Судовой измеритель толщины льда

Изобретение относится к измерительным устройствам, а именно к способам и устройствам для дистанционного измерения размеров объектов, в том числе движущихся. Техническим результатом является повышение точности измерений толщины льда. Судовой измеритель толщины льда содержит размещенный в корпусе модуль изображения, формирующий цифровое изображение объекта, контроллер обработки изображения с интерфейсным модулем, при этом идентификацию и локализацию объектов измерения осуществляют в потоке видеоизображения, получаемого с модуля изображения путем сравнения получаемых изображений с базой данных ледовых форм, записанных в модуле памяти, подключенного к контроллеру, к контроллеру подключены измерители расстояния до объекта и угла наклона оптической оси модуля изображения, учитывающие пространственное положение модуля изображения относительно измеряемого объекта, к контроллеру также подключены датчики температуры и относительной влажности, измеряющие температуру воздуха внутри корпуса и наружного воздуха и относительную влажность наружного воздуха с возможностью управления нагревом защитного стекла корпуса измерителя с целью исключения его обледенения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительным устройствам, а именно к способам и устройствам для дистанционного измерения размеров объектов, в том числе движущихся [G01B 7/02, G01B 11/06, G01B 11/10, G01B 11/26, G01B 15/02].

Из уровня техники известна РЕЙКА НА ЛИНЕ [Инструкция для наблюдений над льдами с корабля. Л.: Морской транспорт - 1956. 53 с.], используемая для глазомерной съемки толщины льдин на ходу судна и представляющая собой деревянную доску длиной 50 см и шириной 7-10 см, разделенную на дециметры, участки рейки длиной 1 дм окрашены попеременно белой и черной или белой и красной красками, посередине рейки выполнено отверстие для линя. Способ применения указанного устройства заключается в спуске на ходу судна рейки на лед и визуальное определение толщины льдин, встающих на ребро у борта судна.

Недостатком данного аналога является низкая точность определения толщины льдин, а также высокая трудоемкость обусловленная невозможностью автоматизации такого способа измерения толщины льда.

Также известен другой аналог - ЛЕДОМЕР ЦУРИКОВА И ПЕРВАКОВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДИН НА ХОДУ СУДНА [Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 9. Гидрометеорологические наблюдения на морских станциях. Часть III. Гидрометеорологические наблюдения, производимые штурманским составом на морских судах (Наблюдения над погодой и состоянием моря). Л.: Гидрометеоиздат - 1966], состоящий из металлической штанги длиной 60 см с делениями, на конце штанги смонтирован кронштейн с короткой трубкой, параллельной штанге, на штангу надет подвижной хомутик с опорным винтом, к хомутику прикреплена металлическая рамка с вставленной в нее пластинкой из прозрачного материала, на пластинку нанесена прямоугольная сетка с делениями. Способ измерения толщины льда описанным ледомером основан на решении подобных треугольников, у которых большими катетами являются расстояние от глаза наблюдателя до измеряемого объекта - вывороченной на ребро льдины АС и расстояние от глаза до рамки АВ, а малыми катетами - измеряемая толщина СЕ и ее проекция на сетку BD. Для измерений должна быть известна высота глаза наблюдателя над поверхностью льда АС. В момент нахождения льдины на траверзе замечается число делений сетки BD, соответствующее толщине льдины СЕ.

Недостатком аналога является низкая точность и оперативность, а также невозможность осуществления процесса измерения непрерывно.

Известен СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДА, СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЛЬДА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЛЬДА И ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ [RU 2712969 C2, опубл.: 03.02.2020], в котором способ дистанционного измерения толщины льда, отличающийся тем, что с помощью электромагнитного индукционного датчика осуществляют дистанционное измерение кажущейся толщины льда, включающей в себя толщину снежного покрова на поверхности льда; с помощью электромагнитных волн осуществляют дистанционное измерение толщины указанного снежного покрова; и на основе указанной кажущейся толщины льда и указанной толщины снежного покрова определяют истинную толщину льда.

Недостатком описанного способа является низкая помехоустойчивость применяемых электромагнитных индукционных датчиков.

Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЬДИН С БОРТА СУДНА [RU 70983 U1, опубл.: 20.02.2008], содержащее телевизионную камеру, устройство обработки в виде персонального или карманного компьютера, выход которого соединен с устройством отображения изображения в виде монитора, отличающееся тем, что в его состав включен аналого-цифровой преобразователь телевизионного видеосигнала в цифровую матрицу данных изображения, вход которого соединен с выходом телевизионной камеры, а выход - с входом устройства обработки.

Основными недостатками прототипа являются низкие качество и оперативность выполнения измерений толщины льда, обусловленные, во-первых, обледенением и конденсацией влаги на объективе камеры, во-вторых, наличием неконтролируемых изменений ориентации телевизионной камеры, вызванные кренами и дифферентами корпуса судна в процессе его движения во льдах, в-третьих, ограниченной работоспособностью оптической системы при отсутствии естественного освещения, в-четвертых, длительная ручная обработка данных.

Технический результат заключается в повышении точности измерений толщины льда.

Указанный технический результат достигается за счет того, что судовой измеритель толщины льда, содержащий размещенный в корпусе модуль изображения, формирующий цифровое изображение объекта, контроллер обработки изображения с интерфейсным модулем, отличающийся тем, что идентификацию и локализацию объектов измерения осуществляют в потоке видеоизображения, получаемого с модуля изображения путем сравнения получаемых изображений с базой данных ледовых форм, записанных в модуле памяти, подключенного к контроллеру, к контроллеру подключены измерители расстояния до объекта и угла наклона оптической оси модуля изображения, учитывающие пространственное положение модуля изображения относительно измеряемого объекта, к контроллеру также подключены датчики температуры и относительной влажности, измеряющие температуру воздуха внутри корпуса и наружного воздуха и относительную влажность наружного воздуха с возможностью управления нагревом защитного стекла корпуса измерителя, с целью исключения его обледенения.

В частности, к контроллеру подключен датчик позиционирования, выполненный в виде спутникового GNSS-приёмника с возможностью местоопределения объекта измерения.

В частности, к контроллеру подключен модуль связи с возможностью удаленного управления, загрузки в модуль памяти баз данных и передачи результатов измерений на сервер данных.

В частности, нагрев защитного стекла корпуса измерителя выполняют нагревательным элементом, смонтированным на защитном стекле.

В частности, нагрев защитного стекла включают при температуре внутри корпуса меньше или равной точке росы.

В частности, точку росы определяют по измеренным значениям температуры и относительной влажности наружного воздуха.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 показан судовой измеритель толщины льда на палубе судна.

На фиг.2 показана блок-схема судового измерителя толщины льда.

На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - опорно-поворотный механизм, 3 - стойка крепления, 4 - модуль изображения, 5 - измеритель расстояния, 6 - измеритель угла наклона, 7 - датчик позиционирования, 8 - контроллер, 9 - защитное стекло, 10 - датчик температуры, 11 - нагревательный элемент, 12 - датчик наружной температуры, 13 - датчик относительной влажности, 14 - модуль памяти, 15 - интерфейсный модуль, 16 - источник света, 17 - датчик освещенности, 18 - выворот льда, 19 - палуба судна.

Осуществление изобретения.

Судовой измеритель толщины льда содержит корпус 1 (см.Фиг.1), смонтированный с помощью опорно-поворотного механизма 2 к стойке крепления 3, закрепленной к палубе судна 19. Корпус 1 выполнен герметичным. Опорно-поворотный механизм 2 выполнен с возможностью изменения угла наклона корпуса 1 в вертикальной плоскости.

Внутри корпуса 1 смонтировано измерительное устройство, выполненное в виде модуля изображения 4, измерителя расстояния 5 и измерителя угла наклона 6. Модуль изображения 4 выполнен, например, в виде цифровой фото-, видеокамеры, модуля технического зрения. Измеритель расстояния 5 выполнен, например, в виде четырех точечного лазерного дальномера. Измеритель угла наклона 6 выполнен, например, в виде двух осевого инклинометра.

Измерительное устройство также содержит датчик позиционирования 7, выполненный в виде спутникового GNSS-приёмника.

Модуль изображения 4, измеритель расстояния 5 и измеритель угла наклона 6 подключены к контроллеру 8 (см.Фиг.2).

Одна из граней корпуса 1 выполнено в виде прозрачного для модуля изображения 4, измерителя расстояния 5 и измерителя угла наклона 6 окна, закрытого защитным стеклом 9. Защитное стекло 9 снабжено датчиком температуры 10, смонтированным внутри корпуса 1 и нагревательным элементом 11.

Снаружи корпуса 1 у защитного стекла 9 смонтированы датчики наружной температуры 12 и относительной влажности 13 воздуха.

Датчик температуры 10, нагревательный элемент 11, датчик наружной температуры 12 и датчик относительной влажности 13 подключены к контроллеру 8.

К контроллеру 8 подключены модуль памяти 14 и интерфейсный модуль 15. Интерфейсный модуль 15 выполнен с возможностью ввода/вывода и отображения информации и результатов измерений.

Судовой измеритель толщины льда также снабжен источником света 16 и датчиком освещенности 17. Источник света 16 выполнен в виде прожектора.

В одном из вариантов реализации контроллер 8 снабжен модулем связи (на фигурах не показан) с возможностью удаленного управления судовым измерителем толщины льда, загрузки в модуль памяти 14 баз данных и передачи результатов измерений на удаленный сервер данных, в том числе и облачный (на фигурах не показаны).

Судовой измеритель толщины льда работает следующим образом.

Корпус 1 с опорно-поворотным механизмом 2 монтируют на стойке крепления 3 на палубе судна 19 в районе максимальной частоты проявления выворотов льда обусловленной конструкцией корпуса целевого судна. Корпус 1 ориентируют с помощью опорно-поворотного механизма 2 на высоте места размещения над поверхностью моря, в положении визирования на морскую поверхность близкой к вертикали, совпадающей с оптической осью модуля изображения 4.

Цифровое изображение льда из модуля изображения 4 в виде матрицы цифровых значений яркости передают в контроллер 8, где его сравнивают с данными базы ледовых форм, записанных в модуле памяти 14 на предмет наличия выворота льда 18, пригодного к проведению измерений. и определяют местоположение.

В случае идентификации выворота льда 18 определяют его местоположение на местности с помощью датчика позиционирования 7 и записывают полученные данные в модуль памяти 14. Далее, по данным базы ледовых форм в контроллере 8 осуществляют его локализацию путем фиксирования маркерных точек на графическом изображении, несущем однозначную информацию об искомой толщине льда и снега.

С измерителя угла наклона 6 и измерителя расстояния 5 мгновенные значения отклонения оптической оси модуля изображения 4 от вертикального положения и расстояния до объекта измерения соответственно передают в контроллер 8. В контроллере 8 осуществляют анализ данных и производят выбор точки или группы точек, лежащих на объекте измерения, рассчитывают поправки геометрических параметров оптической системы модуля изображения 4 для выбранных точек и с помощью фотограмметрии по известным расстоянию до объекта, углу его наклона и разрешению оптической системы (фокусному расстоянию) модуля изображения 4 рассчитывают толщину льдины и снежного покрова.

Результаты измерений и расчетов для каждого из объектов измерений передают для визуального отображения в интерфейсный модуль 15 и записывают в модуль памяти 14 вместе с данными о температуре и относительной влажности наружного воздуха.

При работе измерительного устройства судового измерителя толщины льда датчиками наружной температуры 12 и относительной влажности 13 измеряют температуру относительную влажность наружного воздуха и передают измеренные значения в контроллер 8, где по полученным значениям производят расчет точки росы Тр. Датчиком температуры 10 в этот же момент времени измеряют температуру Т поверхности защитного стекла 9 внутри корпуса 1 и также передают измеренное значение в контроллер 8.

В контроллере 8 сравнивают значения точки росы Тр и температуры Т поверхности защитного стекла 9. Если значение Т меньше или равно Тр, то на поверхности защитного стекла может образоваться иней или лед и в этом случае включают подогрев защитного стекла 9 с помощью нагревательного элемента 11, при этом подогрев выполняют до момента равенства Тр и Т.

Датчиком освещенности 17, предварительно настроенным на пороговое значение минимальной допустимой для работы модуля изображения 4 яркости, фиксируют значение освещенности и в случае ее снижения ниже упомянутого порогового значения, включают источник света 16.

Технический результат - повышение точности измерений толщины льда достигается за счет исключения искажения изображения и превышения погрешности измерений расстояния до объекта измерения путем контроля с помощью датчиков температуры 10, наружной температуры 12 и относительной влажности 13 за обледенением защитного стекла 9 корпуса 1, прозрачного для модуля изображения 4 и измерителей расстояния 5 и угла наклона 6 модуля изображения 4 и включением в случае необходимости нагревательного элемента 11 упомянутого защитного стекла 9. Кроме того, повышение точности измерений толщины льда достигается за счет внесения корректирующих поправок в геометрические параметры оптической системы модуля изображения 4 путем измерения в режиме реального времени при захвате изображения объекта с помощью измерителей расстояния 5 до объекта и угла наклона 6 оптической оси модуля изображения 4, учитывающие его пространственное положение относительно измеряемого объекта, в том числе и при движении судна.

1. Судовой измеритель толщины льда, содержащий размещенный в корпусе модуль изображения, формирующий цифровое изображение объекта, контроллер обработки изображения с интерфейсным модулем, отличающийся тем, что идентификацию и локализацию объектов измерения осуществляют в потоке видеоизображения, получаемого с модуля изображения путем сравнения получаемых изображений с базой данных ледовых форм, записанных в модуле памяти, подключенного к контроллеру, к контроллеру подключены измерители расстояния до объекта и угла наклона оптической оси модуля изображения, учитывающие пространственное положение модуля изображения относительно измеряемого объекта, к контроллеру также подключены датчики температуры и относительной влажности, измеряющие температуру воздуха внутри корпуса и наружного воздуха и относительную влажность наружного воздуха с возможностью управления нагревом защитного стекла корпуса измерителя с целью исключения его обледенения.

2. Судовой измеритель по п. 1, отличающийся тем, что к контроллеру подключен датчик позиционирования, выполненный в виде спутникового GNSS-приёмника с возможностью местоопределения объекта измерения.

3. Судовой измеритель по п. 1, отличающийся тем, что к контроллеру подключен модуль связи с возможностью удаленного управления, загрузки в модуль памяти баз данных и передачи результатов измерений на сервер данных.

4. Судовой измеритель по п. 1, отличающийся тем, что нагрев защитного стекла корпуса измерителя выполняют нагревательным элементом, смонтированным на защитном стекле.

5. Судовой измеритель по п. 1, отличающийся тем, что нагрев защитного стекла включают при температуре внутри корпуса меньше или равной точке росы.

6. Судовой измеритель по п. 5, отличающийся тем, что точку росы определяют по измеренным значениям температуры и относительной влажности наружного воздуха.