Структура и алгоритм функционирования отечественной мобильной системы мониторинга водолазных работ (СМВР).

Подготовка водолазных специалистов предусматривает проведение следующих работ:

■ базового профессионального отбора кандидатов с учетом их физических и психофизиологических особенностей и возможностей;

■ начальной и основной профессиональной водолазной подготовки;

■ периодического контроля и мониторинга важных физических, медико-биологических, психических и психофизиологических функций человека в процессе его профессиональной водолазной подготовки и деятельности;

■ периодической тренировки и психофизиологического восстановления профессионально важных функций специалиста;

■ соответствующих реабилитационных мероприятий после подводных погружений.

Во время профессиональной деятельности важными вопросами является поддержание водолазами своих профессиональных навыков на необходимом уровне, психофизиологическое сопровождение профессиональной деятельности, профилактика профессионального перенапряжения, переподготовка и повышение квалификации.

Основные задачи, решаемые при создании мобильной СМВР:

■ разработка структуры построения и алгоритма действия;

■ анализ особенностей каналов обмена информацией в системе;

■ исследование и разработка принципов адаптации подсистем к смене гидрологических характеристик района проведения подводных работ;

■ разработка принципов и создание средств обмена радиогидроакусти-ческой информацией между составными частями системы;

■ анализ влияния факторов водной среды на организм водолаза;

■ согласование биотехнических характеристик системы;

■ исследование принципов создания и изготовления специальных биотех-нических средств для формирования навыков во время подготовки и выполнения профессиональных действий водолазом;

■ разработка методов и создание средств оценки готовности к выполнению задач, контроля функционального и психофизиологического состояния водолаза во время подводных работ;

■ разработка аппаратно-программных комплексов (АПК) и средств для определения местонахождения, построения и отображения трассы движения водолазов и катера-лидера (КЛ) обеспечения работ, обозначение подводных объектов;

■ создание унифицированных автономных якорных радиогидроакусти-ческих буев (РГАБ) для работы системы;

■ создание специализированных подводных средств - систем, устройств и снаряжения (связи, ориентирования, декомпрессии, телевидения, и т.д.) для повышения эффективности проведения подводных работ.

Структура мобильной СМВР приведена на Рис. 2исодержит следующие базовые подсистемы:

Рис. 2

1. Центральный пункт управления (ЦПУ) с рабочими местами оператора, руководителя подводных работ и водолазного врача-спецфизиолога.

2. Комплект автономных переносных РГАБ.

3. Портативные водолазные блоки (ПВБ).

4. Средства связи, включающие водолазные станции звукоподводной связи (ЗПС) дальнего (до 2000м) и ближнего (до 400м) действия с возможностью ретрансляции информации (до 5000м) с использованием РКС и гидроакустичес-кого (ГКС) каналов связи.

5. Средства подводного ориентирования водолазов с дальностью до 2000м - портативные пеленгаторы и комплект г/а маяков - обозначителей (ГМ).

6. Подводное телевидение - портативные средства подводного телевидения (ПТВ) с трансляцией сигналов по РКС и кабельному каналу связи (ККС), с использованием телефонной связи (до 100м) между водолазом и руководителем подводных работ.

7. Средства подготовки и оперативного контроля функционального состояния (ФС) и психофизиологических функций водолаза под водой.

Основные функциональные характеристики мобильной СМВР:

1.Определение максимальных размеров района работ (до 1500м), точности установки РГАБ и относительных координат нахождения водолаза (водолазов) и катера-лидера (КЛ) с водолазами с учетом гидрологических условий района работ.

2. Возможность расширения (смены) района работ перестановкой РГАБ с помощью рабочего катера (РК).

3. Построение заданной (ЗТ) и реальной (РТ) траектории движения водо-лаза, РК и КЛ в районе работ.

4. Обеспечение проводки водолаза по ЗТ и обозначение мест нахождения подводных объектов.

5. Контроль за действиями водолазов, РК и КЛ, управление движением водолаза по ЗТ, коррекция в реальном масштабе времени РТ водолазов, РК и КЛ.

6. Отображение на мониторе персонального компьютера (ПК) ЦПУ, нахо-дящемся на борту корабля-носителя (КН) системы, служебной информации и оперативной обстановки, мест установки РГАБ, ЗТР и РТР водолазов, РК и КЛ, обозначенных подводных объектов.

7. Документирование процесса подводных работ, подготовки водолазных специалистов и обучения руководящего состава.

8. Функционирование рабочих мест оператора, руководителя спусков и водолазного врача - спецфизиолога.

9. Контроль ФС и психофизиологических характеристик водолаза под водой (скорость реакции на стимул, изменение голоса, увеличение пауз между словами, фразовое и цветовое различение, качество зрительной и слуховой памяти и т.д.) на расстоянии до 2000м по ГКС и до 5000м – по РКС.

10. Передача с портативного водолазного блока по ГКС на ЦПУ биотеле-метрических данных (глубины погружения, частоты пульса - ЧП, дыхания - ЧД, температуры воды и тела водолаза в разных точках тела) с расстояния до 2000м по ГКС и до 5000м – по РКС.

11. Обеспечение водолазов ЗПС между собой и руководителем работ, а посредством портативных буев-ретрансляторов (РГАБ-Р) по РКС - с руководи-телем работ вне КН на расстоянии до 2000м по ГКС и до 5000м – по РКС.

12. Передача с ЦПУ по ГКС на ПВБ команд управления движением водолаза, запросов о психофизиологическом состоянии, команд сигнализации и телеуправления компенсатором плавучести со средствами декомпрессионного контроля погружений водолаза, управление его аварийным подъемом, а с ПВБ на ЦПУ сигналов-ответов водолаза на запросы - на расстоянии до 2000м.

13. Определение относительных координат водолаза при аварийном подъеме на поверхность по сигналам ГМ и радиомаяка (РМ) ПВБ.

14. Осмотр подводных объектов водолазами с помощью портативных средств ПТВ с передачей информации на ЦПУ по ККС и РКС. Автономное ориентирование водолазов в процессе подводных работ на расстоянии до 2000м.

Алгоритм работы СМВР. Согласноклассификации СМВР относится к биотехническим системам (БТС). Основными условиями их оптимального функционирования являются принципы адекватности согласования «управлен-ческих характеристик» технических и биологических элементов системы и идентификации информационной среды, что требует оптимизации интенсивности потоков и формы представления информации, которой обмениваются технические и биологические элементы системы.

СМВР относится к классу больших БТС управления поведением целостного организма (БТС-У), в которых используются технические средства управления движением и поведением водолазов, что реализуется, в основном, влиянием на их сенсорные входы. Неотъемлемой частью управления в СМВР является контроль ФС организма человека, а определенные технические средства являются подсистемами в ее общей структурной схеме. Контроль ФС водолаза, который включен в контур управления, является одним из методов определения адекватности управляющих воздействий и режима функционирования всей системы.

К наиболее важным интегральным характеристикам для экспресс-оценки динамики ФС относятся: ЧП, ЧД, температура тела, характеристики легочной вентиляции (содержание О2 и СО2 во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, парциальное давление – рН, рО2, рСО2 в крови и тканях). ЧП и ЧД отражают интенсивность мышечной работы и нервно-эмоциональное состояние, темпера-тура является прямым показателем энерготрат, способность организма сохранять тепло и состояние системы терморегуляции.

В состав СМВР входят 4 подсистемы и комплект РГАБ, а именно:

1. Подсистема КН размещена на судне обеспечения подводных работ.

2. Подсистема РК установлена на РК, посредством которого устанавли-ваются РГАБ-1..4 в расчетные точки на акватории водолазных работ.

3. Подсистема КЛ размещена на малоразмерном катере (КЛ) для транс-портировки водолазов в/из точек начала (окончания) работ, осуществляется коррекция трассы движения КЛ подсистемой КН для создания кратчайшей траектории вывода в точку начала работ.

4. ПВБ устанавливается на водолазе.

5. Комплект РГАБ состоит из 4-х буев, расстанавливаемых на акватории.

Подсистема КН представляет собой ЦПУ, в состав которого входят – многоканальный радиоприемник (МРП); ПК; Принтер; Графопостроитель; Блок управления, который включает – устройство согласования, устройство памяти, корректор траектории, кодер, 2 радиостанции типа Р-163-1У с антеннами и микрофонно-телефонной гарнитурой (МТГ); человек-оператор СМВР; Устрой-ство питания; Водолазная станция ЗПС, ПТВ и др. На ЦПУ также размещаются руководитель подводных работ и водолазный врач - спецфизиолог.

Подсистема РК имеет ложемент для установки комплекта РГАБ-1…4, устройство предохранительное, фиксатор РГАБ, электронный модуль подсис-темы КЛ, устройство установки РГАБ на водной поверхности.

Подсистема КЛ включает приемопередатчик телеметрических сигналов с блоком управления, декодером, ГМ с преобразователем гидроакустическим (ПГА), радиостанцию типа Р-163-1У с антенной; Индикатор отклонения от курса; Радиостанцию типа Р-163-1У; Водолазную станцию ЗПС; Отражатель радиолокационный; Устройство питания.

РГАБ в своем составе имеет приемо-передатчик; две плавучести – дополнительную и промежуточную; маяк световой; отражатель радиолока-ционный; устройство питания; буй вспомогательный; г/а антенну; вертлюг; устройство якорное; устройство сматывания.

ПВБ содержит - г/а приемопередатчик; многоканальный регистратор температуры тела человека и температуры воды; узлы обработки и управления; устройство аварийного подъема; датчики давления, ЧП, ЧД и температуры; радиомаяк; световой маяк; устройство питания. Дополнительно водолаз может иметь станцию ЗПС.

ЦПУ располагается на КН и предназначен для обработки информации, поступающей от РГАБ, передачи команд управления, сигнализации и запросов о психофизиологическом состояния и ФС водолаза на ПВБ, получения и обработки телеизмерительной информации и сигналов-ответов водолаза с ПВБ, проведения расчетов для установки (перестановки) РГАБ. Определения ЗТ и РТ движения водолаза (водолазов), отображения на мониторе необходимой служебной информации. Она включает построение ЗТ и РТ водолаза (водолазов), РК и КЛ, точек установки РГАБ, траектории возврата водолаза (водолазов) в точку продолжения работ, глубины нахождения водолаза, координат места аварийного подъема водолаза, обозначения и подъема подводных объектов, начала и окончания подводных работ и др.

Основной элемент ЦПУ – ПК, его программное обеспечение (ПО) пред-назначено для сбора, обработки входящей информации, формирования графи-ческого изображения проведения подводных работ в реальном масштабе времени, управления движением водолазов, РК и КЛ в автоматическом (ручном) режиме действия системы. В состав ПО входят программные модули экранного интерфейса, ввода/вывода, графики, базы данных, текстовой поддержки, лучевых картин, защиты служебной информации.

Документирование процесса проведения работ и его результатов может осуществляться в виде текстовых и графических материалов (принтер, графо-построитель), а также в виде файлов, которые могут храниться на магнитных и лазерных дисках. Комплект РГАБ (3-4 шт) обеспечивает прием маркерных г/а сигналов от РК, КЛ и ПВБ из ГКС и ретрансляцию их в РКС.

ПВБ обеспечивает: прием из ГКС и обработку команд управления движе-нием водолаза, запросов о его состоянии, сигнализации водолазу и аварийного подъема, сигнализацию водолазу согласно перечня команд управления, измерение глубины погружения, ЧП, ЧД, температуры тела водолаза и окружа-ющей воды, передачи в ГКС результатов измерений, сигналов-ответов водолаза и маркерных г/а сигналов для определения его координат, аварийный подъем водолаза на поверхность с автоматическим включением светового (СМ), гидро-акустического (ГМ) и радио (РМ) маяков.

Портативные водолазные средства ЗПС обеспечивают двухсторонний обмен речевой служебной информацией водолазов между собой и с ЦПУ, КЛ на дальних и близких расстояниях, а также с использованием портативного РГАБ-Р в случаях связи с вертолетом, береговыми постами, и т.д.

Функционирование СМВР происходит следующим образом. В начале осуществляется ввод данных в ПК о гидрологическом состоянии района работ. Особенностью г/а систем навигации и наблюдения за подводными условиями, так и для СМВР, - это зависимость их эффективности от гидрологических условий в районе проведения работ. В большинстве случаев дальность действия таких средств ограничивается рефракцией звука в воде, обусловленной изменением скорости звука с глубиной. Это изменение вдоль его траектории распространения на трассе «излучатель-приемник» значительно усложняет процедуру определения дальности к излучателю по времени запаздывания сигнала и является дополни-тельной составляющей погрешности определения местоположения излучателя.

Измерение относительных координат ГМ ПВБ, РК и КЛ для определения трассы подводного движения водолаза, надводного движения РК и КЛ в пределах района работ (может представлять собой прямоугольник или треугольник), в вершинах которого установлены РГАБ, нуждается в наличии данных об заглублении гидрофонов РГАБ и ГМ, а также учет типов вертикального разреза скорости звука (ВРСЗ). ПК осуществляет расчеты гидрологии, обеспечивает построение реальных лучевых картин, рекомендует размеры района и точки-места установки РГАБ. После этого проводится установка РГАБ в расчетные точки посредством РК, навигационными средствами КН определяются координаты РГАБ и вводят их в ПК, на монитор которого выводится вся служебная информация.

Посредством ПК рассчитывается и выдается ЗТ движения водолазов, РК и КЛ. Под водой с ПВБ излучаются маркерные г/а сигналы, которые ретрансли-руются РГАБ на ЦПУ системы. По принятым сигналам в ПК вычисляются относительные текущие координаты водолаза, РК и КЛ и определяются их РТ движения. На экране монитора ПК отображаются ЗТ и РТ движения водолазов, РК и КЛ. ЦПУ принимает телеизмерительную информацию от ПВБ и на экран монитора выводятся текущие данные о глубине погружения, ЧП, ЧД, темпера-туре тела водолаза и окружающей воды.

В случае отклонения РТ водолаза, РК и КЛ от ЗТ с ЦПУ на ПВБ по ГКС, а на РК и КЛ по РКС передаются команды коррекции их движением и команды сигнализации. При необходимости с ЦПУ на ПВБ передаются команды запроса о психофизиологическом состоянии водолаза. При получении команд водолаз сообщает о своем самочувствии посредством вмонтированного в ПВБ устрой-ства сигналов-ответов, или станции ЗПС. При неудовлетворительном самочув-ствии водолаза, или отсутствии ответов на команды запроса с ЦПУ на ПВБ передается команда аварийного подъема водолаза. При достижении водной поверхности автоматически включаются ГМ, РМ и СМ для быстрого опреде-ления местонахождения водолаза. При штатном окончании подводных работ или их внештатном - в ПК запоминаются относительные координаты точки оконча-ния (прерывания) работ. Это позволяет возвратить водолаза с помощью КЛ в точку прерывания работ для их возобновления. По завершении работ и возврата водолазов проводится документирование проведенных работ. Пример построения ЗТР (черная жирная линия) и РТР (тонкая линия) водолаза (ВДЛ), который двигается за КЛ при обследовании определенного района акватории, обозначен-ного РГАБ 1-4 (черные круги) приведен на Рис. 3.

Рис. 3

Контрольные вопросы:

1. Особенности функционирования мониторинговой системы PATS.

2. Состав водолазного блока, его функции.

3. Назначение и особенности подводных биотелеметрических систем.

4. Основные задачи, решаемые при создании мобильной системы мониторинга водолазных работ.

5. Структура мобильной системы мониторинга водолазных работ.

6. Назначение центрального пульта управления системы.

7. Назначение комплекта радиогидроакустических буев в системе.

8. Особенности и назначение портативного водолазного блока.

9. Краткий алгоритм функционирования мобильной системы мониторинга водолазных работ.

Дата добавления: 2015-11-14