Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности применения поверхностных дрейфующих буев для задач оперативной океанографии и гидрометеорологии

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности применения поверхностных дрейфующих буев для задач оперативной океанографии и гидрометеорологии"

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им. П.П. ШИРШОВА РАН

МОТЫЖЕВ Владимир Сергеевич

Повышение эффективности применения поверхностных дрейфующих буев для задач оперативной океанографии и гидрометеорологии

00346434Э

Специальность 25.00.28 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи УДК 551.465

1 гии?2::3

Москва-2009

003464349

Работа выполнена в Морском гидрофизическом институте Национальной академии наук Украины

Научный руководитель: Д.ф-м.н., профессор, академик HAH Украины, ген.директор Океанологического Центра HAH Украины Еремеев Валерий Николаевич

Официальные оппоненты:

1. Д.т.н., профессор, академик РАН, Президиум РАН

Смирнов Геннадий Васильевич

2. Д.т.н., профессор, начальник экспериментально-аналитического центра ФГУП РНИИКП

Селиванов Арнольд Сергеевич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Физический институт имени П.Н.Лебедева РАН

Защита состоится « ЪА » длл^л^Оу 2009 г. в А У час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д002.239.03 при Учреждении Российской академии наук Институте Океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: 117997, Москва, Нахимовский проспект, 36, Большой конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Автореферат разослан « ^ (p-i^iAAft 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат биологических наук

Т.А. Хусид

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Начиная с 2000г. активизировалась реализация крупной международной программы по созданию глобальной инструментальной сети мониторинга океана и приводной атмосферы. Завершение строительства сети намечено на 2010 г. В состав наблюдательных средств входят прибрежные и глубоководные якорные буи; профилирующие поплавки; станции уровня океана; попутные судовые наблюдения; спутниковые измерения и другие методы и средства. Актуальность создания этой наблюдательной системы связана с контролем изменчивости климата, улучшением прогноза погоды, предсказанием и снижением негативных последствий сильных штормов, включая тропические ураганы и другими важными задачами.

Одним из важнейших компонентов создаваемой наблюдательной сети являются поверхностные дрейфующие буи или дрифтеры, предназначенные для контроля параметров деятельного слоя океана и приводной атмосферы. Развиваемая в последние годы, так называемая, WOCE дрифтерная технология предполагает создание и применение таких буйковых систем, которые, являясь с одной стороны лагранжевыми трассерами, позволяют также контролировать метеорологические параметры приводной атмосферы. Такая технология удовлетворяет нуждам как океанографов, так и гидрометеорологов и обеспечивает унификацию буйковых носителей для решения широкого класса научных и прикладных задач.

За относительно короткое время в рамках развития WOCE технологии были скоординированы национальные и международные дрифтерные наблюдения в Мировом океане, разработаны и внедрены буйковые и информационные стандарты, определена стратегия

дальнейшего развития, которая модифицируется при необходимости в ходе ежегодных встреч участников дрифтерных программ. Также была разработана система контроля качества буйковой информации, что обеспечило мониторинг работоспособности датчиков после запуска буев.

Наиболее активный период становления WOCE технологии относится к началу настоящего столетия, когда были осмыслены и обозначены основные требования GOOS (Глобальной Системы Наблюдения океана) и GCOS (Глобальной Системы Контроля Климата) о расширении дрифтерных сетей для мониторинга открытых акваторий Мирового океана и требуемом пространственно-временном разрешении. Была отмечена необходимость существенного возрастания финансовых и материальных затрат на увеличение плотности дрифтерных наблюдений с достижением разрешения, когда на площади 500x500 км должен находиться как минимум один дрифтер. С другой стороны, стало ясным, что национальные и международные финансовые ресурсы, вкладываемые в развитие наблюдательной дрифтерной сети, не могут быть существенно увеличены и необходимо искать другие пути поддержания необходимого пространственно-временного разрешения дрифтерных сетей. В частности, отмечалась невысокая техническая надежность существующих буев, быстрый выход из строя измерительных датчиков, избыточные затраты на передачу данных через спутниковый канал связи, а также другие проблемы, ограничивающие эффективность дрифтерных наблюдений.

Именно эти факторы послужили основой для выполнения исследований, изложенных в настоящей диссертации

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель исследований заключалась в повышении надежности и эффективности дрифтерных измерений параметров океана и приводной атмосферы при снижении материальных и финансовых затрат на выполнение работ. Задачи исследований состояли в следующем:

• увеличение надежности измерения атмосферного давления в приводной атмосфере в условиях взволнованной морской поверхности;

• повышение пространственно-временного разрешения измерения течений путем улучшения точности позиционирования буя через доплеровскую систему спутниковой связи;

• увеличение продолжительности надежной работы дрейфующих буев;

• разработка дрифтера, устойчивого к авиационному развертыванию;

• повышение пропускной способности спутникового канала связи;

• оптимизация процедуры обработки данных в береговом центре.

• экономия финансовых и материальных затрат на выполнение дрифтерных исследований.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

• метод повышения надежности измерений атмосферного давления SVP-B дрифтером в условиях взволнованного моря;

• метод повышения разрешающей способности при измерении параметров течений;

• техническое решение буя, устойчивого к развертыванию с самолета;

• концепция "Smart Buoy" для снижения финансовых затрат при передаче данных через ИСЗ;

• методика трассировки измерительных платформ для сопровождения аэростатных зондов;

• структура информационного кадра DBCP-M2 для передачи через ИСЗ как мгновенных, так и архивированных буйковых данных;

• алгоритм оптимальной обработки информации от дрифтеров на берегу.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Показано что в настоящее время спутниковая дрифтерная технология является современным результативным методом контроля состояния деятельного слоя океана и приводной атмосферы в интересах оперативной океанографии и гидрометеорологии.

2. Предложено, теоретически обосновано и экспериментально подтверждено улучшение измерительных характеристик дрифтерного сегмента по следующим направлениям:

• повышена точность измерения атмосферного давления в штормовых условиях;

• увеличено пространственно-временное разрешение дрифтерных измерений параметров морских течений;

• показаны пути повышения точности измерений с помощью аэростатных зондов.

3. Разработан и внедрен в практику исследований информационный формат DBCP-M2, обеспечивающий своевременную передачу большего объема данных через спутниковую систему ARGOS.

4. Разработан метод обработки и хранения информации от дрифтеров в береговых центрах, позволяющий оптимизировать процедуры оперативного усвоения и отсроченного анализа получаемых данных.

5. Принято участие в организации многолетнего дрифтерного мониторинга Черного моря в интересах решения ряда научных и прикладных задач региона. Определены пути поддержания на постоянной основе дрифтерных наблюдений с сохранением оптимального размещения буев на морской поверхности. ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Достоверность научных результатов обусловлена применением математических методов испытаний с последующей экспериментальной апробацией основных результатов в реальных условиях применения дрифтеров в морской среде. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

1. Результаты выполненных исследований были использованы при выполнении совместных научно-технических дрифтерных проектов Института Океанологии Российской АН и Морского гидрофизического института НАН Украины для изучения Черного моря.

2. Создана уникальная база многолетних экспериментальных дрифтерных данных высокого разрешения по Черному морю для последующего физического анализа.

3. Повышена достоверность метеорологических прогнозов для черноморского региона за счет оперативной передачи данных с буев через сеть Всемирной метеорологической организации в международные прогнозные центры.

4. Выполнены целевые эксперименты в Тропической Атлантике для изучения физики зарождения и развития тропических ураганов, что позволило снизить их разрушающие последствия за счет более раннего предсказания о силе и направлении движения.

5. Обеспечена возможность авиационного развертывания буев в любых метеорологических условиях;

6. Улучшены эксплуатационные характеристики дрифтерного сегмента путем снижения финансовых затрат при сохранении объемов и продолжительности измерений.

7. Показаны пути повышения пространственно-временного разрешения при аэростатном изучении циркуляции в атмосфере на основе методов трассировки, разработанных для морских дрифтеров. СВЯЗЬ РАБОТЫ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ

Все научные результаты, представленные в диссертации, были получены при выполнении международных и национальных научно-технических программ и проектов, в которых участвовал МГИ НАНУ, включая Соглашение между Институтом океанологии им. П.П. Ширшова Российской АН, Океанологическим центром НАН Украины и Морским гидрофизическим институтом НАНУ от 8 августа 2000 г., а также Программу международного дрифтерного эксперимента «Черное море -2001 и 2002 гг.», где основными участниками были Океанологический центр НАНУ, Институт океанологии им.П.П. Ширшова РАН и Морской гидрофизический институт НАНУ. ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

1. Анализ современного состояния дрифтерных исследований и выделение основных причин, сдерживающих дальнейшее развитие наблюдений с их помощью

2. Участие в разработке технических решений буев, направленных на улучшение их характеристик, в частности повышение точности измерения атмосферного давления

3. Участие в разработке программного обеспечения для анализа и хранения получаемой информации, в частности реляционных баз данных

4. Планирование натурных экспериментов и личное участие в их проведении

5. Участие в изготовлении дрейфующих буев и их подготовке к проведению экспериментов

6. Анализ получаемых данных АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты и положения, изложенные в диссертационной работе неоднократно докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, в частности:

• Международная научно-техническая конференция: Системы контроля окружающей среды. МГИ НАНУ - Севастополь, сентябрь 2001.

• Международная научно-техническая конференция: Системы контроля окружающей среды. МГИ НАНУ - Севастополь, 16-20 сентября 2002.

• Международная научно-техническая конференция: Системы контроля окружающей среды. МГИ НАНУ - Севастополь, сентябрь 2003.

• Научно-техническая конференция в ходе 20-ой встречи Комиссии сотрудничества по буем сбора данных. Ченнаи, Индия. 18-19 октября 2004 г.

• Научно-техническая конференция в ходе 23-ой встречи Комиссии сотрудничества по буем сбора данных. Джеджу, республика Корея, 15-16 Октября 2007 г.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации изложены в 8 научных публикациях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, трех глав, включающих 12 параграфов, заключения и списка цитируемой литературы из 69

наименований. Работа содержит 151 страницу текста, 81 рисунок и 30 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой научной задачи, сформулирована цель исследований, кратко изложено содержание диссертации, перечислены полученные результаты.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дана оценка современного состояния дрифтерных исследований и выделены существующие проблемы и задачи. В частности показано, что дрифтерные методы изучения морских течений давно используются в практике океанографических исследований. В начале 70-х годов прошлого столетия начали применяться дрейфующие буи со спутниковой связью. Именно связь через ИСЗ дала мощный толчок для развития этого инструмента, обеспечив полную автономность буйковых наблюдений в океане для решения научных и прикладных задач океанографии и гидрометеорологии. Базовым инструментом для трассировки свободно-дрейфующих буев и сбора данных с них в настоящее время является спутниковая система ARGOS. Эта система производит также сбор данных с якорных морских буев, постов экологического контроля, автоматических метеостанций и других приборов, работающих в автономном режиме и передающих информацию через спутники непосредственно их пользователям. Решающая роль в развитии современной WOCE дрифтерной технологии принадлежит международной Комиссии Сотрудничества по Буям Сбора Данных (DBCP). Комиссией было определено, что основным инструментом для осуществления дрифтерных программ должны стать недорогие SVP и SVP-B дрифтеры и их модификации, которые с одной стороны являются лагранжевыми трассерами, а с другой - позволяют измерять

некоторые параметры приводной атмосферы. Под ее руководством разработаны технические, технологические, организационные и, в какой-то мере, финансовые аспекты глобального дрифтерного мониторинга. По выводам Комиссии основными проблемами, сдерживающими развитие и эффективность дрифтерной технологии являются:

• увеличение надежности измерения атмосферного давления

• увеличение времени жизни дрейфующих буев

• повышение пространственно-временного разрешения измерения течений

• разработка дрифтера, устойчивого к авиационному развертыванию

• повышение пропускной способности спутникового канала связи

• оптимизация процедуры обработки данных в береговом центре

• экономия финансовых и материальных затрат.

Эти проблемы были приняты автором для выбора направлений исследований, результаты которых представлены в настоящей диссертационной работе.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованию путей повышения эффективности дрейфующих измерительных платформ.

В разделе 2.1 представлена методика оценки технических параметров дрейфующего буя. Такая методика была разработана с участием автора по заданию экспертной группы БВСР, представлена в ходе ежегодной встречи экспертов в г. Перт, Австралия в 2001г. и принята для применения в практике дрифтерных исследований. Она была одобрена в качестве унифицированного инструмента, на основе которого можно оценивать буи и сравнивать их между собой. Ее применение позволило оценить основные результаты исследований, выполненных автором в 1999-2005гг. В соответствии с ней подлежала

оценке концепция, по которой надежный недорогой буй может быть создан в качестве взаимоувязанного устройства, построенного по сквозной технологии, а не представляет собой компиляцию узлов и блоков от разных производителей. В этом случае передатчик, антенна и морская вода рассматриваются как единая система, в которой формируется и распространяется радиосигнал. Кроме того, механика, электроника и программное обеспечение проектируются так, чтобы минимизировать энергопотребление и оптимизировать электрические и механические связи между составными частями буя. Конструкция такого дрифтера должна обеспечить механическую прочность, пригодную для авиационного развертывания, длительную эксплуатации в океане и снижение затрат на транспортировку.

Результаты исследований, выполненных в 1999-2003гг., и проанализированных на основе предложенной методики, позволили выявить и устранить недостатки в дрифтерах и начать реализацию при непосредственном участии автора принципиально новой технологии, получившей название "Smart Buoy" по предложению экспертной группы DBCP "Smart Buoy".

В разделе 2.2 представлены результаты исследований, выполненных с участием автора по заданию экспертной группы DBCP с целью повышения пространственно-временного разрешения дрифтерных измерений. Работы состояли из следующих этапов:

• 1999-2000гг. - проведение дрифтерного эксперимента в Черном море для исследования влияния характеристик радиопередающего тракта SVP дрифтера на параметры пространственно-временного разрешения;

• 2000-2001гг. - проведение эксперимента в Индийском океане для сравнению обычных буев с буями, оснащенными модифицированным радиопередающим трактом.

Суть представленных результатов состоит в следующем.

Система связи Argos имеет ограниченную пропускную способность и большую скважность во времени (90+/-10 сек) при передаче данных с измерительных платформ. В то же время существует ряд задач, когда необходимо:

• передать за один пролет спутника информации больше чем 256 бит (максимально допустимый передаваемый объем в одном сообщении системы Argos);

• передать информацию о динамике быстротекущих процессов, например, данные с буев при 15 минутном или более коротком периоде измерений;

• обеспечить повышенную точность обсерваций при изучении мелкомасштабных течений.

Один из путей решения первой задачи состоит в разделении передаваемого объема данных на несколько частей и их передачи в смежных посылках. При этом, также как и для второй задачи, важно чтобы за время пролета на борту спутника было принято как можно больше посылок.

В идеале это количество для стандартных SVP и SVPB дрифтеров должно равняться времени пролета спутника, деленному на 90 сек. Реальное число посылок, принятых на борту спутника, значительно меньше. Происходит это по ряду причин, связанных с условиями плавания буя (шторм или штиль), амплитудой и скоростью угловых колебаний буя, характеристиками антенны и радиопередающего тракта буйкового терминала связи и условиями приема данных на борту спутника.

Характеристики радиопередающего тракта буя, антенна которого расположена на уровне воды, имеют свои особенности. Положительный был достигнут, за счет улучшения технических

характеристик радиопередающего тракта буйкового терминала связи. Так как буйковый передатчик, его антенно-фидерное устройство и электропроводящие свойства морской воды рассматривались как единая система, в которой формируется и распространяется радиосигнал, как это сделано в аварийном радиобуе "Муссон-501".

Новое поколение Марлин SVP и SVPB дрифтеров было разработано с максимально возможным учетом результатов этих исследований. Эффективность этих новинок была проверена при сравнении новых буев с буями традиционной компоновки, когда буи одной и другой группы находятся в одинаковых условиях плавания (место и время). Такое сопоставление было сделано по данным с буев, полученных в ходе Черноморского дрифтерного эксперимента в период с 1 октября по 31 декабря 1999 г. В эксперименте использовалась две группы буев. Одна из трех SVP буев была канадского производства, вторая, также из трех SVP дрифтеров -производства севастопольской фирмы "Марлин-Юг".

Спутниковый сегмент системы связи Argos включал ИСЗ NOAA-J, в дальнейшем - J, на котором установлена аппаратура Argos-1 и ИСЗ NOAA-K, в дальнейшем - К, на котором установлена аппаратура Argos-2, с более чувствительным бортовым приемником.

Полученные результаты технического анализа позволяют сделать следующие выводы: • Спутник J обеспечивает большее количество пролетов, в ходе которых состоялись соединения со спутниками. Тоже самое можно сказать о количестве принятых сообщений и количестве обсерваций. Объясняется это увеличенным временем радиовидимости для спутника J из-за большей высоты его орбиты.

• Спутник К обеспечивает больший процент соединений со всеми буями, когда количество сообщений, принятых за один пролет, больше 5.

• Разработанное решение приемо-передающего тракта обеспечивает надежную передачу данных с буев на спутники, оснащенные аппаратурой Argos-1 и Argos-2, а также слежение с высоким разрешением за траекториями движения дрифтеров.

Это обозначает, что новые технические решения, заложенные в дрифтерах, улучшают навигационные и радиосвязные характеристики буев и позволяют повысить пространственно-временное разрешение дрифтерных работ в океане.

Следующий цикл испытаний в океанских условиях был сделан для сопоставления дрифтеров, изготовленных по той же технологии, с другими дрифтерами, изготовленными зарубежными поставщиками.

Данные от каждого Марлин дрифтера сравнивались с усредненными данными от других 5-ти самых близких дрифтеров, находящихся в пределах одного градуса.

Обобщая представленные в этом разделе результаты исследований, можно сделать вывод о том, что предложенное техническое решение радиопередающего тракта дрифтеров SVP-B генерации позволяет существенно повысить пространственно-временное разрешение дрифтерных измерений за счет возможности передачи больших объемов информации в канале "буй-ИСЗ" при тех же энергозатратах, а также точность отслеживания изменчивости мелкомасштабных течений.

В разделе 2.3 описаны работы по созданию высоконадежного канала АД, способного обеспечить качественные измерения в составе SVP-B дрифтера в условиях сильного шторма. Разработан канал АД обеспечивающий погрешность не более 1 гПа в диапазоне температур

от минус 20 до 50°С и сохраняющий работоспособность в условиях ударных и вибрационных нагрузок при авиационном развёртывании.

Испытания нового канала измерения АД проведены в декабре 2001г. в центральной части Черного моря. Были развернуты восемь SVP-B Марлин-дрифтеров, оснащённых разработанными относительно недорогими каналами АД на основе датчика серии KPY-53 (Siemens). Параллельно в том же районе моря были развернуты десять дрифтеров серии XAN-3 (Metocean Data Systems Limited), каналы АД дрифтеров XAN-3 выполнены на основе более дорогих датчиков фирмы Vaisala.

В качестве данных для сравнительного анализа использовалась информация об атмосферном давлении, полученная с двух групп дрифтеров в относительно узком пространственно-временном масштабе, первый - около 10:00 (GMT) 28.12.2001г., второй - около 04:40 (GMT) 06.01.2002г. (Рис. 1)

Рис.1 Расположение буёв для двух

пространственно-временных масштабов наблюдения

Эксперимент показал что, в результате интеркалибрации в натурных условиях в ходе черноморского эксперимента установлено достаточно высокое соответствие метрологических характеристик каналов измерения атмосферного давления 8УР-В дрифтеров, производимых НПФ «Марлин-Юг» (Украина), и дрифтеров ХАИ-З

(Metocean, Канада). Оценка систематической составляющей погрешности интеркалибрации не превышает 0,5гПа.

В разделе 2.4 описаны работы по оптимизации финансовых и материальных затрат на выполнение дрифтерных исследований. Предложены и реализованы технические решения, направленные на снижение эксплуатационных затрат на выполнение дрифтерных исследований. К ним относятся:

• Использование канала связи Argos со смещенной частотой.

• Снижение структурной избыточности электроники буя.

• Использование компактной схемы упаковки буя

В результате этой комплексной работы, выполненной в 1999 -2001 гг., удалось добиться 12% снижения затрат на содержание буя.

Применение экономичных электронных компонентов, снижение структурной избыточности электроники буя и применение нового формата передачи данных с буя на ИСЗ (DBCP-M2) позволило существенно увеличить время жизни дрифтеров (Рис.2)

В разделе 2.5 показаны результаты работ по установлению дрифтерного мониторинга Черного моря, где при непосредственном участии автора с октября 1999г. по декабрь 2006г. было развернуто 69 дрифтеров различных модификаций (Рис.3). Буи запускались в различные сезоны, в разных местах с использованием научных, коммерческих, прогулочных и других судов. Для 12 буев, запущенных в 2005-2006 гг. автор участвовал в анализе данных.

Время жизни в днях

Рис. 2 Теоретическое время жизни Марлин SVPB трех поколений

О 200 400 600 800 1000

Рис. 3 Траектории дрейфа 65 буев, развернутых в Черном море с октября 1999г. по декабрь 2006г.

Структура развернутых буев представлена в табл. 1.

Табл.1

Год/Тип SVP SVP-B CMOD SVP-ВТС Всего

1999 6 6

2000 4 4

2001 4 14 10 28

2002 7 7

2003 14 14

2004 6 4 10

2005 2 2 4

2006 4 4 8

Итого 10 51 10 10 81

Дрифтерные пилотные эксперименты, выполненные в Черном море в рамках проекта BS GOOS, показали высокую эффективность этого инструмента для решения широкого спектра как научных задач, так и прикладных. По результатам экспериментов в море предложена методика поддержания круглогодичных дрифтерных наблюдений с квазипостоянным распределением буев по морской поверхности.

В разделе 2.6 описаны работы по изучению особенностей применения спутниковой системы ORBCOMM для прослеживания траектории стратосферного аэростата. Проведена оценка возможностей спутниковой системы ORBCOMM, обеспечивающей практически непрерывное прослеживание траектории движения объекта по

28.00 30.00 32.00 34.00 36.00 38.00 40.00

сравнению с дискретной системой Argos, для повышения точности прослеживания траектории движущихся автономных платформ, в частности стратосферного аэростата. Разработан алгоритм в котором физические возмущения, воздействующие на платформу и ошибки определения координат объекта рассматриваются как статистически независимые случайные процессы с последующей обработкой данных на основе метода оптимальной фильтрации Калмана. Точность получаемых оценок траекторных координат можно увеличить за счет дополнительного оснащения абонентской аппаратуры системы ORBCOMM приемником глобальной навигационной системы GPS.

В табл.2 представлена среднеквадратическая ошибка оценивания траекторных параметров аэрозонда для различных видов технического оснащения системы определения траекторных параметров.

Табл. 2

Система координирования Ошибка по широте (град) Ошибка по долготе (град) Ошибка по высоте (м)

ORBCOMM 5.2е-3 5.4е-3 1526

ORBCOMM + обработка 6.7е-4 7.2е-4 86

ORBCOMM + GPS + обработка 2.5е-5 2.7 е-5 3

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена приему, обработке и хранению данных с дрейфующих буев.

В разделе 3.1 описаны работы по оптимизации передачи данных с дрифтеров через спутниковую систему "Argos". Разработан новый информационный формат кадра для передачи данных с буя через систему Argos. Он получил название DBCP-M2 и был принят для

использования в качестве стандартного для БУР-В дрифтеров. Дальнейшая практика его применения показала его полезность для повышения временного разрешения измерений и получения непрерывных рядов для анализа изменчивости контролируемых параметров.

На Рис.4 показана изменчивость атмосферного давления до и после введения формата БВСР-М2.

10.07.03 11.07.03 12.07.03

Рис.4 Изменчивость АД, измеренная дрифтером ИД40429

В разделе 3.2 описано программное обеспечение разработанное для организация приема, обработки и хранения информации буйковыми операторами.

В состав ПО вошли следующие программные модули:

• подсистема управления;

• подсистема связи с базой данных Argos;

• подсистема приложений, состоящая из прикладных программ обработки данных и визуализации результатов;

• подсистема информационного обеспечения, состоящая из реляционных баз данных.

Для нормализации отношений в базе данных произведено ее разбиение на четыре таблицы, обладающих минимальной избыточностью информации. Связи между таблицами и имена их полей показаны на рис.5.

PLATFORM MESSAGES

1 Platform по ;-9 У Platform no

2 Qnt adc 7 Date m

3 Descripion Time m

Latitide

5 Longitide

Message

ADCCAP PLADC

1 Platform no 1 Platform no

2 Adc no 2 Adc no

3 Real Adc digits

4 Result 4 Adc offset

5 Exp func

Рис.5. Схема связей между таблицами в базе данных

По обработанным данным ПО позволяет оценивать параметры модели дрейфа платформы сбора данных и осуществлять построение траектории движения дрифтера на электронной карте, оконная форма которой представлена на рис.6.

Рис. 6. Оконная

форма, содержащая электронную карту с траекторией дрейфа платформы сбора данных.

Помимо этого на основе используемой модели дрейфа производится оценивание вторичных параметров дрейфа (скорость, направление движения и местоположение дрифтера на заданные пользователем календарную дату и суточное время). Оконная форма, отображающая эти параметры, представлена на рис.7.

Стрмямк« W2 | К«

fí?_™ И" »и^мхгфрнн. .точпчт,,:; и i Ь>'? :

ДОТ« (10/12/ЛЛТ jl 2:23.20

iaaaHAJ3g£ximaaaxBtag. }«.832«42го2 N

, .01. ,1 . J npóÜtíútíHü<! <ки? |7 oomjws

о" ■ • -< ■ i < и

Рис.7. Оконная форма с рассчитанными параметрами дрейфа

Разработанная система используется для анализа и хранения данных буйковых экспериментов, проводимых МГИ НАНУ в различных регионах Мирового океана, включая Черное море. Гибкость системы в целом проявляется в том, что с ее помощью можно принимать, обрабатывать и хранить буйковую информацию, поступающую не только в формате DBCP-M2, но и в любых других.

В разделе 3.3 описано создание и испытание метода обработки спутниковых данных для повышения точности определения параметров траектории движения буя и хранения данных наблюдений с использованием спутниковой системы ORBCOMM. Спутниковая система связи ORBCOMM, обеспечивает практически постоянную радиовидимость платформ сбора данных, установленных на дрифтерах. Поэтому период обсерваций может быть существенно уменьшен по сравнению с системой Argos. Более того, на дрифтере может быть установлен приёмник системы Navstar GPS, который значительно повышает точность определения координат его местоположения. Это даёт возможность для управления процессом обработки данных, содержащих измерения географических координат

дрифтера, использовать частный случай оптимального преобразования измерений - оптимальную фильтрацию.

Уравнения авторегрессии первого порядка описывающие движение дрифтера:

Х](к) = а.1Х1(к-1) +д/(к-])

х2(к) = а2*2 (к-1) +д2к-1)

где х1(к) - координата, соответствующая широте;

х2(к) - координата, соответствующая долготе; <7; и с/о белые шумы с дисперсиями, характеризующие возмущения траектории;

а, и а2 - коэффициенты состояния выбранной модели. Применение данного метода позволяет существенно повысить точность восстановления траектории движения дрифтеров, рис.8.

Рис.8. График оценки и измерений траектории движения дрифтера в плоскости XV

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показано что спутниковая дрифтерная технология является одним из наиболее эффективных современных методов контроля состояния деятельного слоя океана и приводной атмосферы. Эта технология широко используется в мировой практике океанографами и гидрометеорологами для решения различных научных и прикладных задач. Вместе с тем, выявлены недостатки используемых методов применения дрейфующих буев и намечены пути их устранения.

2. Предложено, теоретически обосновано и экспериментально подтверждено улучшение измерительных характеристик дрифтерного сегмента по следующим направлениям:

• повышена точность измерения атмосферного давления в условиях взволнованной поверхности, когда буйковой носитель находится длительное время под водой;

• увеличено пространственно-временное разрешение дрифтерных измерений параметров морских течений за счет более качественной связи в канале «буй-ИСЗ» и получения большего количества обсерваций;

• достигнута возможность авиационного развертывания буя в любых метеорологических условиях;

• обеспечено дальнейшее повышение пространственно-временного разрешения измерений за счет использования новых спутниковых систем связи и позиционирования буев;

• показаны пути повышения точности измерений с помощью стратосферных аэростатных зондов.

3. Достигнуто улучшение эксплуатационных характеристик дрифтерного сегмента путем снижения финансовых затрат при сохранении объемов и продолжительности измерений.

4. Разработан и внедрен информационный кадр DBCP-М2, что улучшило своевременность и увеличило объемы при передаче данных в береговые центры через спутниковую систему ARGOS.

5. Разработан метод обработки и хранения информации от дрифтеров в береговых центрах, позволяющий оптимизировать эти процедуры и повысить эффективность труда буйковых операторов.

6. Выполнены многолетние дрифтерные эксперименты в Черном море, в результате которых получены новые данные об особенности формирования Основного Черноморского течения и мезомасштабной изменчивости в деятельном слое моря.

7. Определены пути поддержания на постоянной основе дрифтерных наблюдений в Черном море с сохранением оптимального размещения буев на морской поверхности.

8. Проведены целевые эксперименты с новыми буями в Тропической Атлантике для изучения процессов зарождения и развития тропических ураганов для снижения материальных и финансовых потерь за счет предсказуемости параметров их движения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫВ СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Краснодубец Л.А., Мотыжев B.C. Управление процессами приема и обработки данных, поступающих от спутниковой системы "Argos". Сб. "Вестник СГТУ", Вып. 18, 1999, С.134-138.

2. Краснодубец Л.А., Мотыжев B.C., Туманов A.A. Информационное обеспечение дрифтерных исследований. Системы контроля окружающей среды: Сб. научн. трудов/ HAH Украины. МГИ: - Севастополь, 2001.-С 202 - 206.

3. Краснодубец JI.A., Мотыжев B.C., Туманов А.А. Применение системы спутниковой связи ORBCOMM в дрифтерных исследованиях. Системы контроля окружающей среды: Сб. научн. трудов/ НАН Украины. МГИ: - Севастополь, 2002.-С 219 - 224.

4. АльчаковВ.В., Краснодубец Л.А., Мотыжев B.C. Оценивание траекторных параметров аэростатных зондов, оснащенных системами спутниковой связи. Системы контроля окружающей среды: Сб. науч. трудов/НАН Украины. МГИ:-Севастополь, 2003.-С 114 - 117.

5. Толстошеее А.П., Мотыжев B.C. Сравнительный анализ результатов измерения атмосферного давления дрифтерами SVP-B (Украина) и XAN-3 (Канада) в Черноморском эксперименте 2001 -2002 гг. Системы контроля окружающей среды: научн. трудов/ НАН Украины. МГИ: - Севастополь, 2003.-С 26 - 29.

6. Motyzhev S., Brown J., Horton E., Tolstosheev A., Motyzhev V. Practical Steps For "Smart Buoy" Project Realization. Practical Steps For "Storm Buoy" Project Realization. Research, Applications and Developments Involving Data Buoys, UNESCO DBSP CD ROM Technical Document, 24, World Meteorological Organization, Geneva, 2004 - H.l-9.

7. Мотыжев C.B., Еремеев B.H., Лунев Е.Г., Мотыжев B.C., Толстошеее А.П. Особенности дрифтерного мониторинга Черного моря. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное исследование ресурсов шельфа: Сб. научн. Тр. Вып. 11/НАН Украины, МГИ, ИГН, ОФ ИнБЮМ. Редкол.: Иванов В.А. (гл. ред) и др. - Севастополь, 2004. - С. 132 - 142.

8. Толстошеев А.П., Лунев Е.Г., Мотыжев B.C. Развитие средств и методов дрифтерной технологии применительно к проблеме изучения Черного моря. Океанология, ' , . 2008, том 44, № 1.С. 149-158.

Сдано в набор 10.02.2009. Подписано в печать 12.02.2009

Тираж 100 экз. Заказ 1202/1. Отпечатано в ЗАО «Центр универсальной полиграфии» 340006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 140, телефон 8-918-570-30-30

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мотыжев, Владимир Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДРИФТЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРОБЛЫМЫ И ЗАДАЧИ

1.1. Роль и место поверхностных дрейфующих буев' среди других автономных средств исследования океанов и морей.

1.2. Современный статус дрифтерного мониторинга океанов и морей в интересах оперативной океанографии и гидрометеорологии.'.

1.3. Анализ причин, сдерживающих создание и поддержание дрифтерных сетей с пространственно-временным разрешением согласно требованиям МОК и ВМО.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРИМЕНЕНИЯ ДРЕЙФУЮЩИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПЛАТФОРМ

2.1. Методика оценки технических параметров дрейфующего буя.

2.2. Увеличение разрешающей способности дрифтерных измерений.

2.3. Расширение функциональных^ возможностей дрифтерных измерений за счет использования "Smart Buoy" технологии.

2.4. Оптимизация финансовых и> материальных затрат» на> выполнение дрифтерных исследований.

2.5. Пути установления дрифтерного мониторинга Черного моря.

2.6. Особенности прослеживания траектории стратосферного аэростата

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. ПРИЕМ, ОБРАБОТКА И ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ С ДРЕЙФУЮЩИХ

3.1. Оптимизация передачи данных с дрифтеров через спутниковую систему "Argos".

3.2. Организация приема, обработки и хранения информации буйковыми операторами.

3.3. Возможности применения спутниковой системы ORBCOMM в дрифтерных исследования.

3.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности применения поверхностных дрейфующих буев для задач оперативной океанографии и гидрометеорологии"

Начиная с 2000 г. началась реализация международной программы по созданию глобальной инструментальной сети мониторинга океана и, приводной атмосферы. Завершение строительства сети намечено на. 2010 г. В состав наблюдательных средств входят прибрежные и глубоководные якорные буи; профилирующие поплавки, способные дрейфовать длительное время под водой на глубинах до 2000 м, всплывая время от времени для передачи через спутник данных о вертикальном зондировании; станции уровня океана; попутные судовые наблюдения, спутниковые измерения и- другие методы и средства. Актуальность созданияг этой наблюдательной системы связана с контролем изменчивости климата, улучшением прогноза погоды, предсказанием и снижением негативных последствий сильных штормов, включая тропические ураганы и другими важными задачами.

Одним из важнейших компонентов создаваемой! наблюдательной сети являются поверхностные дрейфующие буи или дрифтеры, предназначенные для контроля* параметров деятельного слояг океана и приводной атмосферы. До недавнего времени океанографы и гидрометеорологи использовали различные типы дрифтеров, поскольку метеорологические буи с датчиками, размещенными на высоких мачтах, обладали большой парусностью и не могли быть лагранжевыми трассерами, а значит, не могли использоваться для изучения морских течений. Развиваемая в последние годы, так называемая, WOCE дрифтерная технология предполагает создание и применение таких буйковых систем, которые, являясь с одной стороны лагранжевыми» трассерами, позволяют также контролировать метеорологические параметры приводной атмосферы. Такая технология удовлетворяет нуждам как океанографов, так и гидрометеорологов и обеспечивает унификацию буйковых носителей для решения широкого класса научных) и прикладных задач.

За относительно короткое время в рамках развития- WOCE технологии были скоординированы национальные и международные дрифтерные наблюдения в Мировом океане, разработаны и внедрены буйковые и информационные стандарты, определена стратегия дальнейшего развития, которая модифицируется при необходимости в ходе ежегодных встреч участников дрифтерных программ. Также была разработана система контроля качества буйковой информации, что обеспечило мониторинг работоспособности датчиков после запуска буев. Ведущими метеорологическими и океанографическими центрами с целью контроля изменчивости океана и климата ведется архивация информации. В специальных ежегодных сборниках публикуются научные и прикладные результаты исследований, а также технические материалы, включая действующие и новые стандарты.

Наиболее активный период становления WOCE технологии относится к началу настоящего столетия, когда были осмыслены и обозначены основные требования GOOS (Глобальной Системы Наблюдения океана) и GCOS (Глобальной Системы Контроля Климата) о расширении дрифтерных сетей для мониторинга открытых акваторий Мирового океана и требуемом пространственно-временном разрешении. Была отмечена необходимость существенного возрастания финансовых и материальных затрат на увеличение плотности дрифтерных наблюдений с достижением разрешения, когда на площади 500x500 км должен находиться как минимум один дрифтер. С другой стороны, стало ясным, что национальные и международные финансовые ресурсы, вкладываемые в развитие наблюдательной дрифтерной сети, не могут быть существенно увеличены и необходимо искать другие пути поддержания необходимого пространственно-временного разрешения дрифтерных сетей. В частности, отмечалась невысокая техническая надежность существующих буев, быстрый выход из строя измерительных датчиков, избыточные затраты на передачу данных через спутниковый канал связи, а также другие проблемы, ограничивающие эффективность дрифтерных наблюдений.

Именно эти факторы послужили основой для выполнения исследований, изложенных в настоящей диссертации. Цель исследований заключалась в повышении надежности и эффективности дрифтерных измерений- параметров океана и приводной атмосферы при снижении материальных и финансовых затрат на выполнение работ. Задачи исследований состояли в следующем:

• увеличение надежности измерения атмосферного давления в приводной атмосфере в условиях взволнованной морской поверхности;

• повышение пространственно-временного разрешения измерения течений путем улучшения точности позиционирования буя через доплеровскую i систему спутниковой связи;

• увеличение продолжительности надежной работы дрейфующих буев;

• разработка дрифтера, устойчивого к авиационному развертыванию;

• повышение пропускной способности спутникового канала связи;

• оптимизация процедуры обработки данных в береговом центре.

• экономия финансовых и материальных затрат на выполнение дрифтерных исследований.

Автором в настоящей работе на защиту выносятся следующие результаты исследований:

• метод повышения надежности измерений атмосферного давления SVP-B дрифтером в условиях взволнованного моря;

• метод повышения разрешающей способности при измерении параметров течений;

• техническое решение буя, устойчивого к развертыванию с самолета;

• концепция "Smart Buoy" для снижения финансовых затрат при передаче данных через ИСЗ;

• методика трассировки измерительных платформ для сопровождения аэростатных зондов;

• структура информационного кадра DBCP-M2 для передачи через ИСЗ как мгновенных, так и архивированных буйковых данных;

• алгоритм оптимальной обработки информации от дрифтеров на берегу.

Материал диссертации изложен в трех главах. В главе 1 дана оценка современного состояния дрифтерных исследований и выделены существующие проблемы и задачи. В частности показано, что дрифтерные методы изучения морских течений давно используются в практике океанографических исследований. В начале 70-х годов прошлого столетия начали применяться дрейфующие буи со спутниковой связью. Именно связь через ИСЗ дала мощный толчок для развития этого инструмента, обеспечив полную автономность буйковых наблюдений в океане для решения научных и прикладных задач океанографии и гидрометеорологии. Решающая роль в развитии современной WOCE дрифтерной технологии принадлежит международной Комиссии Сотрудничества по Буям Сбора Данных (DBCP). Под ее руководством разработаны технические, технологические, организационные и, в какой-то мере, финансовые аспекты глобального дрифтерного мониторинга. Выводы Комиссии об основных проблемах, сдерживающих развитие и эффективность дрифтерной технологии были приняты автором для выбора направлений > исследований, результаты которых представлены в настоящей диссертационной работе.

В главе 2 представлены результаты исследований, направленных на повышение эффективности буйкового сегмента технологии и увеличение пространственно-временного разрешения дрифтерных измерений. Предложенная методика контроля параметров дрифтера в эксплуатации дала возможность объективной оценки того, что дают новые технические решения в сравнении с предыдущими и как они влияют на повышение эффективности дрифтерных исследований. Показано, что учет проводящих свойств морской поверхности при проектировании антенно-фидерной системы дрейфующего буя позволил увеличить качество и количество обсерваций в доплеровской спутниковой системе связи Argos, а значит обеспечить более высокое пространственно-временное разрешение измерений. Достигнуто повышение точности и надежности длительных, измерений атмосферного давления в условиях сильно взволнованной морской поверхности, когда буй вместе с измерителем атмосферного давления находится длительное время под водой. Выполнен цикл работ, направленных на повышение эффективности дрифтерных исследований путем снижения стоимости получаемых данных. Последнее достигнуто за счет использования ряда новых технических решений и организационных мероприятий, в результате чего снижены эксплуатационные затраты на выполнение работ и почти втрое увеличено время безотказной жизни буев. Принято активное участие в установлении длительного дрифтерного мониторинга Черного моря. На основе статистического материала, полученного в ходе черноморских экспериментов предложена методика поддержания круглогодичных дрифтерных наблюдений с квазипостоянным распределением буев по морской поверхности. Рассмотрена возможность применения методов трассировки дрифтеров для сопровождения аэростатных зондов. Показано, что применение оптимальной фильтрации дает возможность дальнейшего повышения пространственно-временного разрешения измерений с помощью дрейфующих платформ.

Результаты исследований, представленных в главе 3 отражают усилия, направленные на развитие информационного обеспечения дрифтерных наблюдений. Разработка нового информационного формата DBCP-M2 для передачи данных в канале «буй-ИСЗ» позволила увеличить количество дрифтеров в эксплуатации и обеспечила оптимизацию информационных потоков путем одновременной передачи с буя мгновенных и архивированных данных, что полностью удовлетворило запросам гидрометеорологов и океанографов для решения задач оперативного характера, а также дальнейшего научного анализа. Созданная система обработки данных оптимизирует процедуру анализа информации буйковыми операторами. Использование системы дает возможность систематизировать поступающую информацию по ряду критериев (номер буя, временная хронология, последовательность данных с датчиков и др.), хранить ее в таком виде, оценивать параметры движения буя (скорость и направление), а также представлять результаты дрейфа на электронной карте. Для удовлетворения запросов- со стороны буйковых операторов к тому, что может дать применение других спутниковых систем связи помимо Argos выполнен анализ возможностей передачи данных и сопровождения буев через спутниковую систему Орбком при одновременном оснащении буя приемником GPS. Показано, что использование такого метода позволит повысить пространственно-временное разрешение дрифтерных наблюдений в океанах и морях.

Диссертационная работа выполнена автором в Морском гидрофизическом институте НАН Украины в период с 1999 по 2009 гг. Исследования проводились в рамках проектов МГИ НАНУ: "Спутниковая океанология", "Оперативная океанография", "Течения МГИ", а также международных проектов: GDP - Глобальная Дрифтерная Программа; EGOS -Европейская Группа Океанских Станций; ISABP -Международная Южно-Атлантическая Буйковая Программа; BSBP - Черноморская Буйковая Программа. Эксперименты по изучению эффективности разработанных методов и технических средств проводились путем запуска буев с кораблей и самолетов в Черном море, а также Индийском, Атлантическом и Тихом океанах. Всего было запущено около 150 дрифтеров, из них 65 буев было использовано в Черном море. Работа включает 151 лист машинописного текста, 84 рисунок и 29 таблиц. Обзор литературы проведен по 69 источникам. Основное содержание диссертации отражено в 8 печатных трудах в национальных и международных научных изданиях.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Мотыжев, Владимир Сергеевич

3.4. Выводы

3.4.1. Разработка нового информационного формата DBCP-M2 для передачи данных в канале «буй-ИСЗ» позволила увеличить количество дрифтеров в эксплуатации и обеспечила оптимизацию информационных потоков путем одновременной передачи с буя мгновенных и архивированных данных, что полностью удовлетворило запросам гидрометеорологов и океанографов для решения задач оперативного характера, а также дальнейшего научного анализа.

3.4.2. Созданная система обработки данных как раз и предназначена для анализа информации пользователем. Использование системы дает возможность систематизировать поступающую информацию по ряду критериев (номер буя, временная хронология, последовательность данных с датчиков и др.), хранить ее в таком виде, оценивать параметры движения буя (скорость и направление), а также представлять результаты дрейфа на электронной карте.

3.4.3. Для удовлетворения запросов со стороны буйковых операторов к тому, что может дать применение других спутниковых систем связи помимо Argos выполнен анализ возможностей передачи данных и сопровождения буев через спутниковую систему Орбком при одновременном оснащении буя приемником GPS. Показано, что использование такого метода позволит повысить пространственно-временное разрешение дрифтерных наблюдений в океанах и морях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы были получены следующие основные результаты:

1. Выполнен анализ современных технологий дистанционного контактного зондирования океана с помощью автоматических измерительных платформ, в том числе, оборудованных спутниковой связью. Показано что спутниковая дрифтерная технология является одним из современных методов контроля состояния деятельного слоя океана и приводной атмосферы, которая широко используется в мировой практике океанографами и гидрометеорологами для решения различных научных и прикладных задач. Выявлены недостатки используемых методов применения дрейфующих буев, намечены пути их устранения.

2. Цикл исследований, результаты которых представлены в настоящей диссертационной работе, направлен на повышение эффективности применения дрифтерной технологии для задач оперативной океанографии и гидрометеорологии. Выполненные работы можно условно разделить на два направления. Первое направление связано с улучшением измерительных и эксплуатационных характеристик дрифтерного сегмента технологии. Результаты работ по второму направлению позволили оптимизировать ее информационную составляющую, связанную с передачей данных в канале «буй-ИСЗ», а также хранением и обработкой информации буйковыми операторами.

3. Предложено, теоретически обосновано и экспериментально подтверждено улучшение измерительных характеристик дрифтерного сегмента по следующим направлениям:

• повышена точность измерения атмосферного давления в условиях взволнованной поверхности, когда буйковой носитель находится длительное время под водой;

• увеличено пространственно-временное разрешение дрифтерных измерений параметров морских течений за счет более качественной связи в канале «буй-ИСЗ» и получения большего количества обсерваций;

• достигнута возможность авиационного развертывания буя в любых метеорологических условиях;

• обеспечено дальнейшее повышение пространственно-временного разрешения измерений за счет использования новых спутниковых систем связи и позиционирования буев;

• показаны пути повышения точности измерений с помощью стратосферных аэростатных зондов.

4. Достигнуто улучшение эксплуатационных характеристик дрифтерного сегмента путем снижения финансовых затрат при сохранении объемов и продолжительности измерений.

5. Обеспечена оптимизация информационной составляющей дрифтерной технологии за счет разработки и внедрения информационного кадра DBCP-M2, позволяющего передавать через ИСЗ как мгновенные, так и архивированные буйковые данные. Разработан метод обработки и хранения информации от дрифтеров в береговых центрах, позволяющий оптимизировать эти процедуры и повысить эффективность труда буйковых операторов.

6. Принято участие в организации многолетнего дрифтерного мониторинга Черного моря в интересах решения ряда научных и прикладных задач региона. Определены пути поддержания на постоянной основе дрифтерных наблюдений с сохранением оптимального размещения буев на морской поверхности.

7. Результаты выполненных исследований были использованы при выполнении научно-технических проектов МГИ НАН Украины, Института Океанологии РАН, а также в рамках международных проектов и программ путем разработки и изготовления дрифтеров, их запуска в Черном море, Тихом, Атлантическом и Индийском океанах и последующего анализа данных для определения путей дальнейшего развития технологии.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мотыжев, Владимир Сергеевич, Москва

1. Poje, А.С., Toner, М., Kirwan, A.D., and Jones, C.K.R.T. 2002 Drifter launch strategies based on Lagrangian templates. Journal of Physical Oceanography, 32(6), P. 1855-1869.

2. Smith, N.R. and Meyers, G. 1996. An evaluation of expendable bathythermograph and tropical atmosphere-ocean array data for monitoring tropical ocean variability. Journal of Geophysical Research, 101(C12), 28489-28501.

3. Molinary R.L., Kirwan A.D. Calculation of differential kinematic properties from Lagrangian observation in ocean. Jn. Phys. Oceanogr., 1975, vol. 5, No.3, p. 483-491.

4. Taillade M. Actual performance and capabilities of the ARGOS system. Adv. Space Res., 1978, vol. 1, No, 4, p.95-110.

5. Bushnell M. Recent progress using Orbcomm and Iridium for drifting buoy data transmission H Variety in buoy technology and data application.- UNESCO DBCP Technical' Document Series No. 14,- 1999,- P.31-32.

6. Taillade M. Preliminary analysis of Argos-2 on NOAA К performances II Variety in buoy technology and data application.- UNESCO DBCP Technical Document Series No. 14. World Meteorological Organization, Geneva. 1999.- P. 109-122.

7. Taillade M. Getting ready for the Argos downlink // Developments in buoy technology, communications and data applications UNESCO DBCP Technical Document Series No. 19. World Meteorological Organization, Geneva. 2001- P.43-56.

8. Stephen C. Riser. Studying the global ocean circulation with profiling floats. Argos forum. Special Ocean observation. No.59. Ramonville cedex, France. 2002. P.4-7

9. Rossby, Т., Siedler, G. and Zenk, W. 1995. The Volunteer Observing Ship (VOS) and Future Ocean Monitoring. Bulletin of the American Meteorological Society, 76(1), 5-11.

10. Hanawa, К., P. Rual, R. Bailey, A. Sy and M. Szabados (1995): A new depth-time equation for Sippican or TSK T-7, T-6 and T-4 expandable bathythermographs (XBT). Deap-Sea Res. 42, 1423-1451

11. Sy, A. (1996): Summary of field tests of the improved XCTD/MK-12 System. International WOCE Newsletter, 22, P. 11-13.

12. Bailey, R. J., N. Smith, S. Thomas (1999): Scientific evaluation of the global upper ocean thermal network; Proceedings of the Ocean Observing System for Climate Conference, St. Raphael, France, 18-22 October, 1999; Volume 2.

13. MINOS an automatic ministation for voluntary observing ships. Argos forum. Special Ocean observation. No.59. Ramonvilte cedex, France. 2002. P.8-11.

14. Богатко O.H., Богуславский С.Г., Беляков Ю.М., Иванов В.И. Поверхностные течения Черного моря // Комплексные исследования Черного моря-Севастополь: МГИ АН СССР, 1979-С.26-33. t

15. Ястребов B.C. Методы и технические средства океанологии,- П.: Гидрометеорология, 1986.-271 с.

16. Мотыжев С.В. Методика изучения подповерхностных течений деятельного слоя океана с помощью дрейфующих буев // Методы обработки космической океанологической информации. Севастополь: МГИ АН Украины.- 1983,- С.99-106.

17. Международная космическая радиотехническая система обнаружения терпящих бедствие/ А.И. Балашов, Ю.Г. Зурабов, Л.С. Пчеляков и др.; Под ред. B.C. Шебшаевича. М.: Радио и связь, 1987. - 376 с.

18. Буйковая измерительно-информационная система "ЛОБАН" / Мотыжев С.В., Киященко Н.И., Котляров В.Л. и др. // Тез. докл. Всесоюзного совещания "Актуальные проблемы развития океанологической информации",- Обнинск: НИИ ГМИ.- 22-26 мая 1989,- С.27.

19. Измерение течений по дрейфу подспутниковых буев / Мотыжев С.В., Бехтерев Ю.И., Киященко Н.И. и др. // Исслед. Земли из космоса.- 1987,- №2.- С.466-471.

20. Булгаков Н.П., Еремеев В.Н., Мотыжев С.В. Межпассатное противотечение в Атлантическом океане по наблюдениям за дрифтерами // Морской гидрофизический журнал,-1993.- №3,- С.53-63.

21. Гришин Г.А., Еремеев В.Н., Мотыжев С.В. О гравитационной неустойчивости основного Черноморского течения // Доклады Академии наук СССР.- 1989.- Том 306,-№2.-0.466-471.

22. Гришин Г.А., Макеев И.Г., Мотыжев С.В. Наблюдения циркуляции в западной части Черного моря дистанционными методами // Морской гидрофизич. журнал.-1990.-№2.-С.54-62.

23. Температурные особенности Черного моря по данным спутниковых и контактных измерений в зимний период / Гришин Г.А., Калинин Е.И., Мотыжев С.В. и др. // Исслед. Земли из космоса,- 1993.- №2,- С.3-10.

24. Берто Г. И. Океанографические буи. Л.: Судостроение, 1979. - 214 с. (Техника освоения океана).

25. Sybrandy A.L., Niiler P.P. WOCE/TOGA Lagrangian Drifter Construction Manual. WOCE Report No.63; SIO Report No.91/6 / Scripps Institution of Oceanogr.- La Jolla, 1991.- 58 p.

26. WOCE Surface Velocity Programme Barometer Drifter Construction Manual / Sybrandy A.L., Martin C., Niiler P.P., Charpentier E., Meldrum D.T. WOCE Report No. 134/95; SIO Report No.95/27.- UNESCO DBCP Technical Document Series No.4.- 1995,- 63p.

27. Global Drifting Buoy Observations A DBCP Implementation Strategy. UNESCO DBCP Technical Document Series, No.15. World Meteorological Organization, Geneva, 1999. 37p. (Including Annexes).

28. Piggott C.L. 1964: Ambient sea noise at low frequencies in shallow water of the Scotian shelf, J. Acoust.Soc.Am., 36, P.2152-2153.

29. Vagle S, Large W.G., Farmer D.M. 1990. An evaluation of the WOTAN Technique of Inferring Oceanic Winds from Underwater Ambient Sound. J. Atmos. Oceanic Technol., No.7, P.576-595.

30. Blouch P., Rolland J. Promising results of the WOTAN technique to provide wind measurements on SVP-BW drifters. UNESCO DBCP Technical Document Series, No. 12. World Meteorological Organization, Geneva, 1998. P.75-80.

31. Caruso C.M. Interactive Real-time Quality Control of Surface Marine Data at the Nations Centers for Environmental Prediction. UNESCO DBCP Technical Document Series, No. 14. World Meteorological Organization, Geneva, 1999. P. 123-130.

32. Data Buoy Cooperation Panel. Final Report. UNESCO DBCP CD-ROM Technical Document Series, No.25.World Meteorological Organization, Geneva, 2003. 196 P.

33. Data Buoy Cooperation Panel. Seventeenth Session. Perth, Australia, 22-26 October 2001. Final Report. WMO and IOC JCOMM Meeting Report No.8. 112P.

34. Журбас B.M., Зацепин А.Г., Григорьева Ю.В., Еремеев В.Н. и др. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным. Океанология, ИО РАН, Москва. 2004, том 44, № 1. С.34-48.

35. Data Buoy Cooperation Panel. Eighteenth Session. Trois lllets, Martinique, France, 14-18 October 2002. Summary Report. WMO and IOC JCOMM Meeting Report No.18. 130P.

36. Motyzev S., Horton E., Brown J. "Smart Buoy" project its possibilities and advantages. Argos forum. Special Ocean observation. No.59. Ramonville cedex, France. 2002. P.18.

37. Data Buoy Cooperation Panel. Final Report. UNESCO DBCP Technical Document Series, No. 18.World Meteorological Organization, Geneva, 2001. 128P.

38. Мотыжев С.В. Разработка корпусно-механической части и устройства автоматического отделения аварийного радиобуя: Отчет о НИР (заключительный), книга 2 / МГИ АН Украины.- № ГР.01.89.0009404.- Севастополь, 1989.- 80 с.

39. Motyzhev S.V., Poulain Р-М., Zatsepin A.G., et. al. New phase of drifter experiment in the Black Sea. UNESCO DBCP Technical Document Series, No.17. World Meteorological Organization, Geneva, 2000. -P. 116-128.

40. Guide to Data Collection Location Services Using Service Argos. UNESCO DBCP Technical Document Series, No.3. World Meteorological Organization, Geneva, 1995. -P.20.

41. Добрышман E.M. Динамика экваториальной атмосферы. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1980. 288 С

42. Motyzhev S., Brown J., Horton E., Lunev E., Tolstosheev A., Motyzhev V. Practical Steps for "Smart Buoy Project Realization. Research, Applications and Developments Involving Data Buoys. UNESCO DBCP CD ROM Technical Document Series, No.24, 2004. P.1-9.

43. Data Buoy Cooperation Panel. Final Report. UNESCO DBCP CD-ROM Technical Document Series, No.23.World Meteorological Organization, Geneva, 2002. 209 P.

44. Мотыжев C.B., Еремеев B.H., Лунев Е.Г., Мотыжев B.C., Толстошеев А.П. Особенности дрифтерного мониторинга Черного моря. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное исследование ресурсов шельфа: Сб. научн. Тр.

45. Вып.11/НАН Украины, МГИ, ИГН, ОФ ИнБЮМ. Редкол.: Иванов В.А. (гл.ред.) и др.-Севастополь, 2004.-С.122-131.

46. Альчаков В.В., Краснодубец ЛА., Мотыжев B.C. Оценивание траекторных параметров аэростатных зондов, оснащенных системами спутниковой связи. Системы контроля окружающей среды: Сб. научн. трудов / НАН Украины. МГИ: Севастополь, 2003.-С 114-117.

47. Котельников К.А., Полухина Н.Г., Фейнберг Е.Л., Царев В.А., Чечин В.А., Шаулов С.Б. О возможности регистрации космических лучей ультравысоких энергий радиометодом со спутников и аэростатов: Изв.АН, 2002, т.66, № 11, с.1638-1640

48. Meldrum D., Mercer D., Рерре О., Doble М. Results from ORBCOMM ice buoy deployments . UNESCO DBCP CD-ROM Technical Document Series, No.21, World Meteorological Organization, Geneva, 2004. P.1-11

49. World Wide Web Site: http://www.satellite.srd.mtuci.ru/orbcomm/

50. Адаптивные фильтры: Пер. с англ. / Под ред. Коуэна К.Ф.Н., Гранта П.М. М.: Мир. 1988.-392 е., ил.

51. World Wide Web Site: http://marlin.stel.sebastopol.ua/

52. World Wide Web Site: http://www.meteo.fr/

53. World Wide Web Site: http://www.pacificgyre.com/

54. World Wide Web Site: http://dbcp.amverseas.noaa.gov/dbcp/fmt-dbcp-m1.html

55. World Wide Web Site: http://dbcp.amverseas.noaa.gov/dbcp/fmt-dbcp-m2.html

56. Краснодубец Л.А., Мотыжев B.C. Управление процессами приема и обработки данных, поступающих от спутниковой системы "Argos". Сб. «Вестник СГТУ», Вып. 18, 1999, С.134-138.

57. Краснодубец Л.А., Мотыжев B.C., Туманов А.А. Информационное обеспечение дрифтерных исследований. Системы контроля окружающей среды: Сб. научн. трудов / НАН Украины. МГИ: Севастополь, 2001,- С 202-206.

58. Шамис В.А. Borland C++Builder программирование на С++ без проблем.-М.: Нолидж, 1997.—266с., ил.

59. Шумаков П.В. Delphi3 и создание приложений баз данных.-М.: Нолидж, 1998.- 704с., ил.

60. Tesuya Uwai. Drifting Wave Buoy using ORBCOMM Data Transmission. Development in Buoy Technology, Communications and Data Applications. UNESCO DBCP Technical Document Series, No.19, 2001. P.57-60.

61. David Meldrum. ORBCOMM an Antarctic evaluation. Development in Buoy Technology, Communications and Data Applications. UNESCO DBCP Technical Document Series, No.19, 2001. P.61-76

62. Краснодубец Л.А., Мотыжев B.C., Туманов A.A. Применение системы спутниковой связи ORBCOMM в дрифтерных исследованиях. Системы контроля окружающей среды: Сб. научн. трудов / НАН Украины. МГИ: Севастополь, 2002.-С 219-224.

63. Толстошеее А.П., Лунев Е.Г., Мотыжев B.C. Развитие средств и методов дрифтерной технологии применительно к проблеме изучения Черного моря. Океанология, 2008, том 48, № 1. С. 149-158.