CC BY
10
Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. 2023. № 1
ISSN 2073-1574 (Prin), ISSN2225-0352 (Online) Vestnik ASTU. Soriosi Marino onginooring and technologies. 2023. N. 1
_ISSN S073-1574 (Ptint), ISSN2225-0352 (Online)
СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА
SHIPBUILDING, SHIP REPAIR AND FLEET OPERATION
Научная статья УДК 656.6.052
https://doi.org/10.24143/2073-1574-2023-1-45-49 EDN YWVTRP
Режим слежения за целью на современных судах, оснащенных системой динамического позиционирования (DP)
Намиг Низами оглы Гулиев
Азербайджанская государственная морская академия, Баку, Азербайджанская Республика, namiq.1993@gmail.com
Аннотация. Проведено исследование режима слежения за целью (follow target mode) морских судов, оснащенных системами динамического позиционирования (DP). Рассматривается положение слежения за целью, согласно которому судно находится в режиме DP, анализируется способность удерживать позицию и курс судна при заданных условиях окружающей среды во время слежения за целью. К судам, оснащенным системой DP, имеются строгие требования относительно параметров режима слежения за целью; перечислены преимущества, которые они имеют для определенных видов операций: техническое обслуживание нефтегазовых месторождений, исследование трубопроводов, гидрографические исследования и т. д. Исследуется функциональность гидроакустической системы отсчета, которая является основным компонентом системы слежения судна за целью. Отмечено, что слежение за целью - режим, при котором судно автоматически следует за целью. В большинстве случаев этой целью является ROV (телеуправляемый необитаемый подводный аппарат); ROV - робот, предназначенный для выполнения определенных задач под водой, управляемый с судна; ROV support vessel - судно для обеспечения выполнения подобных операций. От сложности задачи зависит оснащение и возможности ROV. Наиболее простые задачи - это инспекция трубопровода, опор платформ, наблюдение за водолазами, визуальный контроль объекта, опускаемого на дно, и т. д., когда ROV оснащен камерами, прожекторами и иногда сонаром. Для выполнения строительных работ или обслуживания подводных объектов нужны ROV рабочего класса, оснащенные инструментами для выполнения определенных целей. Проиллюстрирована примерная схема движения морского судна и перемещения рабочей зоны ROV. Подробно рассматривается связь ROV с судном при помощи оптоволоконного кабеля, перечислены достоинства и недостатки данного соединения. Сделаны выводы о широком использовании систем DP на современных судах, в частности вовлеченных в нефтегазовую промышленность, а также другие области морских операций.
Ключевые слова: судно, динамическое позиционирование, слежения за целью, позиция судна, система, безопасность
Для цитирования: Гулиев Н. Н. Режим слежения за целью на современных судах, оснащенных системой динамического позиционирования (DP) // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2023. № 1. С. 45-49. https://doi.org/10.24143/2073-1574-2023-1-45-49. EDN YWVTRP.
© Гулиев Н. Н., 2023
Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. 2023. № 1 ISSN2073-1574 (Print), ISSN2225-0352 (Online)
Судостроение, судоремонт и эксплуатация флота
Рч
а
я я я
Original article
Follow target mode on modern ships equipped with dynamic positioning (DP) system
я
я
Namig N. Guliyev
Azerbaijan State Maritime Academy, Baku, Azerbaijan, namiq.1993@gmail.com
Abstract. The article highlights the results of studying the follow target mode on board the ships equipped with dynamic positioning (DP) systems. There is analyzed the position of a ship in a follow target mode when the DP mode is § on, as well as the ability of a ship following a target to hold the position and course under given environmental condi-:§ tions. Ships equipped with the DP system have strict requirements regarding the parameters of the follow target mode. | There are listed the advantages for specific operations: technical servicing the oil and gas fields, examining the pipe-g lines, hydrographic surveys, etc. Functionality of the hydroacoustic reference system, which is the main component * of the ship follow target system, is studied. It has been stated that the follow target mode allows the ship to follow the я target automatically. In most cases, the target is an unmanned remotely operated vehicle (ROV). ROV is a robot per-g. forming specific tasks under water controlled from the ship. ROV support vessels specialize on such operations. The g ROV equipment and capabilities depend on the complexity of the task. The simplest tasks are inspection of the pipe-o line, platform supports, watching divers, visual inspection of an object lowered to the bottom, etc., when ROV is g equipped with cameras, searchlights and, occasionally, sonars. To carry out the construction work or maintain the underwater facilities there are needed the servicing ROVs equipped with tools for specific purposes. There has been il-g lustrated a model chart of the ship motion and dislocation of the ROV working area. Connection between ROV and | the ship by means of a fiber optic cable is considered in detail, the advantages and disadvantages of this connection § are listed. Conclusions are drawn about the widespread use of DP systems on modern ships, in particular those operatic ing in the oil and gas industry, as well as in other areas of marine operations.
о
й Keywords: vessel, dynamic positioning, target tracking, ship position, system, safety я
§ For citation: Guliyev N. N. Follow target mode on modern ships equipped with dynamic positioning (DP) system. Vest-
g nik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technologies. 2023;1:45-49. (In Russ.).
$ https://doi.org/10.24143/2073-1574-2023-1-45-49. EDN YWVTRP.
к я я
| Введение Слежение за целью - режим, при котором суд-§ Морские подводные объекты должны обладать но автоматически следует за целью. В большин-повышенной надежностью при строительстве стве случаев этой целью является ROV (телеуправ-^ и эксплуатации с учетом особых условий: большие ляемый необитаемый подводный аппарат). По-щ глубины моря, длительная протяженность без про- скольку ROV намного маневреннее и перед судном щ межуточных компрессорных станций, штормы, не стоит задача реагировать на каждое его движе-§5 подводные течения, сейсмичность и другие факто- ние, используют функцию - радиус реакции, т. е. Е^ ры. В процессе строительства и сервиса подводных судно удерживает позицию до тех пор, пока цель u объектов нефтегазовой промышленности следует находится в пределах границ установленной учитывать требование, согласно которому морское окружности. Как только цель выходит за пределы судно должно оставаться неподвижным или дви- окружности, судно перемещается на величину ра-гаться точно и контролируемо, а также в зависимо- диуса, а цель снова оказывается в центре окружности от операции судно должно следить за опреде- сти (рис. 1).
ленной целью в движении. Для того чтобы следовать за ROV, на судне
должна быть установлена HPR (гидроакустическая
Материалы исследования система отсчета), подключенная к DP-системе [2].
Суда, вовлеченные в нефтяную промышлен- На ROV может быть установлен транспондер или
ность и оснащенные системой динамического по- респондер. Разница между ними в том, что транс-
зиционирования (DP), должны не только удержи- пондер принимает запускающий сигнал от транс-
вать позицию и курс судна, но и двигаться в зави- дьюсера по воде и посылает сигнал о местополо-
симости от типа выполняемой работы, удерживая жении тоже по воде, респондер получает запуска-
определенный курс или расстояние от определен- ющий сигнал по соединяющему кабелю, а посыла-
ной цели [1]. Характер работ, выполняемых суд- ет сигнал по воде. Еще одно важное условие для
ном, обусловливает доступные режимы системы. режима слежения за целью состоит в том, что
Режим слежения за целью в различных модифика- транспондер или респондер должен быть настроен
циях системы DP называется по-разному: follow как мобильная цель. Тогда DP-система не будет
target или follow sub mode. использовать его для позиционирования и можно
будет настроить режим слежения за целью.
Vestnik ASTU. Series: Marine engineering and technologies. 2023. N. 1 ISSN2073-1574 (Print), ISSN2225-0352 (Online)
Shipbuilding, ship repair and fleet operation
Cb
<
F
Движение , ROV /
Новая рабочая зона ROV
Движение судна
Следующая рабочая зона ROV
о.
n
Рис. 1. Перемещение судна в режиме слежения Fig. 1. Ship motion in a follow target mode
Звук передается в воде в виде волн давления. Вода является сложной средой для распространения звука, и многие физические факторы влияют на звуковые сигналы несколькими способами. Факторами, влияющими на звуковую волну в гидроакустике, являются шум от двигателя судна, бу-
о
►а
рения, волн и других гидроакустических воздействий, в том числе отражения звука от морского дна, судна, поверхности подводных конструкций и т. д. (рис. 2). Значения скорости звука изменяются в зависимости от температуры и солености.
ОТРАЧ4ЕНИЕ ВОЛНЫ
РЕАЛЬНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
ШУМ ОТ СУДНА
ИДЕАЛЬНАЯ ТРАЕКТОРИЯ „V СИГНАЛА
HPR ТРАНСДЬЮСЕР
"Т
Т HPRТРАНСПОНДЕР
СИГНАЛ ПЕРЕДАТЧИКА "" 1 (ИМПУЛЬС) ОТРАЖЕНИЕ ОТ ДНА
Рис. 2. Факторы, оказывающие влияние на звуковые сигналы Fig. 2. Factors influencing the sound signals
Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. 2023. № 1 ISSN2073-1574 (Print), ISSN2225-0352 (Online)
Судостроение, судоремонт и эксплуатация флота
Рч
а
я я я
я я
ч >я
I
я
я
2 А
ч
Я
rt
п
я я
Й
4 о
5 Я Й Рч
РР РР
Я
ч
Связь ROV с судном осуществляется при помощи оптоволоконного кабеля. Основные достоинства этого соединения: большая пропускная способность, небольшие размеры, малый вес; но имеется один недостаток - хрупкость. Кабель с судна на ROV соединяется с распределительным блоком. К этому блоку подключаются все сенсоры, каждый в отдельный выделенный канал. На судне другой конец оптоволоконного кабеля присоединяется к специальному блоку, который считывает информацию, преобразуя ее в нужные форматы для дальнейшего пользования. Этот блок способен осуществлять трансляцию, используя последовательный интерфейс (СОМ-порты) или интернет-соединения [3].
Одним из факторов, вызывающих проблемы в гидроакустике, является акустический шум. Шум генерируется самим судном или буровой установкой, соседними буровыми установками или судами, ROV или волнами. Азимутальные подруливающие устройства обычно производят больше шума, чем туннельные подруливающие устройства. Двигатели производят шум, но они также создают пузырьки воздуха, которые блокируют звуковой сигнал. Сходным образом движение назад и промывка подруливающего устройства между транс-
дьюсером и транспондером может создать акустические условия [4].
Система HPR определяет положение подводной цели (транспондер/ответчик) узким приемным лучом в направлении его местоположения. Также HPR использует цифровой формирователь луча, который занимает его вход со всех преобразовательных элементов. Система использует ряд широких фиксированных лучей для определения приблизительного положения цели. Как только это будет достигнуто, система будет использовать данные со всех элементов на полусфере, обращенной к цели, для расчета узкого луча приема и оптимизации направленного измерения. Диапазон измеряется путем вычисления временной задержки. Система будет динамически управлять лучом, поэтому он всегда направлен к цели, компенсируя движение цели, вычисляя одновременно крен и дифферент судна. Данные датчика крена и дифферента используются для стабилизации луча, а данные о направлении от компаса вводятся в алгоритм слежения, чтобы направить луч в правильную горизонтальную направляющую. Приемопередатчик HPR (рис. 3) может работать одновременно с 56 транспондерами.
Рис. 3. Компоненты приемопередатчика HPR Fig. 3. Components of a HPR transceiver
Системы слежения за целью обычно могут работать в одной из двух доступных конфигураций:
- сопровождение одной движущейся цели;
- сопровождение нескольких движущихся целей. Режим сопровождения одной движущейся цели
позволяет судну автоматически следовать за движущейся целью и удерживает судно в «окне положения» по отношению к цели. Движущаяся цель должна быть оснащена мобильным опорным транспондером или лазерным отражателем, чтобы
система могла контролировать ее относительное положение. Если, например, движущаяся цель является транспортным средством с дистанционным управлением, судно должно быть оснащено системой HPR. В дополнение к мобильному опорному транспондеру на цели необходима дополнительная фиксированная система относительного позиционирования, например DGPS, или стационарный транспондер, развернутый на морском дне. Можно определить круг операции, внутри которого может
Vestnik ASTU. Series: Marine engineering and technologies. 2023. N. 1 ISSN2073-1574 (Print), ISSN2225-0352 (Online)
Shipbuilding, ship repair andfleet operation
перемещаться цель, не приводя к движению судна. Радиус этого круга («радиус реакции») может достигать 1 000 м. Также можно приостановить движение судна в режиме сопровождения цели [5].
Режим сопровождения нескольких движущихся целей позволяет судну DP сопровождать движущуюся конструкцию или судно, снабженное двумя или более целями (например, лазерными отражателями). Обычно можно использовать систему относительного позиционирования Fanbeam с программным обеспечением для двойной цели. Движущуюся конструкцию можно отслеживать по отношению к положению и курсу движения.
Оператор может выбирать между следующими режимами работы:
1. Сопровождение позиции заставляет судно отслеживать движущуюся конструкцию относительно положения. Судно всегда будет сохранять одинаковое положение по отношению к движущейся конструкции при поддержании абсолютного курса.
2. Сопровождение курса заставляет судно отслеживать движущуюся конструкцию относитель-
но курса. Судно всегда будет сохранять одинаковый курс по отношению к движущейся конструкции при поддержании абсолютного положения.
3. Сопровождение позиции и курса заставляет судно отслеживать движущуюся конструкцию относительно положения и курса. Судно всегда будет сохранять одинаковое положение и курс по отношению к движущейся конструкции.
Заключение
Гидрографическое обеспечение строительства подводных объектов является наиболее сложным видом инженерных гидрографических работ. Режим слежения за целью на судах, оснащенных системой DP, является важным инструментом для судов, вовлеченных в нефтегазовую промышленность. Поскольку системы DP широко используются во всех видах морских операций, данный инструмент дает возможность для более качественного обслуживания подводных объектов и представляет ценность для судоводителей.
Список источников
1. Шостак В. П. Динамическое позиционирование плавучих объектов. Чикаго: Мегатрон, 2010. 130 с.
2. ÎMO MSC Circular 645 Guidelines for vessels with dynamic positioning systems. The International Marine Contractors Association, 1994. 20 p.
3. Mandt M., Gade K., Jalving B. Integrating DGPS-USBL position measurements with inertial navigation in the HUGIN 3000 AUV // Proceedings of the 8th Saint Peters-
References
1. Shostak V. P. Dinamicheskoe pozitsionirovanie plavuchikh ob"ektov [Dynamic positioning of floating objects]. Chikago, Megatron Publ., 2010. 130 p.
2. IMO MSC Circular 645 Guidelines for vessels with dynamic positioning systems. The International Marine Contractors Association, 1994. 20 p.
3. Mandt M., Gade K., Jalving B. Integrating DGPS-USBL position measurements with inertial navigation in the
a <
N
burg International Conference on Integrated Navigation Systems (Saint Petersburg, 28-30 May 2011). Saint Petersburg: State research center of Russia "Electropribor", 2001. 300 p.
4. Hubert Fay. Dynamic Positioning Systems: Principles, Design and Applications. Editions OPHRYS, 1990, 189 p.
5. Keedwell S. Advancing the art of subsea inspection // Offshore (Tulsa). 2011. V. 71. N. 4. P. 102-103.
О "d
HUGIN 3000 AUV. Proceedings of the 8th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (Saint Petersburg, 28-30 May 2011). Saint Petersburg, State research center of Russia "Electropribor", 2001. 300 p.
4. Hubert Fay. Dynamic Positioning Systems: Principles, Design and Applications. Editions OPHRYS, 1990, 189 p.
5. Keedwell S. Advancing the art of subsea inspection. Offshore (Tulsa), 2011, vol. 71, no. 4, pp. 102-103.
Статья поступила в редакцию 25.01.2023; одобрена после рецензирования 03.02.2023; принята к публикации 09.02.2023 The article was submitted 25.01.2023; approved after reviewing 03.02.2023; accepted for publication 09.02.2023
Информация об авторе / Information about the author
Намиг Низами оглы Гулиев - аспирант кафедры морской навигации; Азербайджанская государственная морская академия; namiq.1993@gmail.com
Namig N. Guliyev - Postgraduate Student of the Department of Maritime Navigation; Azerbaijan State Maritime Academy; namiq.1993@gmail.com
