CC BY
38МОБІЛЬНА ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ ТА КОРИГУВАННЯ ДІЙ ЛЮДИНИ ПІД
ВОДОЮ В УМОВАХ БАСЕЙНУ
Попадюха Ю.А.
Національний технічний університет У країни «Київський політехнічний інститут»
Анотація. У роботі розглянуто перспективи створення портативної системи для контролю та коригування підводних дій людини в умовах басейну. Визначено основні недоліки закордонних і вітчизняних кабельних телевізійних систем при використанні людиною, яка працює в складних підводних умовах Запропоновано мобільну систему моніторингу та коригування дій людини під водою в умовах басейну. Розроблено структурну схему системи, складових частин, її основні функціональні та технічні характеристики Ключові слова: моніторинг, підводний зв’язок, коригування телебачення, підводне середовище, спортсмен, плавання, дайвінг.
Аннотация. Попадюха Ю.А. Мобильная информационная система мониторинга и коррекции действий человека под водой в условиях бассейна. В работе рассмотрены перспективы создания портативной системы для контроля и коррекции подводных действий человека в условиях бассейна. Определены основные недостатки зарубежных и отечественных кабельных телевизионных систем при использовании человеком, который работает в сложных подводных условиях. Предложена мобильная система мониторинга и корректирования действий человека под водой в условиях бассейна. Разработана структурная схема системы, составных частей, ее основные функциональные и технические характеристики
Ключевые слова: мониторинг, подводная связь, коррекции, телевидение, подводная среда, спортсмен, плавание, дайвинг.
Annotation. Popadyuha Y.A. Mobile information system of monitoring and correction of actions of a man under water in the conditions of pool. In the work the prospects of creation of the portable system for the control and correction of submarine actions of man in the conditions of pool are considered. The basic deficiencies of foreign and domestic cable television systems are defined at use by the person which works in complex underwater conditions. The mobile system of monitoring and an adjustment of actions of the person under water in conditions of pool is offered. The block diagram of system, components, its basic functional and technical datas is developed.
Keywords: monitoring, under water communication, corrections, television, under water environment, sportsman, swimming, diving.
Вступ.
Велике значення має оперативний контроль за діями людини, яка перебуває під водою, та коригування цих дій, а саме - тренувальні та змагальні дії спортсменів (плавання, підводне плавання, синхронне плавання, стрибки у воду, підводне орієнтування), а також різноманітні фізичні вправи, що виконує людина під час оздоровчих занять і фізичної реабілітації (ФР). Підвищення ефективності учбово-тренувального процесу (УТП) і наукових експериментальних досліджень, покращення умов праці та безпеки проведення підводних робіт в складних (екстремальних) умовах, неможливе без контролю за діями людини, забезпечення оперативності, простоти та надійного передавання підводних зображень і команд коригування дій людини в умовах басейну та відкритих водойм, на берегові та надводні приймальні пункти.
Наведене вище потребує розробки та впровадження спеціалізованих систем, до яких відносяться портативні засоби передавання підводного зображення дій людини, об’єктів, їх складових частин, локальних зон, тощо на поверхню для його подальшого аналізу, а також портативні засоби підводного (гідроакустичного) мовного зв’язку для обміну інформацією з тренером (керівником робіт), який знаходиться на поверхні, під час коригування дій людини
В багатьох морських країнах світу широке впровадження знайшли підводні телевідеосистеми Наприклад, системи типу CYCLOPS (фірма COMEX PRO - Франція), які складаються з підводних кольорових TV-камер з CCD матрицями, кольорових моніторів у стандарті PAL та кабелю зв’язку (50м). Телевідеосистеми ColourWatch II (фірма DIVEX - США) складаються з кольорового монітору 25 см, вбудованого відеомагнітофону VHS/Super-VHS, кабелю (100м) та кольорової відеокамери 1/3'' CCD.
Проведений аналіз вітчизняних підводних засобів [2-6] виявив відсутність таких систем, що не дозволяє ефективно проводити наведені вище заходи Розроблений та виготовлений в ОКБ «Шторм» НТУУ «КПІ» експериментальний зразок вітчизняної портативної телевізійної системи забезпечує огляд водолазами підводних об’єктів [3,6]. Система складається з бортового та підводного водолазного модуля Бортовий модуль міститься на плавзасобі забезпечення підводних досліджень і має кольоровий телевізійний монітор, відеомагнітофон, пристрій живлення та кабель зв’язку (100м) з підводним водолазним модулем (Рис. 1), який має герметичний бокс з органами керування і вмонтованою відеокамерою Video В Handycam CCD-TR 55GE (фірма SONY), герметичний підводний освітлювач.
Рис. 1. Підводний водолазний модуль.
Робота виконана за планом НДР Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут1'.
Формулювання цілей роботи.
Постановка задачі.
Визначити недоліки існуючої закордонної та вітчизняної підводної телевізійної техніки у басейні та розробити мобільну систему моніторингу та коригування дій людини під водою в умовах басейну на базі портативної ТУ-системи з радіобуєм-транслятором і засобами зв’язку (ПТС) для підвищення ефективності й якості проведення УТП спортсменів, оздоровчих і реабілітаційних заходів у відновленні працездатності людини, наукових досліджень під час підготовки спортсменів і дайверів.
Мета і задачі роботи:
1. Визначити недоліки існуючої закордонної та вітчизняної кабельної підводної телевізійної техніки при використанні у басейні.
2. Розробити принципи побудовимобільної системи моніторингу та коригування дій людини під водою в умовах басейну.
Методи дослідження.
За результатами аналітичних досліджень визначено основні недоліки кабельних телевізійних систем при використанні людиною, яка працює в складних підводних умовах, а саме:
- значна обмеженість при використанні в УТП, оздоровчих і реабілітаційних заходах в умовах басейну;
- просторове обмеження при обстеженні об’ єктів складної конструкції;
- низька ефективність виконання підводних робіт через обмеження рухливості людини, яка зв’язана з поверхнею кабелем;
- значне підвищення фізичних навантажень на організм людини в умовах підводної течії;
- незручність у використанні водолазного блоку під водою, оскільки людина повинна обов’язково тримати його двома руками;
- значні вагові та габаритні показники складових частин систем;
- неможливість передавання підводних зображень на бортовий модуль, що знаходиться на берегу чи рухомому об’єкті на відстань до 500 м;
- ускладнене розгортання (згортання) телевізійної системи.
Результати дослідження.
На базі аналізу існуючої закордонної та вітчизняної кабельної підводної телевізійної техніки визначились недоліки її використання, а з урахуванням значної вартості закордонних засобів практично неможливе придбання та використання їх вищими навчальними закладами, оздоровчими та реабілітаційними центрами, спортивними федераціями, товариствами, підприємствами та організаціями України, які проводять підводні дослідження та роботи
Автором пропонується мобільна система моніторингу та коригування дій людини під водою в умовах басейну на базі портативної ТУ-системи з радіобуєм-транслятором і засобами зв’язку (ПТС). За допомогою цієї системи значно підвищиться ефективність і якість проведення УТП спортсменів, оздоровчих і реабілітаційних заходів у відновленні працездатності людини, наукових досліджень під час підготовки спортсменів і дайверів.
Основна науково-технічна ідея запропонованого підходу для реалізації підвищення ефективності наведених вище заходів реалізується за рахунок:
1. Створення ПТС, що має у своєму складі 4 герметичні підводні бокси (Рис. 2, 3) з вмонтованою малогабаритною телевізійною камерою, оснащеною ТУ-об’єктивом з автоматичним регулюванням фокусування високоефективні галогенні освітлювачі з акумуляторним живленням, 4 радіобуя-транслятора (РБТ) із вмонтованим автономним передавачем ТУ-сигналу, що зв’язаний кабелем з передавачем відповідної ТУ-камери. Приймання ТУ-сигналу з кожного РБТ здійснюється 4-х канальним надводним приймальним блоком; підводне зображення з відповідного підводного боксу виводиться на екран монітору ПК і записується у його пам’ять.
2. Використання портативного герметичного підводного боксу з малими ваговими та габаритними показниками дозволяє функціонуватиПТС у двох режимах - статичному (використання 4-х боксів стаціонарно) і динамічному (людина однією рукою тримає його для огляду середовища і об' єктів).
3. Надійного передавання підводних зображень (до 500м) з відповідного РБТ на надводні (берегові) приймальні пункти в умовах великих водойм.
4. Створення портативних засобів гідроакустичного мовного зв’язку у вигляді навушників (Рис.4) з дією до 100м за допомогою радіогідроакустичногобуя-ретранслятора (РГ АБ-Р), що наведено на Рис. 5.
5. Можливість співставлення зразкових та реальних дій людини під водою з метою коригування подальшого відпрацьовування певних фізичних вправ, елементів і загальних спортивних, професійних, оздоровчих і реабілітаційних дій під час занять і УТП. Загальну схему розташування мобільної системи моніторингу та коригування дій людини під водою в умовах басейну наведено на рис. 6.
6. Підвищення ефективності та оперативності розгортання (згортання), простоти обслуговуванняПТС. Успішне створення запропонованої системи базується на багаторічному досвіді автора проекту з
розробки, виготовлення та випробувань підводної техніки [1-8]. Вперше в Україні виготовлено та випробувано експериментальний зразок портативної телевізійної системи для огляду водолазами підводних об’єктів, портативних гідроакустичних засобів зв’язку, підводних освітлювачів Проведені випробування систем і пристроїв у морських та річкових умовах (Чорне море, Антарктида, р. Дніпро) підтвердили вірний напрямок діяльності щодо створення вітчизняної підводної техніки для потреб фізичного виховання і спорту, оздоровлення і ФР людини, її професійної підводної діяльності.
Основні функціональні та технічні характеристики системи:
- можливість функціонуванняу статичному та динамічному режимах;
- можливість вибору певного підводного зображення з 4-х можливих радіоканалів зв’язку;
- передавання та реєстрація підводних кольорових зображень об’єктів з кожного каналу у реальному масштабі часу;
- передавання підводних кольорових зображень по радіоканалу зв’язку на відстань до 500 м;
- обмін мовною інформацією по гідроакустичному каналу зв'язку на відстань до 100 м;
- можливість запам’ятовування підводних зображень і дій людини, співставлення зразкових і реальних дій для їх коригування та подальшого відпрацьовування вправ, елементів, загальних спортивних, професійних, оздоровчих і реабілітаційних дій під час УТП.
- можливість виводу на екран певних траєкторій рухів людини під водою за допомогою програмного забезпечення ПК.
- можливість тримати підводний бокс однією рукою під час роботи системи у динамічному режимі;
- автоматичне регулювання фокусуванням;
- кількість галогенних освітлювачів на кожному боксі - 1.. .4 шт.;
- потужність кожного галогенного освітлювача - не менше 10 Вт;
- кількість РБТ у статичному режимі роботи - 1.4 шт.;
- маса РБТ на повітрі - не більше 3 кг;
- акумуляторнеживлення підводного боксу;
- маса підводного боксу на повітрі - не більше 5 кг;
- максимальна довжина кабелю зв’язку - 60 м;
- максимальна глибина занурення підводного боксу - 60 м.
Щ 1 к - ■-
1 г и зо
1
' Ч _ 114:
' тЧ ’ й
-^ї- •' ;1 > •
К::илікоі и. у у» Щ
'<.0 хтуо Л иьа.
'*51 П.м:
1 ■ К|_онш А
Щ\ х '*2 '—
К-Р Т'.'С Ш ' <Іп лг .-ь.:Іс и^ііл
V і!
ч. ґ І ■: і ” Н. ЬЬ_‘ іи«_С1_-.: І їй
, ч '^Л: >"1-4
\ \
\ Ійнікіїїкмн
. ' пЛігт нгки.пі г
■ Кри і.і* гА л.т.-гд
іі.-і ір гттфі гі с^пп
“^КЬ. НУННЛШ 1
Рис. 3. Герметичні підводні бокси
І '-і 1 Г
-і
ні
І..-:
11 А.
.ґ'Рі-. ■'
х- г-._ Ща:1
п 1 1. іи } ми. ІІГЛ, II Г к ■■ 1 V
1 і і ^ ь
р і| її !ди.і
.-ЄП-;
і і,- <{
■■ 'А
^ -">'и
Рис. 4. Портативний засіб гідроакустичного мовного зв 'язку у вигляді навушників.
І к>у;і :к^:і :■ н.« нліі-т'^шіль -■■і.'ьілч
Рис. 5. Радіогідроакустичний буй-ретранслятор
Рис. 6. Загальна схема розташування мобільної системи моніторингу та коригування дій людини під водою в
умовах басейну
Висновки
1. Визначено основні недоліки закордонних і вітчизняних кабельних телевізійних систем при використанні людиною, яка працює в складних підводних умовах
2. Запропоновано мобільну систему моніторингу та коригування дій людини під водою в умовах басейну на базі ПТС, що значно підвищить ефективність і якість проведення УТП спортсменів, оздоровчих і реабілітаційних заходів у відновленні працездатності людини, наукових досліджень під час підготовки спортсменів і дайверів.
3. Розроблено структурну схему системи, складових частин, її основні функціональні та технічні характеристики.
Подальші дослідження передбачається провести в напрямку вивчення інших проблем коригування дій людини під водою в умовах басейну.
Література
1. Попадюха Ю.А. Багатофункціональна система біотехнічного забезпечення водолазної підготовки та спеціальних підводних робіт // Стан і розвиток ВМС ЗС У країни на сучасному етапі. Проблеми розвитку морського озброєння і техніки. СВМІ, Севастополь. Вип. 4, 2004. - С.252-260
2. Попадюха Ю.А. Исследование методов и средств обеспечения подводно-технических работ и индивидуального мониторинга функционального состояния человека в экстремальных условиях Антарктики. Бюллетень Українського Антарктичного центру. Випуск 4, Київ: 2002, С. 217 - 221.
3. Попадюха Ю.А., Яковлев С.Г., Федотов О.А. Водолазна телевізійна система з засобами зв’язку для огляду підводних об’єктів // Напрямки та шляхи реалізації програми реформування та розвитку Військово-морських сил України. СВМІ, Севастополь. Вип. 2, 2000.- С.416-422.
4. Попадюха Ю.А. Мобільний біотехнічний водолазний тренажерний комплекс Научно-технический журнал «Электроника и связь». Киев: 2003, № 18. С. 28 - 30.
5. Попадюха Ю.А. Шляхи удосконаленняпідготовки та діяльності водолазних фахівців // Матеріали другої відкритої науково-методичної конференції «Фізична підготовка військовослужбовців). Спортивний комітет Міністерства оборони України, НУФВСУ К., 2004. - С.41-54.
6. Дослідження та створення мобільної системи моніторизації водолазних робіт на шельфі: Звіт про НДР «Занурення» / ОКБ «Шторм» при Нац. техн. ун-ті України «Київ.політехнін-т»; Керівник Ю.А.Попадюха КП 02071257; № ДР 0196Ш06680.- К.,2000. - 213 с.
7. Попадюха Ю.А. Создание отечественных водолазных средств связи: реальность и перспективы // Арсенал ХХІ століття Київ, № 3-4, 2000.- С.48-53.
8. Попадюха Ю. А., Яковлев С.Г., Федотов О. А. Стан та перспективи розвитку вітчизняних засобів підводного зв’язку // Напрямки та шляхи реалізації програми реформування та розвитку Військово-морських сил України. СВМІ, Севастополь. Вип. 2, 2000.- С.422-428.
Надійшла до редакції 13.02.2008 р.
