CC BY
4УДК 629.584
А.Д. Змеев, А.О. Рогожников
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: artem. klas10@gmail.com
НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПО ПОДБОРУ МОЩНОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ ДЛЯ ПОДВОДНОГО ДРОНА МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Выбор освещения для подводного дрона является непростой задачей, поскольку в водной среде обитает множество простейших организмов, которые затрудняют исследование подводного объекта. Для эффективной эксплуатации подводного дрона модульной конструкции необходимо качественное и разборчивое изображение с бортовой камеры дрона. Четкое изображение может быть получено путем правильного подбора световых прожекторов с подходящей для условий эксплуатации мощностью.
Ключевые слова: водная среда, подводное освещение, техническая функциональность, подводный дрон.
A.D. Zmeev, A.O. Rogozhnikov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: artem. klas10@gmail.com
IN-SITU TESTING ON LIGHTING POWER SELECTION FOR A MODULAR UNDERWATER DRONE
The choice of light for an underwater drone is not an easy task, since many simple organisms live in the aquatic environment, which make it difficult to conduct research of an underwater object. For effective operation of a modular underwater drone, a high-quality and legible image from the drone's onboard camera is necessary. A clear image can be obtained by choosing the right light spotlights with a suitable power for the operating conditions.
Key words: water environment, underwater lighting, technical functionality, underwater drone.
Водная среда имеет богатый животный и растительный мир, поскольку именно в воде начала развиваться жизнь и происходили первые этапы эволюции. Здесь встречаются как простейшие одноклеточные микроорганизмы, так и крупные многоклеточные организмы. Всех обитателей водной среды называют гидробионтами [1]. Эти гидробионты взаимодействуют между собой и также оказывают влияние на водную биосферу. В процессе своей жизни обитатели водной среды производят многочисленные продукты жизнедеятельности, которые могут оказывать негативное влияние на химический и биологический состав воды [2]. Помимо этого, в воду плохо проникает солнечный свет за счет отражения солнечных лучей, вследствие чего вода выглядит темной и мутной. Эксплуатация подводного дрона в условиях мутной воды сильно затруднена, поскольку изображение, которое записывается на бортовую камеру, неразборчиво и невнятно. Для решения этой проблемы подводные дроны оснащаются световыми устройствами.
Все подводные дроны оборудованы мощными источниками света, однако избыточная мощность может плохо сказаться на качестве видеосъемки. Освещение с чрезмерной мощностью сильно подсвечивает микроорганизмы и их продукты распада в воде, из-за чего на изображении, которое записывает камера, видны сильные засветы и эффект туманности. Однако и с недостаточной мощностью освещения изображение будет неразборчиво и плохого качества.
В сентябре 2022 года командой разработчиков подводного дрона модульной конструкции проводились неоднократные испытания по подбору мощности освещения для подводного дрона. Испытания проводились в Юлькином озере в Елизовском районе в поселке Раздольном. Погода в дни проведения испытаний была ясной, температура воздуха 19^. Общая площадь озера
составляет около 300 м2, максимальная глубина 6 м. Температура воды во время испытаний была 16°С. В качестве испытуемых источников света было выбрано три варианта освещения, разных по мощности и конструкции прожектора. Все приборы освещения хорошо загерметизированы и поочередно сменялись на корпусе подводного дрона. Монтаж и установка освещения на подводный дрон не представляет ничего сложного, поскольку все прожекторы имеют свои крепления. Кроме того, благодаря поворотным площадкам на креплениях можно регулировать угол поворота светодиодной балки по вертикали, тем самым направлять пучок света. На рис. 1 представлены фотографии подводного дрона с тремя вариантами световых прожекторов.
Рис. 1. Фотографии подводного дрона с 3 вариантами световых прожекторов: 1 - вариант № 1 освещения; 2 - вариант № 2 освещения; 3 - вариант № 3 освещения
Фотографии на рис. 1 расположены по возрастанию мощности прожекторов, то есть слева (1) находится фотография со слабой фарой, а справа (3) - самая мощная светодиодная балка. Все эти источники света для подводного дрона отличаются не только мощностью освещения, но и конструкцией в целом. Как правило, корпус прожекторов изготавливается из алюминия либо дюрали. Все световые фонари имеют защитное стекло и прокладки для герметичности между стеклом и корпусом. Подобные светодиодные балки по расположению светодиодов подразделяются на однорядные и двухрядные. Помимо правильного освещения для продуктивной эксплуатации подводного дрона, также важны массогабаритные характеристики, поскольку общий баланс подводного устройства нарушать нельзя. В таблице указаны основные характеристики трех вариантов световых прожекторов.
Характеристики трех вариантов световых прожекторов
Характеристики Вариант № 1 Вариант № 2 Вариант № 3
Мощность, Вт 4,8 13,8 20,4
Кол-во светодиодов, шт. 3 2 48
Потребляемый ток, А 0,4 1,1 1,7
Габаритные размеры ДхШхВ, мм 87x30x40 95x62x80 170x65x60
Вес балки, г 107 283 473
Испытания освещения подводного дрона модульной конструкции проводились в одинаковых условиях на расстоянии между объектом исследования и дроном 0,5 м и 1 м. В качестве объекта видеосъемки был выбран стальной лист с наглядными коррозийными процессами для эмуляции корпуса судна [3-5]. На этой стальной пластине нанесены символы «08.09» для определения качества видимости объекта. Данный предмет с размерами 200^130 мм и толщиной 5 мм, привязанный на веревке, погружался в воду на глубину порядка 2 м, где его записывал на бортовую камеру подводный дрон с установленным световым прожектором. На рис. 2 и 3 представлены фотографии объекта под водой с тремя вариантами освещения с расстояния 0,5 м и 1 м, сделанные камерой подводного дрона.
Рис. 2. Фотографии объекта под водой с 3 вариантами освещения (расстояние 0,5 м): 1 - вариант № 1 освещения; 2 - вариант № 2 освещения; 3 - вариант № 3 освещения
Рис. 3. Фотографии объекта под водой с 3 вариантами освещения (расстояние 1 м): 1 - вариант № 1 освещения; 2 - вариант № 2 освещения; 3 - вариант № 3 освещения
Из рис. 2 и 3 хорошо видно, что фотография с вариантом № 3 освещения, который отличается высокой мощностью по сравнению с другими световыми прожекторами, очень сильно подсвечивает воду и микроорганизмы, из-за чего объект видно нечетко. Символы, которые нанесены на стальной пластине, на фотографиях с вариантом № 3 освещения вообще не отражены. Изображение металлической пластины на фотографиях с вариантом № 2 достаточно четкое, символы хорошо разборчивы. Однако на рис. 2, кадр которого сделан на расстоянии 0,5 м от объекта, наблюдаются засвет и конкретный пучок света, что ухудшает видимость предмета. С вариантом № 1 освещения на рис. 2 отчетливо виден сам объект и символы, которые на нем имеются. Но изображение с 3-го рисунка расплывчато и нечетко, хотя предмет видно, а символы на нем неразборчивы. Из содержательности рис. 2 и 3 можно сделать вывод, что вариант № 3 не соответствует качественному изображению подводной видеосъемки. Вариант № 1 отлично светит под водой, и на расстоянии до 0,5 м получаются качественные фотографии, на которых отчетливо видно объект исследования. Световой прожектор варианта № 2 хорошо снимает под водой объект исследования на расстоянии больше, чем 0,5 м, поэтому такой фонарь эффективно будет эксплуатироваться на дальние дистанции до 2 м.
Во время испытаний макет подводного дрона показал высокие ходовые качества и остойчивость течению [6]. Установленная на макете камера работала стабильно и записывала материалы на жесткий диск, установленный в пульте управления дроном. Время работы дрона от аккумулятора составило 2 часа, причем еще 20% заряда аккумулятора оставалось. Потребления тока прожекторов составляло от 10 до 25% от общего тока потребления подводного дрона. Световые прожекторы, которые устанавливались на корпус дрона, общий баланс не нарушали, однако с вариантами № 2 и 3 световых прожекторов движение подводного дрона заметно ухудшилось, поскольку данные фонари несколько понизили гидродинамику.
Подводя итог вышесказанному, хочется отметить, что освещение для подводного дрона модульной конструкции является одной из главных задач для высокоэффективной эксплуатации, поскольку исследование каких-либо подводных объектов требует четкого и разборчивого изображения. В ходе натурных испытаний по подбору мощности освещения для подводного дрона
модульной конструкции команда разработчиков пришла к выводу, что световых прожекторов одинаковой мощности недостаточно. Вследствие этого принято решение, что в скором времени на макете подводного дрона будут комбинироваться световые прожекторы различных мощностей для ближнего и дальнего освещения.
Литература
1. Популяционная биология, генетика и систематика гидробионтов. - Том 1. - М.: Камчат-НИРО, 2005. - 444 с.
2. Байдалинова Л.С. Биохимия гидробионтов. Лабораторный практикум: Учеб. пособ. - М.: Моркнига, 2018. - 336 с.
3. Белов О.А. Современное состояние организации комплексной защиты металлических корпусов кораблей и судов от коррозии // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - 2017. - № 3 (118). -С.115-120.
4. Белов О.А., Швецов В.А., Белавина О.А. Способ контроля защищенности стальных корпусов кораблей и судов от электрохимической коррозии и электрокоррозии: Патент на изобретение RU 2643709 C1, 05.02.2018. Заявка № 2017115308 от 28.04.2017.
5. Змеев А.Д., Рогожников А.О. Перспектива использования подводных дронов для оценки технического состояния антикоррозийной защиты судна // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Четвертой междунар. науч.-практ. конф. Петропавловск-Камчатский, 25-26 октября 2021 г. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2022.- С. 109-112.
6. Змеев А.Д., Рогожников А.О., Ястребов Д.П. Разработка и организация испытаний подводного дрона модульной конструкции // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы XIII Нац. науч.-практ. конф. Петропавловск-Камчатский, 22-23 марта 2022 г. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2022. -С. 97-101.
