Мобильная система мониторинга.

Мониторизация водолазных работ.

Последние десятилетия характеризуются широким внедрением различных подводных аппаратов для проведения подводных научно-технических и исследовательских, специальных и других работ, освоение континентального шельфа. Вместе с тем, существует значительный объем подводных работ и исследований где технические средства бессильны, а выполнение таких заданий невозможно без использования водолазного труда.

В настоящее время имеет большое значение создание и внедрение современных технологий и средств для обеспечения работоспособности и сохранения здоровья человека при проведении подводных работ на шельфе, подготовки водолазных специалистов, обследования гидротехнических соору-жений, трубопроводов, кабельных сетей, буровых платформ, освоения подвод-ных ресурсов, проведения специальных подводных работ во время экстремаль-ных ситуаций, поисково-спасательных работ и т.д.

Исследование и практическое использование Мирового океана определяют пребывание человека под водой для выполнения сложного комплекса разнообразных подводных работ. Они нуждаются в напряженной физической и умственной деятельности в специфических и неблагоприятных для организма человека условиях. Самой важной особенностью подводных исследований человеком является эффективная подготовка водолазных специалистов, комплексный медико-биологический характер и надежное биотехническое обеспечение подводных погружений.

Система PATS (США), схема размещения которой приведена на Рис.1, обеспечивает наблюдение за перемещением группы из 8 водолазов, медико-физиологический контроль и измерение, передачу температуры тела в 2-х точках, данных ЭКГ, управление движением человека, позволяет корректировать траекторию движения водолаза подачей сигналов на его слуховые анализаторы. Данные местонахождения водолаза, находящегося на расстоянии до 1,85 км от антенной решетки системы, поступают к планшету и отображаются с погрешностью до 1,5м. На планшете осуществляется запись трассы движения водолаза и по их специальными сигналами на планшет наносятся отдельные точки, интересующие при решении задачи. Система состоит из блоков (до 12кг), разворачивается в заданном районе с катеров длиной до 6м, выставляется на глубинах до 60м и сохраняет рабочее состояние к 60 суток.

Рис. 1

Надводный пульт системы, получающий информацию и обеспечивающий управление работой по радиоканалу связи (РКС), может быть установлен на берегу или плавсредстве на расстоянии до 9,25км от места проведения подводных работ. В состав системы входят аппаратура водолазов, антенная решетка, устанавливаемая на дне; буй с микропроцессором и радиотелеметрической аппаратурой, который соединен с решеткой кабелем; надводный блок приема, передачи и обработки сигналов. Основным устройством системы является группа преобразователей, которая состоит из 2-х донных излучателей-реперов и 4-х преобразователей антенны, которые находятся на заданной глубине на плаву. Они размещены по углам квадрата со сторонами 83м, причем те, которые находятся на одной стороне квадрата, разнесены по глубине на 11,2м.

При комбинации преобразователей по 3, создаются 4 различных треуголь-ника с преобразователями в их вершинах, причем плоскости этих фигур имеют уклон относительно плоскости горизонта. Такое размещение и группировка преобразователей позволяет определять место водолазов в пространстве по разнице моментов прихода сигналов. Излучатели-реперы устанавливаются на дне на протяжении одной из сторон квадрата, построенного ими, создавая с этой стороной одну линию. Каждый излучатель размещен на расстоянии 250м от ближнего. Реперы служат для непрерывного контроля мест плавучих преобрази-вателей и определения даже незначительного их смещения.

Аппаратура водолазов предназначена для периодического излучения сигналов, по которым определяется их место. Излучение импульсов дитель-ностью 1,024мс на частоте 31,24 кГц осуществляется в фиксированные для каждого водолаза промежутки времени. Для этого перед спуском водолаза вся аппаратура системы синхронизируется, а после 1 часа работы синхронизация должна повториться. В границах времени (1с), предоставленному каждому водолазу, момент излучения может быть несколько задержан. Эта задержка несет данные о глубине нахождения водолаза и вводится в сигнал автоматически. Если нужно отметить определенную точку, где водолаз находится в данное время - он давит на специальную кнопку – длительность увеличивается в 4 раза (до 4с). Этой же кнопкой водолаз может подать более длительный сигнал тревоги. Аппаратура находится в контейнере длиной 65см и диаметром 10см, масса на воздухе – 5,4кг, а в воде – 0,9кг.

Контейнер крепится на баллоны дыхательного аппарата. Кнопка для подачи маркерных и сигналов тревоги крепится к запястью водолаза, и его руки свободны для работ. Излучения сигналов водолазов (8 последовательных периодов, предоставляются всем водолазам группы) начинаются и заканчиваются излучением реперов. Каждый цикл продолжается 10с: излучение первого репера, 8 излучений водолазов, излучение второго репера. Реперы работают на частоте 250кГц, обеспечивая высокую точность определения места преобразователей относительно точек установки реперов.

Реперы и преобразователи соединяются кабелем с буем, где происходит обработка сигналов, преобразование их в радиотелеметрические сигналы. Каждый сигнал включает информацию, пришедшую за 1 цикл работы подводной части системы. Объем телеметрического сигнала – 180 байт: 176 несут инфор-мацию о нахождении водолазов, 2 – об отметках места и аварийных сигналов и 2 – техническое состояние системы (затекание устройств, кабеля и т.д.).

Телеметрический сигнал «свернутый» во времени длится только 0,5 цикла работы подводной части системы (5с), после чего наступает пауза, которая нужна для приема из РКС команд управления от надводного пульта и сохранение ресурса источников питания. Для передачи по РКС предусмотрена только 1 команда управления – включение (выключение) питания. РКС передачи телеметрической информации и телеуправления действует в диапазоне 139,58 Мгц. Возможное использование одной из 3-х частот, что позволяет исключить взаимные помехи в РКС во время работы в радиусе 9,25км групп водолазов. Мощность УКВ - передатчика составляет 4 Вт.

На надводном пульте принятый телеметрический сигнал преобразуется и отображается на планшете в виде отметки места водолаза в системе координат планшета. Координаты водолазов отображаются на табло, печатаются и архивируются; отображаются относительные координаты одного (выбор оператора) водолаза, пеленг и дистанция от одного из водолазов ко второму (за выбором), или к реперу для управления наведением водолаза в определенные точки. Постановка и съем антенной решетки системы занимает не более 1 часа. После установки решетки место ее центра привязывают с высокой точностью к геодезическому реперу или другому береговому ориентиру.

Важное значение во время работ имеет оперативный контроль ФС орга-низма водолаза. Медико-биологические исследования осуществляют для изуче-ния влияния глубины на физиологические функции человека. Эта информация принимается посредством подводных биотелеметрических систем (БТМС), в которых датчики размещаются на теле водолаза, сигналы из датчиков поступают на надводную аппаратуру при помощи кабеля, или передаются физическими носителями через воду.

Наиболее пригодными являются гидроакустические методы передачи информации в подводных БТМС, посредством которых может быть передана практически любая медико-физиологичная информация. Важное значение имеет выбор параметров, необходимые передавать, и построение биотелеметрических программ. Основными требованиями является получение максимальной диагнос-тической эффективности – максимума информации о ФС организма и о влиянии на него условий погружения при максимальном объеме поступающих данных. Программы измерений для безопасности водолазов являются простыми и не требуют расходов времени на анализ данных для выявления патологических отклонений в организме, что бы с появлением тревожных симптомов срочно принять необходимые мероприятия.

Программы исследовательского характера являются более сложными. Выбор контролируемых параметров зависит от задач исследования, обработка результатов осуществляется в лабораторных условиях в течение некоторого времени даже после экспериментов.

Медицинским центром США по изучению физиологии водолазов определен перечень основных параметров с требованиями к их диапазону и точности измерения, к которым относятся – ЧП (диапазон 0-250 уд/мин, точность ± 5); температура (тела: диапазон +35-37ºС, точность ± 0,2; в гидрокомбинезоне: диапазон +32-42 ºС, точность ± 2;); ЭКГ (диапазон 0-100 Гц, точность ± 2); давление О2 (диапазон 0-2,0 атм, точность ± 0,05); содержание СО2; глубина погружения (диапазон 0-250м, точность ± 0,6).

Некоторые БТМС выдают лишь качественную информацию об общем ФС водолаза – находится тот или иной параметр в границах нормы или выходит за ее критические значения (принцип «да» - «нет»). Возможно предоставление информации об опасном отклонении от нормы одного из параметров, который вышел за допустимые границы без его указания, или об их критической комби-нации параметров. Разработанная БТМС для водолазов США обеспечивает непре-рывное получение измерений температуры тела водолаза в 2-х точках и даные для ЭКГ.

Для контроля работы системы в каждый цикл измерения входит сигнал калибровки, который вместе с результатами измерений температуры выдается в цифровой форме, а измеренная ЭКГ – в аналоговой. Система создана с комбини-руемым временным разделением каналов: аналоговые и цифровые сигналы передаются поочередно в течение времени работы циклами по 3с каждый. Полный цикл передачи цифровых сигналов делится на 3 малых цикла (1с), предназначенных для передачи сигнала калибровки и обоих результатов измерений температур.

Каждый малый цикл делится на 4 части длительностью по 0,25 с, одна из частей используется для съема с датчика результата измерения, 3 других – для выдачи результатов в виде 3-х разрядного двоичного числа. Сигналы ЭКГ поступают с 2-х медицинских датчиков, закрепленных на теле водолаза. Усилитель мощности работает в 2 режимах: малой мощности (0,1 Вт), обеспечи-вающей дальность передачи сигналов до 100-200м и большой (1 Вт) – до 1850м. Конструктивно аппаратура водолаза - цилиндр диаметром 76мм и длиной 305мм, который крепится на снаряжении водолаза и работает на глубинах 30-40м.

Дата добавления: 2015-11-14