Defender barges, specially built and flooded around the drilling platform to protect it from the dangerous effects of drifting ice, was moved by moving ice from its place and moved along the bottom to a distance of 120 m.
Известна также полезная модель, которая относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности к защите буровых объектов от разрушения при эксплуатации в море, на Северном Каспии, в ледовых условиях - Устройство для защиты буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей (патент на полезную модель RU №79611 [8]).A useful model is also known, which relates to the field of the oil and gas industry, in particular, to protecting drilling facilities from destruction during operation at sea, in the Northern Caspian, in ice conditions - Device for protecting drilling facilities from destruction during movement of ice fields (patent for useful RU model No. 79611 [8]).
Техническим результатом устройства [8] является дальнейшее усовершенствование устройств защиты от разрушения буровых объектов морской разведки и добычи. Известное устройство [8] решает задачу защиты от разрушения буровых объектов морской разведки и добычи и содержит защитный барьер, состоящий из металлических щитов, установленных на дне водоема и винтовые сваи. При этом устройство работает следующим образом. Вокруг бурового объекта устанавливают защитный барьер, обеспечивающий торошение ледяных полей, и закрепляют его четырьмя-шестью винтовыми сваями, которые обеспечивают надежную фиксацию защитного барьера на дне. Винтовые сваи углубляют в грунт на 10 м или более и инициируют образование кольцевой стамухи вокруг бурового объекта. Дрейфующие под действием ветра ледяные поля встречают на своем пути защитный барьер, расположенный вокруг бурового объекта, и ломаются. Заявленный технический результат получают в предположении, что из-за частой смены направлений ветра при всех типах зим, применительно к условиям северной части Каспийского моря, направление и скорость дрейфа льда в море также часто меняется, до 2-5 раз в сутки. Происходит торошение льда, при этом в результате многократной смены направлений ветра с учетом их повторяемости вокруг бурового объекта образуется кольцевой торос, сидящий на грунте, который в дальнейшем защищает его от сдвига и разрушения.The technical result of the device [8] is a further improvement of the protection against destruction of drilling facilities of marine exploration and production. The known device [8] solves the problem of protection against destruction of drilling facilities of marine exploration and production and contains a protective barrier consisting of metal shields installed at the bottom of the reservoir and screw piles. In this case, the device operates as follows. Around the drilling object, a protective barrier is installed to provide ice hummock extinguishing, and it is fixed with four to six screw piles, which ensure reliable fixation of the protective barrier at the bottom. Screw piles are deepened into the ground by 10 m or more and initiate the formation of an annular granule around the drilling object. Ice fields drifting under the influence of wind meet a protective barrier located around the drilling object and break. The claimed technical result is obtained under the assumption that due to the frequent change of wind directions for all types of winters, in relation to the conditions of the northern part of the Caspian Sea, the direction and speed of ice drift in the sea also often changes, up to 2-5 times a day. Ice hummocking occurs, and as a result of repeated changes in wind directions, taking into account their repeatability, an annular hummock is formed around the drilling object, which sits on the ground, which subsequently protects it from shear and destruction.
При этом одновременно решается еще одна очень важная проблема - обеспечение экологической безопасности вод в результате возможных аварийных разливов нефти, поскольку кольцевая стамуха, образовавшаяся вокруг бурового объекта, обеспечивает надежную локализацию источника нефтяного (и любого другого) загрязнения, ограниченного внутренними размерами кольцевой стамухи. Ликвидировать же последствия загрязнения внутри кольцевой стамухи значительно проще, дешевле и безопаснее, чем в открытом море, покрытом дрейфующим, торосистым льдом.At the same time, another very important problem is simultaneously solved - ensuring the environmental safety of water as a result of possible accidental oil spills, since the annular granule formed around the drilling object provides reliable localization of the source of oil (and any other) pollution limited by the internal dimensions of the annular granule. It is much simpler, cheaper, and safer to eliminate the effects of pollution inside the annular granule than in the open sea, covered with drifting, hummock ice.
Однако технический результат от использования данного технического решения достигается только при условии, что «направление и скорость дрейфа льда в море также часто меняется, до 2-5 раз в сутки». Кроме того, надежная установка винтовых свай сопряжена с дополнительными трудностями, в первую очередь обусловленными типом грунта и глубинами моря в районе расположения морского нефтегазового терминала.However, the technical result from the use of this technical solution is achieved only under the condition that "the direction and speed of ice drift in the sea also often changes, up to 2-5 times a day." In addition, the reliable installation of screw piles is associated with additional difficulties, primarily due to the type of soil and depths of the sea in the area of the offshore oil and gas terminal.
Известен также способ разрушения ледяного покрова (патент RU №2452812 С1, 10.06.2012 [9]). Изобретение относится к области защиты буровых объектов при движении ледяных полей и может быть применено для разрушения ледяного покрова. Способ включает установку под лед зарядов взрывчатого вещества и их поочередный подрыв с интервалом времени, равным времени прохождения изгибно-гравитационной волны от места подрыва предыдущего до места подрыва последующего зарядов. Над ледяным покровом устанавливают заряды взрывчатых веществ и подрывают их одновременно с подрывом зарядов, установленных под ледяным покровом. Перед установкой зарядов взрывчатого вещества измеряют скорость и направление ветра, подводных течений и дрейфа ледовых полей, определяют толщину льда. Заряды взрывчатого вещества размещают с формированием направления распространения взрывной волны в противоположные стороны от места нахождения морского объекта хозяйственной деятельности. Технический результат заключается в повышении надежности защиты морского объекта хозяйственной деятельности от воздействия ледовых образований. Новые отличительные признаки известного способа, заключающиеся в том, что перед установкой зарядов взрывчатого вещества измеряют скорость и направление ветра, подводных течений и дрейфа ледовых полей, определяют толщину льда, а заряды взрывчатого вещества размещают с формированием направления распространения взрывной волны в противоположные стороны от места нахождения морского объекта хозяйственной деятельности, позволяют исключить нежелательное распространение ледовых образований в направлении размещения морского объекта хозяйственной деятельности. Однако установка зарядов на определенном расстоянии друг от друга представляет собой трудоемкую операцию и не является полностью безопасной.There is also known a method of destroying ice cover (patent RU No. 2452812 C1, June 10, 2012 [9]). The invention relates to the field of protection of drilling objects during the movement of ice fields and can be used to destroy the ice cover. The method includes the installation of explosive charges under ice and their alternate detonation with an interval of time equal to the transit time of the flexural-gravitational wave from the place where the previous one was blown up to the place where the subsequent charges were detonated. Explosive charges are set over the ice sheet and undermined at the same time as the charges established under the ice sheet are detonated. Before installing explosive charges measure the speed and direction of the wind, underwater currents and ice field drift, determine the thickness of the ice. Explosive charges are placed with the formation of the direction of propagation of the blast wave in opposite directions from the location of the marine business. The technical result is to increase the reliability of the protection of the marine business from the effects of ice formations. New distinctive features of the known method, namely, that before installing explosive charges measure the speed and direction of wind, underwater currents and ice field drift, determine the thickness of the ice, and explosive charges are placed with the formation of the direction of propagation of the blast wave in opposite directions from the location offshore economic activity, eliminate the unwanted spread of ice formations in the direction of the offshore business activity. However, installing charges at a certain distance from each other is a time-consuming operation and is not completely safe.
Известно также устройство для разрушения ледового покрытия, которое содержит воздействующее на покрытие плавсредство, снабженное источником газа и системой подачи его под ледовое покрытие. Система подачи газа снабжена коллектором, размещенным под покрытием, и механизмом установки коллектора в подводное положение для создания газовой прослойки в зоне разрушения. Изобретение направлено на расширение арсенала технических средств (патент RU №2314963 С2, 20.01.2008 [10]).It is also known a device for the destruction of the ice cover, which contains acting on the coating of a vessel equipped with a gas source and a system for supplying it under the ice cover. The gas supply system is equipped with a collector placed under the cover and a mechanism for setting the collector in an underwater position to create a gas layer in the fracture zone. The invention is aimed at expanding the arsenal of technical means (patent RU No. 2314963 C2, 01/20/2008 [10]).
Для приведения в действие устройства механизмом установки газового коллектора в подводное положение, газовый коллектор устанавливают в подводное положение. Включают в работу систему подачи и регулирования газа в зону разрушения. Газ от источника газа по магистралям подачи через органы регулирования поступает в газовый коллектор, а из него - под ледовое покрытие, где и создается газовая прослойка. Газовая прослойка разделяет ледовое покрытие от жидкости, тем самым исключает влияние жидкости на процесс разрушения покрытия. При воздействии сверху нет необходимости преодолевать усилия, вызванные влиянием жидкости как упругой подложки, а при воздействии снизу нет необходимости преодолевать усилия прилипания покрытия к жидкости. Следовательно, в значительной мере снижаются усилия для разрушения ледового покрытия. Однако создание равномерной газовой прослойки не всегда может быть обеспечено, например, при наличие килей ледового покрытия или при наличии подводных течений.To actuate the device by the mechanism for setting the gas manifold in an underwater position, the gas manifold is installed in an underwater position. The gas supply and regulation system for the destruction zone is included in the operation. Gas from the gas source through the supply lines through the regulatory bodies enters the gas collector, and from it - under the ice cover, where the gas layer is created. The gas layer separates the ice cover from the liquid, thereby eliminating the influence of the liquid on the process of destruction of the coating. When exposed from above, there is no need to overcome the forces caused by the influence of the liquid as an elastic substrate, and when exposed from below, there is no need to overcome the forces of adhesion of the coating to the liquid. Consequently, efforts to break the ice cover are greatly reduced. However, the creation of a uniform gas layer cannot always be ensured, for example, in the presence of keels of the ice cover or in the presence of underwater currents.
Известны также способы борьбы с ледообразованием, основанные на применении антигололедных реагентов, таких как хлориды натрия, кальция и магния в чистом виде или с добавками соответственно фосфата, песка, цеолита и триэтаноламина или в сочетании с несколькими перечисленными добавками (патент RU №2294352 С1, 27.07.2007 [11]), путем их нанесения на ледовую поверхность посредством устройств автоматического дозирования химических реагентов (патент RU №2487971 С1, 20.07.2013 [12]), которые позволяют достичь положительного эффекта при толщине льда не более 10 мм, что позволяет использовать их для борьбы с ледообразованием преимущественно на автомагистралях.There are also known methods of combating ice formation based on the use of anti-icing reagents, such as sodium, calcium and magnesium chlorides in pure form or with additives of phosphate, sand, zeolite and triethanolamine, respectively, or in combination with several of these additives (patent RU No. 2294352 C1, 27.07 .2007 [11]), by applying them to the ice surface using automatic chemical dosing devices (patent RU No. 2487971 C1, 07/20/2013 [12]), which allow to achieve a positive effect with an ice thickness of not more than 10 mm, which allows you to use them to combat ice formation mainly on highways.
Первоначальной составляющей задачи защиты морских объектов хозяйственной деятельности в период льдообразования, дрейфа и в период торошения ледяных полей, расположенных как в условиях мелкого, так и глубокого морей является задача определения структуры торосов и стамух, свойств льда и границы льда и грунта.The initial component of the task of protecting offshore facilities during ice formation, drift and during hummocking of ice fields located both in shallow and deep seas is the task of determining the structure of hummocks and hammers, the properties of ice and the boundary of ice and soil.
Решение данной задачи осуществляется посредством известных технических решений, например посредством способа определения структуры торосов и стамух, свойств льда и границы льда и грунта, который характеризуется тем, что осуществляют тепловое электрическое или водяное бурение скважин во льду, производят измерение и одновременную запись на компьютер времени бурения и глубины скважины, температуры и давления воды в скважине вблизи забоя и подаваемой на бур тепловой мощности, определяемой путем измерения напряжения и тока при электрическом бурении и температуры и расхода воды при бурении горячей водой, при бурении стамух делают ряд подъемов и опусканий бура на забой для продолжения бурения загрязненного льда и достижения донного грунта, которое определяется по резкому повышению температуры воды вблизи забоя и уменьшению скорости бурения до полной остановки, по данным глубины скважины и давления воды вблизи забоя определяют глубину расположения границы льда и грунта, определяют скорость бурения и строят график зависимости скорости бурения от глубины скважины и по нему оценивают расположение и размеры пустот, по скорости бурения, подаваемой мощности и измеренной температуре льда и воды в забое определяют плотность льда, а по измеренному давлению воды в скважине вблизи забоя определяют уровень воды в скважине, по изменению которого определяют границы консолидированного льда, а при тепловом электрическом бурении производят постоянную откачку из забоя талой воды, образующейся при бурении, и пропускают ее через измеритель солености, при этом измеренные данные записывают на компьютер одновременно с другими параметрами и учитывают их при определении плотности льда, а по полученным значениям величин солености и плотности льда определяют его пористость (патент RU №2153070 С1, 20.07.2000 [13]) или посредством способа определения толщины льда замерзающих акваторий в интервале от пленки до 100-120 см с дискретностью, ограниченной чувствительностью метода, и выше 120 см - без дискретности, осредненной на локальном элементе разрешения, по данным спутниковых изображений в тепловом канале ИК диапазона частот при безоблачной атмосфере, метеорологических данных осредненной скорости приземного ветра V в период зондирования и значений теплопроводности и глубины снежного покрова (патент RU №2319205 С1, 10.03.2008 [14]).This problem is solved by known technical solutions, for example, by means of determining the structure of hummocks and hammers, the properties of ice and the boundary of ice and soil, which is characterized by the fact that thermal electric or water drilling of wells in ice is carried out, measurement and simultaneous recording of drilling time on a computer and the depth of the well, temperature and pressure of water in the well near the bottom and the heat power supplied to the drill, determined by measuring voltage and current during electrical When drilling and temperature and water flow when drilling with hot water, while drilling stamukh, they make a series of rises and lowerings of the drill to the bottom to continue drilling contaminated ice and reach the bottom soil, which is determined by a sharp increase in water temperature near the bottom and a decrease in the drilling speed until it stops, according to the depth of the well and water pressure near the bottom, determine the depth of the boundary between ice and soil, determine the drilling speed and build a graph of the dependence of the drilling speed on the depth of the well and on it the location and size of the voids are estimated, the ice density is determined by the drilling speed, supplied power and the measured temperature of the ice and water in the face, and the water level in the well is determined by the measured pressure of the water in the well near the face, from which the boundaries of consolidated ice are determined, and with thermal electric drilling produce a constant pumping from the bottom of the melt water generated during drilling, and pass it through a salinity meter, while the measured data is recorded on a computer simultaneously with each other by their parameters and take them into account when determining the density of ice, and from the obtained values of salinity and ice density determine its porosity (patent RU No. 2153070 C1, 07.20.2000 [13]) or by means of a method for determining the ice thickness of freezing waters in the range from film to 100 -120 cm with discreteness limited by the sensitivity of the method, and above 120 cm - without discreteness averaged over a local resolution element, according to satellite images in the thermal channel of the infrared frequency range in a cloudless atmosphere, meteorological data srednennoy surface wind speed V during the sensing and thermal conductivity values and the depth of snow cover (patent RU №2319205 C1, 10.03.2008 [14]).
Известно также устройство для обеспечения возможности определения геометрических характеристик (профиля и толщины) ледового тороса путем непрерывного измерения во времени ординат профиля ледового тороса (патент RU №2189006 С1, 10.09.2002 [15]).A device is also known for providing the ability to determine the geometric characteristics (profile and thickness) of an ice hummock by continuously measuring the ordinates of the ice hummock profile in time (patent RU No. 2189006 C1, 09/10/2002 [15]).
Для этого в устройстве для определения геометрических характеристик ледового тороса, включающем передвижную каретку, по крайней мере, два измерительных узла, соответственно верхний и нижний, каждый из которых имеет направляющую с подвижным штоком, на конце которого установлен измерительный наконечник, и датчик-преобразователь механических перемещений в электрический сигнал, выход которого соединен с регистрирующей аппаратурой, причем нижний измерительный наконечник со штоком имеет положительную плавучесть, каретка выполнена в виде передвижной платформы с вертикально расположенной под ней штангой, установленной с возможностью перемещения поперек платформы. На штанге горизонтально друг над другом с просветом консольно закреплены обе направляющие, на свободных концах которых установлены датчики, представляющие собой датчики-преобразователи угла поворота в электрический сигнал, при этом оси упомянутых датчиков-преобразователей жестко связаны со штеками измерительных наконечников, а передвижная платформа снабжена датчиком перемещения платформы вдоль ледового тороса, электрически соединенным с регистрирующей аппаратурой.To do this, in the device for determining the geometric characteristics of the ice hummock, including a movable carriage, at least two measuring nodes, respectively, upper and lower, each of which has a guide with a movable rod, at the end of which there is a measuring tip, and a transducer of mechanical displacements into an electrical signal, the output of which is connected to the recording equipment, and the lower measuring tip with the rod has positive buoyancy, the carriage is made in the form a mobile platform with a rod located vertically below it, mounted with the possibility of movement across the platform. Both guides are cantileverly mounted on the rod horizontally one above the other with a lumen, at the free ends of which are mounted sensors that are transducers of the angle of rotation into an electrical signal, while the axes of the said transducers are rigidly connected to the tips of the measuring tips, and the mobile platform is equipped with a sensor moving the platform along the ice hummock, electrically connected to the recording equipment.
Наличие вертикальной штанги, прикрепленной к платформе, на которой расположены обе направляющие с подвижными штоками и измерительными наконечниками, позволяет перемещать одновременно оба (верхнее и нижнее) измерительных узла для обеспечения непрерывной регистрации параметров льда и ледового тороса сверху и снизу.The presence of a vertical rod attached to the platform, on which both guides with movable rods and measuring tips are located, allows both (upper and lower) measuring units to be moved simultaneously to ensure continuous recording of ice and ice hummock parameters from above and below.
Установка вертикальной штанги с возможностью ее перемещения поперек платформы дает возможность проводить измерения в любой выбранной точке по площади ледового поля.The installation of a vertical rod with the possibility of its movement across the platform makes it possible to carry out measurements at any selected point over the area of the ice field.
Снабжение платформы датчиком перемещения позволяет определять координату измеряемой точки и получить картину профиля ледового тороса в процессе проведения измерений.Providing the platform with a displacement sensor allows you to determine the coordinate of the measured point and get a picture of the ice hummock profile during the measurement process.
Известна конструкция основания морской платформы (патент RU №2030503 С1, 10.03.95 [16]), содержащая бетонный монолитный кессон, состоящий из верхней плиты, донной плиты, из двух соосных защитных стенок - внутренней и внешней, спроектированных для выдерживания ударов айсберга. Эти стенки расположены вертикально между плитами и жестко соединены с ними. Внешняя стенка кессона состоит из защитных элементов сложной формы, способных взломать поверхность айсберга, ударяющегося в кессон.The base structure of the offshore platform is known (patent RU No. 2030503 C1, 03/10/95 [16]), containing a concrete monolithic caisson consisting of a top plate, a bottom plate, two coaxial protective walls - internal and external, designed to withstand the impact of an iceberg. These walls are located vertically between the plates and are rigidly connected to them. The outer wall of the caisson consists of protective elements of complex shape that can crack the surface of the iceberg hitting the caisson.
Недостаток этой стационарной конструкции состоит в том, что она является технологически сложной, громоздкой, и возведение подобной конструкции не всегда оправдано с точки зрения экономии и технологии при разработке месторождений в ледовых районах Арктики.The disadvantage of this stationary structure is that it is technologically complex, cumbersome, and the construction of such a structure is not always justified from the point of view of economy and technology in the development of deposits in the ice regions of the Arctic.
Известна конструкция технологического комплекса для освоения подводных месторождений полезных ископаемых на шельфе, позволяющего обеспечить защиту технологического (устьевого) оборудования от столкновения с айсбергами (патент RU №2215847 С1, 10.11.03 [17]), содержащего морскую платформу, подводные сателлиты и береговую технологическую базу, связанные между собой коммуникациями. Морская платформа включает основание, жестко связанное с грунтом с помощью свай. На основании установлена горизонтальная платформа с технологическим оборудованием, а подводные сателлиты включают эксплуатационные скважины с устьевым оборудованием. Основание морской платформы состоит, по крайней мере, из двух частей: нижней, жестко связанной с грунтом, и верхней, на которой расположена горизонтальная платформа с технологическим оборудованием. Основание снабжено фиксирующими элементами для последовательной фиксации относительного положения нижней части основания, верхней части основания и горизонтальной платформы между собой, а также элементами быстроразъемных соединений технологических коммуникаций, обеспечивающих возможность относительного перемещения частей основания. Предложенная конструкция позволяет повысить эксплуатационную безопасность за счет обеспечения возможности исключения взаимодействия морской платформы с ледовым массивом, в частности айсбергами посредством управления частями (изменения положения) основания в аварийной ситуации.The known design of the technological complex for the development of underwater mineral deposits on the shelf, which allows to protect the technological (wellhead) equipment from collision with icebergs (patent RU No. 2215847 C1, 10.11.03 [17]), containing an offshore platform, underwater satellites and an onshore technological base interconnected communications. The offshore platform includes a base, rigidly connected to the soil using piles. On the basis of a horizontal platform with technological equipment, and underwater satellites include production wells with wellhead equipment. The base of the offshore platform consists of at least two parts: the lower one, rigidly connected to the soil, and the upper one, on which there is a horizontal platform with technological equipment. The base is equipped with fixing elements for sequential fixing of the relative position of the lower part of the base, the upper part of the base and the horizontal platform between each other, as well as elements of quick disconnect connections of technological communications, providing the possibility of relative movement of parts of the base. The proposed design allows to increase operational safety by providing the possibility of eliminating the interaction of the offshore platform with the ice massif, in particular icebergs by controlling parts (changing the position) of the base in an emergency.
Недостатком конструкции является ее сложность, громоздкость и стационарность. Нецелесообразным является ее возведение при разработке мелких подводных месторождений полезных ископаемых.The disadvantage of the design is its complexity, bulkiness and stationarity. Its construction in the development of small underwater mineral deposits is inappropriate.
Известна конструкция морской ледостойкой платформы с системой защиты от воздействия подвижных ледяных массивов (патент RU №2130526 С1, 20.05.99 [18]), содержащая ледостойкий кессон, выполненный с донной и верхней опорными плитами, жестко связывающими между собой внутреннюю и наружную профилированную с защитными от воздействия льда элементами стенки, установленными с зазором относительно друг друга, и верхнее строение, установленное на верхней опорной плите и выполненное из технологических функциональных блоков. Кессон выполняет функцию защитного контейнера, не заполняемого водой. Платформа дополнительно снабжена вспомогательным ледоломным козырьком. Защитные элементы выполнены в виде сегментов цилиндров вращения с коническим профилем в верхней части. При этом с учетом глубины моря в месте установки морской ледостойкой платформы наружную профилированную стенку с защитными элементами выполняют с конической частью в зоне воздействия льда.A known design of an offshore ice-resistant platform with a protection system against the effects of moving ice massifs (patent RU No. 2130526 C1, 05.20.99 [18]), containing an ice-resistant caisson made with bottom and top support plates, rigidly interconnecting the inner and outer profiled with protective from exposure to ice by wall elements installed with a gap relative to each other, and the upper structure mounted on the upper base plate and made of technological functional blocks. The caisson serves as a protective container that is not filled with water. The platform is additionally equipped with an auxiliary ice visor. The protective elements are made in the form of segments of cylinders of rotation with a conical profile in the upper part. In this case, taking into account the depth of the sea at the installation site of the sea ice-resistant platform, the outer profiled wall with protective elements is performed with a conical part in the ice impact zone.
Данная стационарная конструкция обеспечивает защиту устьевого оборудования, однако при освоении мелких и средних месторождений возведение подобной платформы является неоправданным в силу технологической сложности ее установки, громоздкости и нерентабельности, так же, как и аналогичных технических решений (патент RU №2151842 С1, 27.06.2000 [19], патент RU №2030503 С1, 10.03.1995 [16], патент US №5186581 А, 16.02.1993 [21], патент US №4963058 А, 16.10.1990 [22], авторское свидетельство SU №1708160 А3, 23.01.1992 [23].This stationary design provides protection of wellhead equipment, however, in the development of small and medium deposits the construction of such a platform is unjustified due to the technological complexity of its installation, cumbersome and unprofitable, as well as similar technical solutions (patent RU No. 2151842 C1, 27.06.2000 [ 19], RU patent No. 2030503 C1, 03/10/1995 [16], US patent No. 5186581 A, 02.16.1993 [21], US patent No. 4963058 A, 10.16.1990 [22], copyright certificate SU No. 1708160 A3, 23.01 .1992 [23].
Технический результат известного технического решения (патент RU №2344226 С1, 20.01.2009 [24]) состоит в обеспечении мобильности, повышении технологичности, рентабельности и надежности конструкции, обеспечивающей защиту устьевого оборудования в условиях риска столкновения с подвижными ледяными массивами, в частности айсбергами и торосами.The technical result of the known technical solution (patent RU No. 2344226 C1, 01/20/2009 [24]) is to ensure mobility, improve manufacturability, profitability and reliability of the structure, which provides protection of wellhead equipment in the face of the risk of collision with moving ice massifs, in particular icebergs and hummocks .
Заявленный результат достигается за счет того, что в отличие от известных систем защиты скважины (устьевого оборудования) от воздействия ледяных массивов [16-23], в том числе торосов, в условиях освоения подводных месторождений углеводородов, содержащих возводимый над устьем защитный контейнер, в предлагаемой системе контейнер выполнен в форме прочной оболочки, выдерживающей нагрузку, сравнимую с возникающей при ударе ледяного массива критической нагрузкой, оболочка оснащена рядом датчиков, характеризующихся возможностью их срабатывания при нагрузке, превышающей критическую, и электрически связанных с системой автоматического включения по сигналу с датчиков средства герметизации устья скважины. Кроме того, в системе, в частности, в качестве датчика может быть выбран тензодатчик или датчик перемещений.The claimed result is achieved due to the fact that, in contrast to the well-known protection systems for the well (wellhead equipment) from exposure to ice masses [16-23], including hummocks, in the conditions of development of submarine hydrocarbon deposits containing a protective container being built above the wellhead, in the proposed the container system is made in the form of a strong shell that can withstand a load comparable to the critical load that occurs when an ice mass is hit, the shell is equipped with a number of sensors characterized by the possibility of their operation I at a load exceeding the critical one and electrically connected to the system of automatic switching on by a signal from the sensors of the wellhead sealing means. In addition, in the system, in particular, a load cell or a displacement sensor can be selected as a sensor.
Выполнение контейнера в форме прочной, исходя из заявляемого условия оболочки, позволяет существенно облегчить технологию установки конструкции на донном основании в силу ее мобильности и исключить необходимость по сравнению с прототипом проведения сложных и громоздких экономически и технологически затратных манипуляций по установке стационарной платформы. Оснащение оболочки рядом датчиков с возможностью их срабатывания при нагрузке, превышающей критическую, позволяет контролировать окружающую обстановку, что при наличии электрической связи датчиков с системой автоматического включения по сигналу с датчиков средства герметизации устьевого оборудования обеспечит надежную защиту технологического оборудования.The implementation of the container in the form of a solid, based on the claimed condition of the shell, can significantly facilitate the installation of the structure on the bottom because of its mobility and eliminate the need for complex and cumbersome economically and technologically expensive manipulations to install a stationary platform. Equipping the shell with a number of sensors with the possibility of triggering them under a load exceeding the critical one allows you to control the environment, which, if there is an electrical connection between the sensors and the system of automatic switching on of the sensors of the wellhead equipment sealing means, will provide reliable protection of the process equipment.
Предлагаемые к конкретному выбору датчики - тензодатчик или датчик перемещений являются наиболее доступными с точки зрения их возможностей по реагированию на критическую нагрузку.Proposed to a specific choice of sensors - strain gauge or displacement sensor are the most affordable in terms of their ability to respond to critical loads.
Известная система защиты представляет собой устанавливаемую в подводном положении на глубинах возможного прохождения торосов над устьевым оборудованием предварительно рассчитанную на прочность цилиндрическую оболочку, выдерживающую нагрузку, сравнимую с возникающей при ударе ледяного массива критической нагрузкой, например, стальную. В оболочку встраивают систему тензодатчиков. Датчики подключены к системе автоматического включения в аварийной ситуации (приближение тороса) средства перекрытия (герметизации) устья, в частности, клапана.The known protection system is a cylindrical shell pre-calculated for strength, installed in an underwater position at the depths of possible hummocks passing over wellhead equipment, which can withstand a load comparable to a critical load arising from an impact of an ice massif, for example, steel. A strain gauge system is built into the shell. The sensors are connected to the system of automatic inclusion in an emergency (approaching hummock) means of overlapping (sealing) of the mouth, in particular, the valve.
Система защиты работает следующим образом. При приближении тороса тензодатчик подает сигнал на систему аварийного автоматического включения. Сигнал датчика является управляющим для средства перекрытия (клапана) устья скважины.The protection system operates as follows. When approaching hummock, the load cell sends a signal to the emergency automatic start system. The sensor signal is the control signal for the shutoff means (valve) of the wellhead.
Выбор формы контейнера и свойств материала, из которого он выполнен, в сочетании с встроенной в контейнер системой аварийного реагирования и автоматической герметизации устья скважины способствуют мобильности, повышению технологичности, рентабельности и надежности конструкции, обеспечивающей защиту устьевого оборудования скважины в условиях риска столкновения с подвижными ледяными массивами, в частности айсбергами и торосами.The choice of the shape of the container and the properties of the material from which it is made, in combination with the emergency response system and automatic sealing of the wellhead integrated into the container, contribute to mobility, increase of manufacturability, profitability and reliability of the design, which protects the wellhead equipment in the event of a risk of collision with moving ice masses , in particular icebergs and hummocks.
Однако срабатывание датчиков при фиксации нагрузки, превышающей критическую нагрузку, происходит в момент воздействия ледяного образования на конструктивные элементы контейнера, т.е. последующие перекрытие устья скважины может оказаться бесполезным. Кроме того, торос по своим габаритам и массе может быть не опасен для платформы, а система аварийного реагирования сработает.However, the triggering of the sensors when the load is fixed in excess of the critical load occurs at the moment the ice formation affects the structural elements of the container, i.e. subsequent closure of the wellhead may be useless. In addition, the hummock in its dimensions and weight may not be dangerous for the platform, and the emergency response system will work.
Кроме того, платформы для добычи углеводородов на шельфе арктических морей, как правило, состоят из устройств отгрузки углеводородов, жилого модуля, вспомогательного модуля, промежуточной палубы и опорного основания (кессона), объединенных в единую сборную конструкцию, при этом кессон установлен на каменной берме, размещенной на морском грунте на глубине 19-20 м, например, такую конструкцию имеет добычная платформа «Приразломная», установленная в Печерской губе Баренцева моря, которая представляет собой сложную техническую конструкцию, и которую посредством известного устройства [24] защитить от ледовых воздействий практически невозможно.In addition, platforms for hydrocarbon production on the shelf of the Arctic seas, as a rule, consist of hydrocarbon shipping devices, a residential module, an auxiliary module, an intermediate deck and a support base (caisson), combined into a single prefabricated structure, while the caisson is mounted on a stone berm, located on sea soil at a depth of 19-20 m, for example, the Prirazlomnaya production platform installed in the Pechersk Bay of the Barents Sea, which is a complex technical structure, has such a structure, and which, using the known device [24], is practically impossible to protect from ice impacts.
Контроль состояния кессона осуществляется системой контроля состояния кессона, включающей датчик деформации для измерения ледовых нагрузок на кессон, инклинометр для измерения наклонов кессона, грунтовой динамометр для измерения нагрузки на грунт, преобразователь давления (пьезометр) для измерения и оценки возможного повышения избыточного давления в грунтах от динамических горизонтальных нагрузок.Monitoring of the condition of the caisson is carried out by the monitoring system of the state of the caisson, including a deformation sensor for measuring ice loads on the caisson, an inclinometer for measuring the inclination of the caisson, a soil dynamometer for measuring the load on the soil, a pressure transducer (piezometer) for measuring and evaluating the possible increase in excess pressure in the soil from dynamic horizontal loads.
Задачей настоящего технического решения является повышение надежности защиты морских объектов хозяйственной деятельности в период льдообразования, дрейфа и в период торошения ледяных полей, расположенных как в условиях мелкого, так и глубокого морей.The objective of this technical solution is to increase the reliability of protection of offshore economic activities during ice formation, drift and during hummocking of ice fields located both in shallow and deep seas.
Поставленная задача решается за счет того, что система освещения ледовой обстановки и предотвращения воздействия ледовых образований на морские объекты хозяйственной деятельности, в том числе торосов, в условиях освоения подводных месторождений, включающая средства мониторинга гидрометеорологической обстановки в регионе размещения морских объектов хозяйственной деятельности, средства определения характеристик ледовых образований, средства защиты от воздействия ледовых образований, выдерживающих нагрузку, сравнимую с возникающей при ударе ледяного массива критической нагрузкой, средства отображения ледовых образований, систему контроля состояния кессона, включающую датчик деформации для измерения ледовых нагрузок на кессон, инклинометр для измерения наклонов кессона, грунтовой динамометр для измерения нагрузки на грунт, преобразователь давления (пьезометр) для измерения и оценки возможного повышения избыточного давления в грунтах от динамических горизонтальных нагрузок, дополнительно содержит командно-управляющий комплекс, соединенный со средствами мониторинга гидрометеорологической обстановки в регионе размещения морских объектов хозяйственной деятельности, средствами определения характеристик ледовых образований, средствами защиты от воздействия ледовых образований, средства защиты от воздействия ледовых образований выполнены в виде подводных и надводных модулей, при этом подводные модули снабжены холодильными агрегатами, надводные модули выполнены в виде выдвижных конструкций и беспилотных летательных аппаратов, снабженных устройствами автоматического дозирования химических реагентов в виде карбида кальция, при нанесении их на ледовое образование. При этом командно-управляющий комплекс содержит функционально-логический блок определения критических параметров воздействия ледовых образований на морской объект хозяйственной деятельности с учетом его прочностных характеристик, средства отображения ледовых образований, выполнены с возможностью выделения границ ледовых образований, включая неконсолидированные части килей торосов, посредством масок операторов Канни (С John Canny. A Computation Approach to Edge Detection.// IEEE Transaction Analysis and Machine Intelligence. N6. vol. pami-8, November, 1986, pp. 679) и возможностью построения ситуационных моделей траектории движения относительно рельефа шельфа, береговой линии и морского объекта хозяйственной деятельности. Посредством командно-управляющего комплекса формируют команды на функционирование того или иного средства защиты.The problem is solved due to the fact that the system of lighting the ice situation and preventing the impact of ice formations on the marine objects of economic activity, including hummocks, in the development of underwater deposits, including means for monitoring the hydrometeorological situation in the region where the marine objects of economic activity are located, means for determining the characteristics ice formations, means of protection from exposure to ice formations that withstand a load comparable to that arising upon impact of the ice massif by a critical load, means of displaying ice formations, a caisson condition monitoring system including a deformation sensor for measuring ice loads on the caisson, an inclinometer for measuring the inclination of the caisson, a soil dynamometer for measuring the load on the soil, a pressure transducer (piezometer) for measuring and evaluating a possible increase in overpressure in soils from dynamic horizontal loads, additionally contains a command-control complex connected to moni hydrometeorological conditions in the region where marine facilities are located, means for determining the characteristics of ice formations, means of protection against the effects of ice formations, means of protection against the effects of ice formations are made in the form of underwater and surface modules, while the underwater modules are equipped with refrigeration units, the surface modules are made in retractable structures and unmanned aerial vehicles equipped with automatic chemical dosing devices reagents in the form of calcium carbide, when applied to an ice formation. At the same time, the command and control complex contains a functional logical unit for determining the critical parameters of the impact of ice formations on a marine business object, taking into account its strength characteristics, means of displaying ice formations, made with the possibility of highlighting the boundaries of ice formations, including unconsolidated parts of hummocks keels, using operator masks Canny (With John Canny. A Computation Approach to Edge Detection.// IEEE Transaction Analysis and Machine Intelligence. N6. Vol. Pami-8, November, 1986, pp. 679) and the possibility of constructing a situation model of the trajectory of motion relative to the relief of the shelf, coastline and marine business. Through the command-control complex, teams are formed for the operation of a particular protective equipment.
Средства мониторинга гидрометеорологической обстановки в регионе размещения морских объектов хозяйственной деятельности размещены на расстояниях L от платформы, а средства определения характеристик ледовых образований размещены на расстояниях l от платформы, определяемом по формуле l=tкр√gH, где tкр - нормированное время на защиту охраняемого района, g - ускорение свободного падения, H - средняя глубина моря между берегом и устройством.Means of monitoring the hydrometeorological situation in the region where offshore business facilities are located are located at distances L from the platform, and means for determining the characteristics of ice formations are located at distances l from the platform, determined by the formula l = t cr √ gH, where t cr is the normalized time to protect the protected area, g - gravity acceleration, H - the average depth of the sea between the coast and the device.
Система освещения ледовой обстановки и предотвращения воздействия ледовых образований на морские объекты хозяйственной деятельности содержит командно-управляющий комплекс, включающий функционально-логический блок определения критических параметров воздействия ледовых образований на морской объект хозяйственной деятельности с учетом его прочностных характеристик, средства защиты от воздействия ледовых образований выполнены в виде подводных и надводных модулей, при этом подводные модули снабжены холодильными агрегатами, надводные модули выполнены в виде выдвижных конструкций и беспилотных летательных аппаратов, снабженных устройствами автоматического дозирования химических реагентов в виде карбида кальция, при нанесении их на ледовое образование.The lighting system for the ice situation and the prevention of the impact of ice formations on offshore business facilities contains a command and control complex that includes a functional logic unit for determining the critical parameters of the impact of ice formations on the offshore business facility, taking into account its strength characteristics, and means of protection from the impact of ice formations in the form of underwater and surface modules, while underwater modules are equipped with refrigeration units, surface The modules are made in the form of retractable structures and unmanned aerial vehicles equipped with automatic dosing devices for chemical reagents in the form of calcium carbide, when applied to an ice formation.
Функционально-логический блок определения критических параметров воздействия ледовых образований на морской объект хозяйственной деятельности с учетом его прочностных характеристик содержит: блоки памяти, сумматоры, регистры, блоки сравнения группы, коммутаторы группы, блоки элементов И/ИЛИ, дешифраторы, счетчики, блоки задержки, генератор тактовых импульсов, триггер, логический блок подготовки яркостных эталонов, включающий блок преобразования исходных картографических данных, аэрофотоснимков и снимков, полученных от ИСЗ, формирователь одноканального или многоканального поля информативности, блок поиска экстремумов поля информативности, блок сопоставления экстремумов поля информативности каждого из каналов, блок расчета эталонных изображений, блок буферной памяти и связи между указанными элементами.The functional-logical unit for determining the critical parameters of the impact of ice formations on a marine business object, taking into account its strength characteristics, contains: memory blocks, adders, registers, group comparison blocks, group switches, AND / OR element blocks, decoders, counters, delay blocks, generator clock pulses, trigger, logic unit for preparing luminance standards, including a unit for converting source map data, aerial photographs and images obtained from a satellite, Atelier of a single-channel or multi-channel field of information content, a block for searching the extrema of the field of information content, a block for comparing extrema of the field of information content of each channel, a block for calculating reference images, a block of buffer memory and communication between these elements.
Исходные данные - электронные топографические карты, модели рельефа, фото- и видеоинформация (в зависимости от решаемой задачи могут присутствовать все либо только часть данных) - поступают от технических средств мониторинга гидрометеорологической обстановки в регионе размещения морских объектов хозяйственной деятельности, технических средств определения характеристик ледовых образований, а также ударно-нагрузочные критические параметры морского объекта хозяйственной деятельности (МОХД) - поступают на вход функционально-логического блока, где осуществляется их преобразование, как в двумерные растровые изображения с помощью известных стандартных алгоритмов, так и в форматы двухмерного и трехмерного изображения. Для каждого изображения ледового образования и рельефа дна в функционально-логическом блоке формируется массив данных координатной привязки, определяющий, каким координатам на местности соответствует каждое дискретное изображение.Initial data - electronic topographic maps, terrain models, photo and video information (depending on the problem to be solved, all or only part of the data may be present) - come from technical means of monitoring the hydrometeorological situation in the region where marine economic objects are located, technical means for determining the characteristics of ice formations , as well as shock-load critical parameters of the marine object of economic activity (MOXD) - enter the input of the functional-logical about the block where they are converted, both into two-dimensional raster images using known standard algorithms, and into two-dimensional and three-dimensional image formats. For each image of the ice formation and the bottom topography, an array of coordinate referencing data is formed in the functional-logical block, which determines which coordinates on the ground correspond to each discrete image.
Далее изображения формируют в поля информативности и производят выявление экстремумов поля информативности ледовых образований и рельефа дна, посредством анализа частных производных многоканального поля информативности, например, методом Ньютона (см., например, А.А. Амосов, Ю.А. Дубинский, Н.П. Копченова. Вычислительные методы для инженеров. М.: Мир, 1998 г., стр. 279-284).Further, the images are formed into information fields and the extrema of the field of information content of ice formations and bottom topography are identified by analyzing partial derivatives of the multi-channel information field, for example, by the Newton method (see, for example, A.A. Amosov, Yu.A. Dubinsky, N. P. Kopchenova, Computational Methods for Engineers, Moscow: Mir, 1998, pp. 279-284).
Координаты найденных экстремумов пересчитываются в координаты на местности (на основании массивов данных координатной привязки) и сопоставляются с учетом надежности исходных картографических данных, например, методом эллипсоидов (см., например, «Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии», под ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И.Черноморского. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006 г., стр. 123-128). В результате сопоставления координат экстремумов формируется ранжированный массив координат участков местности, в котором наиболее высокий ранг имеют участки, соответствующие экстремумам на нескольких изображениях одновременно. Далее в зависимости от направления и скорости ветра и течения строятся ситуационные модели возможного перемещения конкретных ледовых полей (моделируется траектория движения ледового образования).The coordinates of the found extrema are converted into coordinates on the ground (based on arrays of coordinates) and are compared taking into account the reliability of the source map data, for example, using the ellipsoid method (see, for example, “Orientation and Navigation of Moving Objects: Modern Information Technologies”, ed. B.S. Aleshin, K.K. Veremeenko, A.I. Chernomorsky. - M.: FIZMATLIT, 2006, pp. 123-128). By comparing the coordinates of the extrema, a ranked array of coordinates of the terrain is formed, in which the areas corresponding to the extrema in several images at the same time have the highest rank. Then, depending on the direction and speed of the wind and the current, situational models are constructed for the possible movement of specific ice fields (the trajectory of the ice formation is simulated).
Для этого посредством, например, РЛС определяют дистанции кратчайшего сближения с ледовым образованием, представляющим потенциальную опасность для МОХД, в зависимости от скорости и курса движения ледового образования.For this, by means of, for example, radar, the distances of the closest approach to the ice formation, representing a potential hazard for MOXD, are determined, depending on the speed and course of movement of the ice formation.
При этом получают количественные оценки движения ледового образования в той или иной области относительно МОХД. В результате получают численные значения кратчайших расстояний до ледового образования. Моделирование выполняют методами математической статистики, с нахождением погрешностей аппроксимации и определением доверительных областей нахождения ледового образования относительно МОХД. Выполнение измерений кратчайших расстояний от оси «судового хода» ледового образования в направлении движения на МОХД выполняют с обеих сторон «судового хода» производят с помощью статистического пакета «Statistica» (В.П. Боровиков, И.П. Боровиков. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М., 998 - 592 с.). Исходя из прочностных характеристик МОХД и возможных неблагоприятных последствий принимают решение по его защите.At the same time, quantitative estimates of the movement of ice formation in a given region relative to MOH are obtained. As a result, the numerical values of the shortest distances to the ice formation are obtained. Modeling is carried out using methods of mathematical statistics, with finding approximation errors and determining confidence areas of ice formation relative to MOH. The measurements of the shortest distances from the axis of the “ship passage” of ice formation in the direction of movement on the MOX are performed on both sides of the “ship passage” using the Statistica statistical package (VP Borovikov, IP Borovikov. Statistical analysis and processing data in the Windows environment. M., 998 - 592 p.). Based on the strength characteristics of MOHD and possible adverse effects, a decision is made on its protection.
Средства защиты от воздействия ледовых образований выполнены в виде подводных и надводных модулей, при этом подводные модули снабжены холодильными агрегатами, надводные модули выполнены в виде выдвижных конструкций и беспилотных летательных аппаратов, и снабженных устройствами автоматического дозирования химических реагентов в виде карбида кальция, при нанесении их на ледовое образование.Means of protection against the effects of ice formations are made in the form of underwater and surface modules, while the underwater modules are equipped with refrigeration units, the surface modules are made in the form of retractable structures and unmanned aerial vehicles, and equipped with automatic dosing devices for chemical reagents in the form of calcium carbide, when applied to ice formation.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Посредством средств измерения скорости и направление ветра средств измерения скорости и направления подводных течений и возможного дрейфа ледовых полей, средства измерения толщины льда определяют скорость и направление ветра, скорость и направление подводных течений и дрейфа ледовых полей, толщину льда. В качестве средств измерения скорости и направления ветра могут быть использованы акустические измерители скорости и направления ветра или стационарный гидрометеорологический комплекс типа «Касметео», которые могут быть установлены непосредственно на платформе или на носителях (летательные аппараты, надводные и подводные плавательные средства). В качестве средства измерения скорости и направления подводных течений и дрейфа ледовых полей может быть использован гидроакустический параметрический преобразователь, представляющий собой гидроакустический подводный зонд. Для определения дрейфа ледовых полей также может быть использована информация, получаемая стационарным гидрометеорологическим комплексам типа «Касметео» с искусственных спутников Земли или непосредственно с искусственных спутников, оснащенных инфракрасными (ИК)-радиометрами, обеспечивающими измерение сигналов теплового излучения местности. ИК-изображение формируется за счет поступательного движения объекта вдоль траектории движения и вращения зеркала антенны (сканирования) в перпендикулярном направлении. ИК - радиометр может быть построен аналогично радиометру системы RAC (Radiometric Area Correlator) фирмы Lockhead, (И.Н. Белоглазов, Г.И. Джанджгава, Г.П. Чигин. Основы навигации по физическим полям, Москва, «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1985, с. 28).Using means for measuring the speed and direction of the wind, means for measuring the speed and direction of underwater currents and possible drift of ice fields, means for measuring the thickness of ice determine the speed and direction of wind, speed and direction of underwater currents and drift of ice fields, ice thickness. Acoustic wind speed and direction indicators or the Kasmeteo-type stationary hydrometeorological complex, which can be installed directly on the platform or on carriers (aircraft, surface and underwater swimming vehicles), can be used as a means of measuring wind speed and direction. As a means of measuring the speed and direction of underwater currents and the drift of ice fields can be used sonar parametric transducer, which is a sonar underwater probe. To determine the drift of ice fields, information obtained by stationary Kasmeteo-type hydrometeorological complexes from artificial Earth satellites or directly from artificial satellites equipped with infrared (IR) -radiometers that measure the thermal radiation signals of the terrain can also be used. An infrared image is formed due to the translational movement of the object along the path of movement and rotation of the antenna mirror (scan) in the perpendicular direction. An IR radiometer can be constructed similarly to the Lockhead RAC (Radiometric Area Correlator) system radiometer (I.N. Beloglazov, G.I. Dzhandzhgava, G.P. Chigin. Fundamentals of navigation in physical fields, Moscow, Nauka, Home Editorial Board of Physics and Mathematics, 1985, p. 28).
Кроме того, также может быть использована РЛС, которая может быть построена аналогично РЛС «Обзор» (Авиация ВВС России и научно-технический прогресс. Боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра. Под редакцией Е.А. Федосова. Дрофа. Москва, 2005, с. 633-639).In addition, a radar can also be used, which can be built similarly to Obzor radar (Russian Air Force aviation and scientific and technological progress. Combat systems and systems yesterday, today, tomorrow. Edited by EA Fedosov. Bustard. Moscow, 2005, p. 633-639).
Коммутация и преобразование в цифровую форму выходных сигналов ИК-радиометра и РЛС может проводиться на основе принципов обработки телевизионных изображений, изложенных, например, в (Телевидение. Под редакцией П.В. Шмакова. Москва, «Связь» 1979, с. 394-410).Switching and digitization of the output signals of the IR radiometer and radar can be carried out on the basis of the principles of processing television images, as set forth, for example, in (Television. Edited by P.V. Shmakov. Moscow, Svyaz 1979, pp. 394-410 )
Формирование комплексного текущего изображения (ТИ) для совмещения цифровых изображений ИК-радиометра и РЛС может быть реализовано на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС), на базе которых последовательно осуществляются следующие операции:The formation of a complex current image (TI) for combining digital images of an infrared radiometer and radar can be implemented on programmable logic integrated circuits (FPGA), on the basis of which the following operations are sequentially performed:
- подавление шумов на каждом изображении (ИК-радиометра и РЛС);- noise suppression in each image (infrared radiometer and radar);
- улучшение каждого изображения путем усиления его контрастов;- improvement of each image by enhancing its contrasts;
- калибровка и изменение размеров изображений с целью приведения их к попиксельному совпадению;- calibration and resizing of images in order to bring them to pixel by pixel coincidence;
- совмещение изображений методом смешивания цветов пикселей;- combination of images by pixel color mixing;
- сглаживание для устранения эффекта расфокусирования комплексного изображения;- smoothing to eliminate the effect of defocusing the complex image;
- фильтрация комплексного изображения для повышения его резкости.- filtering a complex image to increase its sharpness.
В качестве ПЛИС можно использовать микросхемы серии Kintex-7 фирмы Xilinx (Xilinx Redefines Power, Performance, and Design Productivity with Three Innovative 28 nm FPGA Families: Virtex-7, Kintex-7, and Artix-7 Devices. Xilinx WP373 (v1.4) October 15, 2012). Выбранная микросхема совместима по выводам с другими микросхемами фирмы Xilinx и при необходимости может быть заменена на более дешевый или более мощный вариант.Xilinx Kintex-7 chips (Xilinx Redefines Power, Performance, and Design Productivity with Three Innovative 28 nm FPGA Families: Virtex-7, Kintex-7, and Artix-7 Devices. Xilinx WP373 (v1.4) can be used as FPGAs ) October 15, 2012). The selected chip is pin compatible with other Xilinx chips and can be replaced with a cheaper or more powerful option if necessary.
Подавление шумов может быть выполнено по типу медианного фильтра (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, с. 194-195). Фильтр осуществляет замену значения пикселя на значение медианы распределения яркостей всех пикселей в его окрестности (включая и исходный). Чтобы выполнить медианную фильтрацию, например, для окрестности 3×3 элементов элемента изображения, необходимо сначала упорядочить по возрастанию значения яркостей пикселей внутри окрестности и затем присвоить компоненты цвета пятого значения медианы обрабатываемому элементу.Noise suppression can be performed as a median filter (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, p. 194-195). The filter replaces the pixel value with the median value of the brightness distribution of all pixels in its vicinity (including the original one). In order to perform median filtering, for example, for a neighborhood of 3 × 3 elements of an image element, you must first sort the increasing values of the brightness of pixels inside the neighborhood and then assign the color components of the fifth median value to the element to be processed.
Для монохромных изображений яркость пикселя эквивалентна коду компоненты G, а для цветных изображений яркость пикселя может определяться, например, выражением:For monochrome images, the pixel brightness is equivalent to the component code G, and for color images, the pixel brightness can be determined, for example, by the expression:
Y=(0.3*R+0.59*0+0.11*B),Y = (0.3 * R + 0.59 * 0 + 0.11 * B),
где: R, G, В - значения цветовых компонент.where: R, G, B are the values of the color components.
Принцип улучшения изображения путем усиления его контрастов основан на анализе гистограммы яркостей входного изображения (эквализации гисторгамм) (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, стр. 150-166).The principle of image enhancement by enhancing its contrasts is based on the analysis of the histogram of the brightness of the input image (histogram equalization) (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, pp. 150-166).
Сущность преобразования состоит в построении такой передаточной функции, в которой пикселю входного изображения с минимальной яркостью присваивается нулевое значение яркости, пикселю изображения, имеющего максимальную яркость, присваивается сто процентная яркость, а пикселям с промежуточными значениями яркости присваиваются значения, интерполированные по крутизне полученной функции. Функция преобразования может быть линейной, но в некоторых случаях улучшение изображения, основанное на линейной функции преобразования, не является наилучшим подходом. В частности, иногда полезно получить иную форму гистограммы для обрабатываемого изображения.The essence of the transformation is to construct such a transfer function in which a pixel of the input image with a minimum brightness is assigned a zero brightness value, a pixel of an image having a maximum brightness is assigned a hundred percent brightness, and pixels with intermediate brightness values are assigned values interpolated by the slope of the obtained function. The transform function may be linear, but in some cases, image enhancement based on a linear transform function is not the best approach. In particular, it is sometimes useful to obtain a different histogram form for the processed image.
Эквализация гистограмм изображений также позволяет выровнять яркости разно спектральных изображений, что очень важно для дальнейшей обработки.Equalization of image histograms also allows you to align the brightness of different spectral images, which is very important for further processing.
Калибровка и изменение размеров изображения с целью приведения их к по пиксельному совпадению изображений от ИК-радиометра и РЛС проводится следующим образом.Calibration and resizing of the image in order to bring them to the pixel matching images from the infrared radiometer and radar is as follows.
Для проведения калибровки необходимо выделить на изображениях реперные точки (наиболее яркие и темные элементы изображения). Для этого можно воспользоваться методами пороговой обработки (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, с. 850-874).For calibration, it is necessary to select reference points on the images (the brightest and darkest elements of the image). For this you can use the threshold processing methods (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, pp. 850-874).
Совмещение реперных точек осуществляется за счет применения аффинных преобразований (масштабирование, смещение, поворот) к координатам реперных точек одного из изображений. Целесообразно в качестве обрабатываемого (первого) изображения выбрать то, в котором выделилось меньшее количество опорных точек.The combination of reference points is carried out through the use of affine transformations (scaling, offset, rotation) to the coordinates of the reference points of one of the images. It is advisable as the processed (first) image to choose the one in which a smaller number of control points were allocated.
Оптимальный вариант совмещения выбирается по методу наименьших квадратов. Порядок расчетов следующий. Для каждого из возможных вариантов аффинных преобразований перебираются все реперные точки первого изображения. Для каждой из этих точек ищется ближайшая точка на втором изображении и запоминается расстояние между ними. Далее рассчитывается и запоминается сумма квадратов разностей расстояний между реперными точками двух изображений для данного варианта аффинных преобразований. Оптимальным параметрам масштабирования, смещения и поворота соответствует минимальная сумма квадратов разностей расстояний между реперными точками двух изображений.The best matching option is selected using the least squares method. The calculation procedure is as follows. For each of the possible variants of affine transformations, all the reference points of the first image are selected. For each of these points, the nearest point in the second image is searched and the distance between them is stored. Next, the sum of the squared differences of the distances between the reference points of the two images for this variant of affine transformations is calculated and stored. The optimal scaling, offset, and rotation parameters correspond to the minimum sum of squared differences in the distances between the reference points of two images.
Соответствующие найденному оптимальному варианту аффинные преобразования применяют ко всему первому изображению. При этом используется метод билинейной интерполяции значения цветовых компонент изображения в ближайших соседних точках (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, с. 114-116).The affine transforms corresponding to the found optimal variant are applied to the entire first image. The method of bilinear interpolation of the values of the color components of the image at the nearest neighboring points is used (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, pp. 114-116).
Совмещение изображений методом смешивания цветов пикселей описано в (Мейсон Ву, Джеки Нейдер, Том Девис, Дейв Шрайнер. OpenGL. Официальное руководство программиста. Издание DiaSoft. М., СПб., Киев. 2002, с. 206-211).Image alignment using pixel color mixing is described in (Mason Wu, Jackie Nader, Tom Davis, Dave Schreiner. OpenGL. Official Programmer's Guide. Publishing DiaSoft. M., St. Petersburg., Kiev. 2002, p. 206-211).
Сглаживание для устранения эффекта расфокусирования комплексного изображения может быть реализовано сглаживающими пространственными фильтрами, описанными в (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, с. 189-196).Smoothing to eliminate the effect of defocusing a complex image can be implemented by smoothing spatial filters described in (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, pp. 189-196).
Фильтрация комплексного изображения для повышения его резкости осуществляется пространственной фильтрацией повышения резкости, описанной в (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, с. 196-213).Filtration of a complex image to sharpen it is carried out by spatial filtering of sharpening described in (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, pp. 196-213).
Для выделения контуров на комплексном изображении с целью приведения к бинарному виду осуществляется посредством пороговой обработки ТИ. Представленное в таком виде ТИ имеет меньшую зависимость от различного рода искажений, метеорологических или сезонных условий. Реализация пороговой обработки ТИ может быть выполнена также на ПЛИС, в которых реализуются операторы градиента (Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. Техносфера, М., 2006, с. 825-836). Наиболее широко используется для выделения границ маски операторов Канни, Собела и Превитта. Наиболее предпочтителен метод Канни (Canny), представляющий собой совокупность других методов. Он состоит из следующих этапов:To highlight the contours in a complex image in order to bring it to a binary form, it is carried out by means of threshold TI processing. The TI presented in this form is less dependent on various distortions, meteorological or seasonal conditions. The implementation of threshold TI processing can also be performed on FPGAs in which gradient operators are implemented (R. Gonzalez, R. Woods. Digital image processing. Technosphere, M., 2006, pp. 825-836). The most widely used to highlight the boundaries of the mask operators Canny, Sobel and Prewitt. Most preferred is the Canny method, which is a collection of other methods. It consists of the following steps:
1) Изображение сглаживается (обычно с помощью фильтра Гаусса).1) The image is smoothed (usually using a Gaussian filter).
2) Находятся края на изображении (обычно используется метод Собеля или Робертса).2) There are edges in the image (usually the Sobel or Roberts method is used).
3) Находится направление градиента в каждой точке.3) The direction of the gradient is found at each point.
4) Значения углов округляются.4) Angle values are rounded.
5) Проверяется, является ли значение градиента локальным максимумом в этом направлении, если точка не на краю, то ее значение устанавливается в 0, эту фазу также называют тонкими краями "thin edges" или не максимальным подавлением «non-maximum suppression».5) It is checked whether the gradient value is a local maximum in this direction, if the point is not on the edge, then its value is set to 0, this phase is also called thin edges or non-maximum suppression.
6) Изображение обрабатывается двумя порогами. Если значение градиента в точке выше некоторого порога Т1, то эта точка считается границей. Далее смотрятся точки вокруг найденной границы и, если значения их градиентов выше некоторого порога Т2, то они также считаются границей.6) The image is processed by two thresholds. If the gradient value at a point is above a certain threshold T 1 , then this point is considered a boundary. Next, look at the points around the found boundary and, if the values of their gradients are above a certain threshold T 2 , then they are also considered the boundary.
За основу эталонной информации берется цифровая карта местности (ЦКМ) векторного формата, например, SXF (Storage and eXchange Format). Помимо ЦКМ при подготовке эталонной информации используются фотоснимки той же местности. Первоначально проводится процедура выделения границ на фотоснимках, например методом Канни. После чего выполняется процедура сравнения контуров ЦКМ и полученных границ на фотоснимках. Координаты пикселов границ на фотоснимках в «коридоре» шириной Dpix вдоль контуров ЦКМ заносятся в эталонную информацию.The reference information is based on a digital terrain map (MSC) of a vector format, for example, SXF (Storage and eXchange Format). In addition to the CCM, the preparation of the reference information uses photographs of the same locality. Initially, the procedure for highlighting borders in photographs, for example, by the Canny method, is carried out. After that, the procedure for comparing the CCM contours and the obtained boundaries in the photographs is performed. The coordinates of the border pixels in the photographs in the “corridor” of width Dpix along the CCM contours are recorded in the reference information.
Посредством функционально-логического блока определяют критические параметры воздействия ледовых образований на морской объект хозяйственной деятельности с учетом их прочностных характеристик. Для оценки прочностных характеристик льда устанавливают регрессионные зависимости, связывающие пределы прочности льда при сжатии и изгибе, его температуру, соленость и плотность. Физико-механические свойства льда могут быть измерены с помощью скважинного прессиометра со сферическим индентором, при этом измеряют прочности неконсолидированной части килей торосов.Using the functional-logical unit, critical parameters of the impact of ice formations on the marine object of economic activity are determined taking into account their strength characteristics. To assess the strength characteristics of ice, regression dependences are established that relate the strength limits of ice during compression and bending, its temperature, salinity and density. Physico-mechanical properties of ice can be measured using a borehole pressiometer with a spherical indenter, while the strength of the unconsolidated part of the keels of hummocks is measured.
При этом выполняют построение вертикальных профилей по поверхности ледяного покрова. При этом координаты опорных точек определяют в единой системе координат. Средства отображения ледовых образований выполнены с возможностью выделения границ ледовых образований, включая неконсолидированные части килей торосов, посредством масок операторов Канни и возможностью построения ситуационных моделей траектории движения относительно рельефа шельфа, береговой линии и морского объекта хозяйственной деятельности.In this case, the construction of vertical profiles on the surface of the ice cover is performed. In this case, the coordinates of the control points are determined in a single coordinate system. Means of displaying ice formations are made with the possibility of identifying the boundaries of ice formations, including unconsolidated parts of hummocks keels, using the masks of Canny operators and the ability to build situational models of the trajectory relative to the relief of the shelf, coastline and marine business.
При неблагоприятном ситуационном развитие ледовой обстановки, а также при фиксации, посредством системы контроля состояния кессона, изменений динамических показателей, посредством командно-управляющего комплекса формируют команды на функционирование того или иного средства защиты.In an unfavorable situation, the development of the ice situation, as well as during fixation, by means of a monitoring system for the condition of the caisson, changes in dynamic indicators, by means of a command-control complex, teams form the functioning of a particular protective equipment.
Для защиты от ледяных полей с торосами используют беспилотный летательный аппарат, снабженный устройствами автоматического дозирования химических реагентов в виде карбида кальция.To protect against ice fields with hummocks, an unmanned aerial vehicle equipped with automatic dosing devices for chemical reagents in the form of calcium carbide is used.
Технический карбид кальция представляет собой твердое кристаллическое вещество, весьма тугоплавкое, темно-серого цвета с удельным весом 2,2 и характерным резким чесночным запахом, обусловленным взаимодействием карбида с парами воды в атмосферном воздухе. Карбид кальция CaC2 бурно реагирует с водой, также и с парами воды, выделяя ацетилен и оставляя гидрат окиси кальция. На воздухе карбид кальция разлагается, взаимодействуя с парами воды, всегда имеющимися в воздухе, выделяя ацетилен. Товарный карбид выпускается семи грануляций от 2-4 до 80-100 мм.Technical calcium carbide is a solid crystalline substance, very refractory, dark gray with a specific gravity of 2.2 and a characteristic sharp garlic odor due to the interaction of carbide with water vapor in atmospheric air. Calcium carbide CaC 2 reacts violently with water, also with water vapor, releasing acetylene and leaving calcium oxide hydrate. In air, calcium carbide decomposes, interacting with water vapor, always present in the air, releasing acetylene. Commodity carbide is produced in seven granulations from 2-4 to 80-100 mm.
Подводные модули могут быть выполнены в виде металлических конструкций различной формы (сваи, понтоны, гребенки, предназначенные на металлолом суда и подводные лодки и т.п.).Submarine modules can be made in the form of metal structures of various shapes (piles, pontoons, combs designed for scrap ships and submarines, etc.).
Подводные модули, снабженные холодильными агрегатами, устанавливают на расстояниях S (l<S<L), на возвышенностях рельефа морского дна, для создания искусственных ледовых подводных образований для снижения скорости движения ледяных полей за счет механического контакта килей ледового образования с искусственными ледовыми образованиями.Underwater modules equipped with refrigeration units are installed at distances S (l <S <L), on elevations of the seabed topography, to create artificial ice underwater formations to reduce the speed of movement of ice fields due to mechanical contact of the keels of the ice formation with artificial ice formations.
Разрушение ледяного образования путем уменьшения высоты паруса в мористой части способно привести к уменьшению осадки ледяного образования, что является эффективной защитой от контакта киля ледяного образования с грунтом. В результате, возможно не только уменьшение надводной части образования в зоне воздействия, но и дополнительное появление опрокидывающего (под действием архимедовых сил) момента, способного вызвать откол мористой части ледяного образования.The destruction of the ice formation by reducing the height of the sail in the sea part can lead to a decrease in the precipitation of the ice formation, which is an effective protection against contact of the keel of the ice formation with the ground. As a result, not only a decrease in the surface part of the formation in the impact zone is possible, but also an additional appearance of the overturning (under the influence of Archimedean forces) moment, which can cause the breaking of the sea part of the ice formation.
Предлагаемый способ позволяют исключить нежелательное распространение ледовых образований в направлении размещения морского объекта хозяйственной деятельности. Использование предложенного способа позволит преодолевать более мощные ледовые покрытия, увеличить скорость проводки судов и в конечном счете расширить сроки навигации не только на морях, но и на судоходных реках и озерах, а также обеспечить безопасную эксплуатацию морских объектов хозяйственной деятельности.The proposed method allows to eliminate the undesirable spread of ice formations in the direction of the location of the marine economic activity. Using the proposed method will allow to overcome more powerful ice cover, increase the speed of ship escort and ultimately extend the navigation time not only on the seas, but also on navigable rivers and lakes, as well as ensure the safe operation of marine facilities.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU №2326785 С1, 20.06.2008.1. Patent RU No. 2323385 C1, 06/20/2008.
2. Патент RU №2213675 С2, 10.10.2003.2. Patent RU No. 2213675 C2, 10.10.2003.
3. Патент RU №2085432 С1, 27.07.1997.3. Patent RU No. 2085432 C1, 07.27.1997.
4. Авторское свидетельство SU №1820188 А1, 07.06.1993.4. Copyright certificate SU No. 1820188 A1, 06/07/1993.
5. Патент RU №2124178 С1, 27.12.1998.5. Patent RU No. 2124178 C1, 12/27/1998.
6. Расенко А. «Кайсар» - это ледовый защитник // газета «Астраханские известия», 22.01.2004.6. Rasenko A. “Kaisar” - is an ice defender // newspaper “Astrakhan Izvestia”, 01/22/2004.
7. Karl-Ulrich Evers, Walter Spring Ice mjdel testing of an exploration platform for shallow waters in the North Caspian sea // 16th International Conference on Port and Ocean Engineering under Frctic Conditions "Ice Engineering Applied to Offshore Regions" (Fugust 12-17, 2001 Ottawa, Ontario, Canada) 2001, pp. 255-264.7. Karl-Ulrich Evers, Walter Spring Ice mjdel testing of an exploration platform for shallow waters in the North Caspian sea // 16th International Conference on Port and Ocean Engineering under Frctic Conditions "Ice Engineering Applied to Offshore Regions" (Fugust 12-17 2001 Ottawa, Ontario, Canada) 2001, pp. 255-264.
8. Патент на полезную модель RU №79611.8. Patent for utility model RU No. 79611.
9. Патент RU №2452812 С1, 10.06.2012.9. Patent RU No. 2452812 C1, June 10, 2012.
10. Патент RU №2314963 С2, 20.01.2008.10. Patent RU No. 2314963 C2, 01.20.2008.
11. Патент RU №2294352 С1, 27.07.2007.11. Patent RU No. 2294352 C1, 07.27.2007.
12. Патент RU №2487971 С1, 20.07.2013.12. Patent RU No. 2487971 C1, 07/20/2013.
13. Патент RU №2153070 С1, 20.07.2000.13. Patent RU No. 2153070 C1, 07.20.2000.
14. Патент RU №2319205 С1, 10.03.2008.14. Patent RU No. 2319205 C1, 03/10/2008.
15. Патент RU №2189006 С1, 10.09.2002.15. Patent RU No. 2189006 C1, 09/10/2002.
16. Патент RU №2030503, 10.03.1995.16. Patent RU No. 2030503, 03/10/1995.
17. Патент RU №2215847, 10.11.2003.17. Patent RU No. 2215847, 10.11.2003.
18. Патент RU №2130526, 20.05.1999.18. Patent RU No. 2130526, 05.20.1999.
19. Патент RU №2151842 С1, 27.06.2000.19. Patent RU No. 2151842 C1, 06/27/2000.
21. Патент US №5186581 А, 16.02.1993.21. US patent No. 5186581 A, 02.16.1993.
22. Патент US №4963058 А, 16.10.1990.22. US patent No. 4963058 A, 16.10.1990.
23. Авторское свидетельство SU №1708160 А3, 23.01.1992.23. Copyright certificate SU No. 1708160 A3, 01/23/1992.
24. Патент RU №2344226 С1, 20.01.2009.24. Patent RU No. 2344226 C1, 01.20.2009.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014154633/28A RU2583234C1 (en) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014154633/28A RU2583234C1 (en) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583234C1 true RU2583234C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55959858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014154633/28A RU2583234C1 (en) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583234C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630017C2 (en) * | 2016-01-11 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") | Method of determining location of bottom boundary of toros and hummock consolidated layer in electro-thermal drilling |
RU2681671C1 (en) * | 2017-10-23 | 2019-03-12 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring |
CN109582040A (en) * | 2019-01-25 | 2019-04-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | A UAV swarm formation and performance vulnerability assessment method and system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2344226C1 (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-20 | Владимир Иванович Жигалов | System of protecting well from effect of ice massif |
RU2484209C1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-06-10 | Антон Владимирович Чернявец | Method of active struggle with iceberg danger and device to this end |
-
2014
- 2014-12-31 RU RU2014154633/28A patent/RU2583234C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2344226C1 (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-20 | Владимир Иванович Жигалов | System of protecting well from effect of ice massif |
RU2484209C1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-06-10 | Антон Владимирович Чернявец | Method of active struggle with iceberg danger and device to this end |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
И.Ю.Олтян и др. Комплексное обеспечение безопасности морских объектов Штокмановского газоконденсатного месторождения (часть 2) / Технологии гражданской безопасности, 2012, т.9, N4(34), стр.16. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630017C2 (en) * | 2016-01-11 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") | Method of determining location of bottom boundary of toros and hummock consolidated layer in electro-thermal drilling |
RU2681671C1 (en) * | 2017-10-23 | 2019-03-12 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring |
CN109582040A (en) * | 2019-01-25 | 2019-04-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | A UAV swarm formation and performance vulnerability assessment method and system |
CN109582040B (en) * | 2019-01-25 | 2021-08-06 | 中国人民解放军国防科技大学 | A UAV swarm formation and performance vulnerability assessment method and system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wille | Sound images of the ocean in research and monitoring | |
Prior et al. | Results of a known seafloor instability event | |
Haraguchi et al. | Large bedform generated by the 2011 Tohoku-oki tsunami at Kesennuma Bay, Japan | |
Ogorodov et al. | Ice effect on coast and seabed in Baydaratskaya Bay, Kara Sea | |
RU2583234C1 (en) | System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations | |
Geertsema et al. | Sensitive clay landslide detection and characterization in and around Lakelse Lake, British Columbia, Canada | |
Greene et al. | Offshore and onshore liquefaction at Moss Landing spit, central California—Result of the October 17, 1989, Loma Prieta earthquake | |
Woodworth-Lynas | The geology of ice scour | |
Suanez et al. | Empirical parameterization of wave runup and dune erosion during storm conditions on a natural macrotidal beach | |
RU2452812C1 (en) | Method to destroy ice cover | |
Rosen | Long term remedial measures of sedimentological impact due to coastal developments on the South-Eastern Mediterranean coast | |
Lauritzen | Caves and speleogenesis at Blomstrandsøya, Kongsfjord, W. Spitsbergen | |
Mayer et al. | Providing the third dimension: high-resolution multibeam sonar as a tool for archaeological investigations-an example from the D-day beaches of Normandy | |
RU2552753C1 (en) | Method of ice cover destruction and device for ice cover destruction | |
Burcharth et al. | Design of the Ciervana Breakwater: Bilbao | |
Tulsi et al. | Monitoring and maintenance of breakwaters which protect port entrances | |
Huntley et al. | InSAR investigation of sackung-like features and debris flows in the vicinity of Hawkesbury Island and Hartley Bay, British Columbia, Canada | |
Dill | The Burial and Scouring of Ground Mines on a Sand Bottom. | |
Fitzpatrick | Studies of sediments in a tidal environment | |
Harris et al. | Shemya Island: Surviving the Storm—Rebuilding for the Future | |
Jensen et al. | Challenges related to offshore oil loading and transportation in the Arctic | |
Maznev et al. | Tyuleniy Archipelago of the Northern Caspian: A testing ground for the study of ice-gouging processes | |
Duck et al. | Side‐scan sonar reveals submerged remains of the first Tay Railway Bridge | |
Harbour | ICHTHYS GAS FIELD | |
Baker et al. | Physical modelling and design aspects for a new mega-yacht marina |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180101 |