Океанографические Исследования

На просторах Мирового океана решаются стратегически важные оборонительные, экологические и народнохозяйственные проблемы стран Мирового сообщества, осуществляются морские перевозки, он является источником пищевых и сырьевых ресурсов, а также средой, которая влияет на естественные процессы нашей планеты. В сравнении с континентальной частью Мировой океан еще недостаточно изучен. Так, по оценкам специалистов Международной гидрографической организации, только на 16% площади Мирового океана проведены съемки, которые позволяют определять подводную топографию, для 22% имеются данные, которые дают основания анализировать основные элементы морского дна, а на 62% имеется лишь некоторая информация о морском дне.

Океанографические исследования, которые ведутся в динамически неустойчивой стратифицированной среде, физико-химические параметры которой изменяются как в пространстве, так и во времени, предъявляют высокие требования к организации, методике и технологии проведения измерений. Современный уровень развития науки и техники выдвигает довольно жесткие требования к точности информации, требует постоянного повышения уровня специальных знаний для работы с новыми автоматизированными техническими средствами в условиях океанской среды.

Уровень требований к океанографической информации зависит как от географического положения, так и принятой морской доктрины страны. Отдельные морские государства рассматривают Мировой океан как ключ к национальной безопасности и выдвигают соответственно более жесткие требования к знанию отдельных характеристик и параметров состояния океанской среды и ее временной изменчивости. Все это в совокупности определяет объемы фундаментальных и прикладных исследований, среди которых изучение рельефа дна, исследования состава и разнообразных свойств морских грунтов и осадочных пород, изучение гравитационного, магнитного, электрического и других полей в Мировом океане, акустического взаимодействия океанской толщи и дна, создание геолого-акустических моделей на отдельные районы Мирового океана.

Заметный рост стоимости судового времени в современных условиях при ограниченном финансировании науки, в том числе экспедиционных исследований, вызывает необходимость комплексности и оперативности всех проводимых экспедиционных работ.

Комплексность предполагает выполнение в рамках одной научно-исследовательской или инженерно-изыскательской программы выполнение работ, направленных на получение одновременно геофизической, химической, геоакустической, метеорологической, геологической и геоэкологической информации на район выполнения экспедиционных работ.

Реализация комплексности и оперативности океанологических исследований и изысканий может быть достигнута интегрированием на основе локальной компьютерной сети всего приборного парка научно-исследовательского судна в единый многоцелевой автоматизированный модульно-блочный информационно-измерительный комплекс, способный обеспечить автоматизацию процесса сбора, первичной, предварительной и окончательной обработки информации при изучении рельефа и грунта дна, геофизических и гидрометеорологических полей Мирового океана, а также параметров экологической среды.

Комплекс должен разрабатываться как базовый. Это достигается реализацией модульно-блочного принципа построения его аппаратуры и программного обеспечения, а также технической, программной, информационной и организационной совместимостью всех подсистем, модулей и блоков комплекса между собой.

Комплекс должен предусматривать возможность формирования методом агрегатирования различных модификаций для оснащения исследовательских судов и катеров различных типов и береговых центров обработки информации. При этом перечень возможных сочетаний совместно функционирующих подсистем, модулей и блоков не ограничивается.

Например, процесс получения информации о поверхности дна (рельефе и грунте), использующий отраженные сигналы, достаточно сложный. Он может быть разделен на отдельные составляющие, такие как изучение качественной картины поверхности дна, измерение пространственных координат элементов дна, определение типа донного грунта и границ его распространения, распознавание подводных объектов и их классификация.

Получить всю детальную информацию с помощью только одного какого-то гидролокационного средства невозможно. Поэтому целесообразно использовать несколько типов гидроакустической аппаратуры: эхолоты (однолучевые и многолучевые), гидролокаторы бокового обзора, профилографы.

Объединенные в единый гидроакустический модуль, в состав которого должна входить еще система цифровой обработки, документирования, хранения и отображения информации, построенная по унифицированному принципу для всех модулей на базе одинаковых или совместимых вычислительных средств с оговоренными интерфейсами приема и передачи информации, одинаковым стандартным (общепринятым) и оригинальным для каждого модуля программным обеспечением, они способны обеспечивать одновременную съемку рельефа дна, морскую грунтовую съемку, гидрографическое траление (обнаружение навигационных опасностей), поиск затонувших, в том числе малоразмерных и заиленных объектов.

При этом модуль должен обеспечивать прием данных от судовых датчиков навигационной информации, измерение параметров рельефа и грунта дна в процессе съемки, их регистрацию и первичную обработку, предварительную обработку информации в районе работ с целью оценки качества съемки и планирования дообследования, окончательную обработку результатов съемки и представление их в различных формах визуализации, документирова- ние, архивацию и хранение полученной информации, а также передачу ее в согласованном формате в общесудовую систему сбора, обработки и хранения информации, в которую должна поступать информация и от других функциональных модулей для последующего комплексирования по районам (координатам), времени, или другим признакам.

Гидрологический модуль обеспечивает измерение температуры, электрической проводимости и гидростатического давления, гидрохимический - измерение концентрации растворенного в воде кислорода, показателя активности ионов водорода, наличия сульфидов, редокс - потенциала морской воды.

Учитывая, что Украина - морское государство и имеет достаточно высокий научный потенциал в области морских исследований и морского приборостроения, сохраненный и в определенном смысле развитый в Национальной академии наук Украины даже в годы спада экономики, необходима разработка морской доктрины Украины, предусматривающей комплексное развитие всех составляющих морской деятельности государства, в том числе и морских экспедиционных исследований, морского приборостроения для оснащения судов современной навигационной и гидроакустической исследовательской аппаратурой.

В повестке дня сегодня широкий биологический мониторинг океана с применением дистанционных акустических методов и средств (акустический рыбопоиск, контроль за состоянием рыбных запасов и кормовой базы для рыб), разведка и добыча углеводородного сырья, других минеральных ресурсов Мирового океана.

В обеспечение акустических методов исследований океана должны развиваться и гидроакустические средства для выполнения этих исследований, т.е. свое дальнейшее развитие должны получить низкочастотные эхолоты-профилографы, гидроакустические волнографы, гидролокаторы и голографические системы, гидролокаторы с фазированными антенными решетками, а также элементы этих систем: антенны и гидроакустические преобразователи, устройства обработки, отображения и документирования информации.

Все научные исследования Научно-технического центра панорамных акустических систем НАН Украины направлены на создание теоретических основ разработки многофункциональных панорамных акустических систем обследования акваторий, разработку и внедрение их в практику научных исследований, геологического и гидрографического обеспечения стратегически и экономически важных задач.

Разработана концептуальная модель панорамных многоцелевых гидроакустических средств нового поколения, которые полностью базируются на последних достижениях компьютерных и информационных технологий. Эта модель учитывает изменения физических и стохастических свойств среды, а также обеспечивает комплексирование навигационной, гидроакустической и временной информации для создания гидролокационных карт и каталога стратегически важных подводных объектов, электронных карт акваторий.

Основной проблемой океанографии и гидроакустики нашего столетия станет создание и развитие единой математической теории, адекватной естественным соотношениям и потребностям практики.

В теоретическом плане стоят задачи:

1) устранения существующих физико-математических идеализаций в моделировании сред океана. Будущие модели должны учитывать:

-            неоднородность реальных сред,

-            нелинейный характер гидрофизических и гидродинамических процессов,

-            временные изменения свойств сред,

-            активность сред (их возможность порождать взаимодействующие поля);

2)            фактического создания математической гидрофизики - внутренне целостной и независимой совокупности математических методов и моделей, которые могут использоваться для описания и анализа всех реальных гидрофизических полей и сред; математическая гидрофизика должна быть способной воссоздать структуру реальной среды по данным о гидрофизических полях (биологическое и гидротермическое поля, акустические поля - поля упругих и неупругих колебаний как естественного, так и искусственного возбуждения, и др.);

3)            создания в рамках математической гидрофизики единой теории интерпретации данных всего комплекса натурных океанографических, гидроакустических и гидрометеорологических исследований.

защищенные диссертации - Чтобы отвечать потребностям практики, такая теория должна учитывать трехмерность реальной среды, а также неточность и неравномерность имеющихся данных о гидрофизических полях Мирового океана.