Стационарный комплекс дистанционного мониторинга океанологически

СТАЦИОНАРНЫЙ КОМПЛЕКС ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Зарецкий А.В., Соловьев В.А., Свиридов С.А., Метальников А.А.

Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, HYPERLINK «mailto:[email protected]» [email protected]

Одним из приоритетных способов изучения Мирового океана в настоящее время является применение постоянно действующих измерительных комплексов в ключевых точках океанов и морей. Такие измерительные комплексы обычно состоят из одной или нескольких подводных измерительных обсерваторий, связанных между собой единой кабельной сетью, обеспечивающей в реальном времени сбор, оперативное хранение и передачу информации во внешние информационные центры и энергообеспечение всей инфраструктуры обсерватории. Основным отличием стационарных измерительных комплексов является возможность непрерывного измерения океанологических параметров в течение длительного времени. Это создает благоприятные условия для изучения морской среды в широком диапазоне пространственно-временных масштабов, что невозможно при использовании только судовых наблюдений [1].

Начиная с 2004 г. в ИО РАН ведется разработка стационарного берегового комплекса (СБК), предназначенного для непрерывного измерения гидрофизических параметров прибрежной акватории на базе ЮО ИО РАН (г. Геленджик) и передачи их в реальном времени по сети Интернет-потребителям.

Структура стационарного берегового комплекса

СБК по структуре является территориально-распределенным. Он состоит из одной или более подводных обсерваторий с измерительным оборудованием, коммуникационного узла, территориального центра обработки информации и Главного центра хранения и обработки данных. Структура СБК приведена на рис. 1.

Элементы комплекса соединены защищенными каналами связи. Вся информация собирается и обрабатывается в хранилище исследовательских данных по океанологии OceanDB [2]. Оно было разработано в ИО РАН в 2001–2007 гг. и состоит из реляционной базы данных и инструментария для работы с ней. Хранилище исследовательских данных предназначено для обеспечения работ научных сотрудников ИО РАН, его региональных отделений и других учреждений, занимающихся исследованием океана.

Рис. 1. Структура СБК.

Компоненты стационарного берегового комплекса

Подводная обсерватория.

В настоящее время к стационарному комплексу подключены следующие модули подводной обсерватории:

Комплект приемных линий для электромагнитного мониторинга изменчивости прибрежного течения. В июне 2006 г. по дну Голубой бухты были проложены две ортогональные приемные линии (полевые телефонные кабели), заземленные на концах неполяризующимися электродами [3]. Приемные линии были выведены под пирсом на территории ЮО ИО РАН и присоединены к коммуникационному узлу.

Термокоса и датчик температуры воздуха над поверхностью воды. Для измерения вертикального профиля температуры воды была изготовлена термокоса с использованием кабеля марки П-296, на котором через каждые 1,5 м размещены цифровые датчики температуры DS18B20. Значения температуры с них передаются в цифровом виде. Контроллер данных выполнен основе микроконтроллера Atmel. Он считывает показания с датчиков температуры и передает их по интерфейсу RS–232 в коммуникационный узел. Термокоса установлена вертикально на одной из свай под пирсом ЮО ИО РАН в Голубой бухте.

Гидрофизический модуль в автономном прочном корпусе.

Гидрофизический модуль через герметичный ввод в прочном корпусе подключается к коммутационному узлу с помощью оптоволоконного кабеля. Внутри прочного корпуса размещены следующие блоки:

блок гидрофизических датчиков имеющий в своем составе:

датчик электропроводности-солености (диапазон измерения — 0-70 мСм/см; погрешность — 0.02 мСм/см);

датчик давления (диапазон измерения — 0-500м; погрешность — ±0.25%);

датчик температуры (диапазон измерения — -2÷32°; погрешность — ±0.02°);

датчик электрического поля;

гидрофон;

медиаконвертер, выполняющий преобразование сигнала из стандарта Ethernet 100Base-FX в 100Base-TX;

блок коммутации Ethernet, позволяющий подключать несколько входных измерительных каналов, имеющих интерфейс Ethernet, и выходной канал, подключаемый к медиаконвертеру;

блок преобразования интерфейса, преобразующий интерфейсы RS232/422/485 в Ethernet;

блок аналого-цифрового преобразования, позволяющий подключать первичные измерительные преобразователи с аналоговым выходом.

Коммуникационный узел

Коммуникационный узел представляет собой аппаратный бокс на пирсе ЮО ИО РАН. К боксу подведено электропитание и информационная сеть по оптоволоконному кабелю от территориального центра обработки информации.

Территориальный и главный центры обработки и хранения информации

Территориальный центр обработки информации служит для накопления информации с подводных обсерваторий, первичной обработке и пересылке данных по сети Интернет в главный центр хранения и обработки данных ИО РАН. Территориальный центр размещается на территории ЮО ИО РАН.

Данные от коммуникационного узла поступают (рис. 1) по оптоволоконному кабелю к расположенному в территориальном центре компьютеру сбора данных. С помощью этого компьютера выполняется первичный сбор данных с обсерваторий и их предварительная обработка. Территориальный центр подключен к сети Интернет через компьютер-шлюз. Компьютер-шлюз выполняет функции маршрутизации и организует канал VPN между территориальным и главным центрами. По каналу VPN данные пересылаются в зашифрованном виде, что предотвращает несанкционированный доступ к данным при передаче.

В главном центре хранения и обработки информация попадает в хранилище океанологических данных OceanDB. Главный центр находится в здании ИО РАН в Москве и соединен оптоволоконной линией связи с сетью Интернет. Оптоволоконная линия связи (см. рис. 1) подключается к медиаконвертеру, который преобразует сеть стандарта 100Base-Fx в 100Base-Tx. Медиаконвертер, в свою очередь, подключается к компьютеру-шлюзу, выполняющему функции маршрутизации и организации канала связи VPN между центрами. Компьютер-шлюз через коммутатор Ethernet соединяется с сервером СУБД Oracle 10G и сервером приложения Oracle Application Server 10G. На этих серверах размещается хранилище океанологических данных OceanDB.

В период 2006–2007 гг. были проведены натурные испытания комплекса, в ходе которых в главный центр хранения и обработки данных в реальном масштабе времени передавалась информация о температуре воды на разных горизонтах, высоте волн, вдольберегового течения, данные от гидрофизического модуля, данные о температуре воздуха, атмосферном давлении, скорости и направлении ветра, влажности (получаемых от стандартной метеостанции). Испытания СБК показали его работоспособность и возможность использования для долговременного многопараметрического мониторинга морской среды на шельфе, в том числе и для задач экологического мониторинга.[4]. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 04-07-090428в, № 05-07090405в), а также программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 17 “Мировой океан: геология дна, физика, биология и проблемы экологии” (раздел 1.8-1).

Литература

Смирнов, Г. В. Средства и методы океанологических исследований/ Смирнов Г. В., Еремеев В. Н., Агеев М. Д. и др.// Океанология //. М.: Наука, — 2005. — С. 25–46.

Метальников, А. А. Хранилище комплексных океанологических данных/ Метальников А. А., Осипенко М. В., Свиридов С. А.и др. // Океанология. – 2005. — Т. 45 — № 4. — С. 103–112.

Palshin, N. A. Motionally induced voltage measurementsin near-shore zone of the Black Sea / Palshin N. A., Medzhitov R. D., Poray-Koshits A. M., Dyakonova I. V. // Proceedings of the 18th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth. Abstracts of the 18th Workshop, EI Vendrell, — Spain, — September 17–23, — 2006.

Свиридов, С. А. Стационарный комплекс для долговременных измерений океанологических параметров в реальном масштабе времени / Свиридов С. А., Пальшин Н. А, Соловьев В. А, Зарецкий А. В., Метальников А. А. // Океанология. – 2010.- Т.50. — № 1. — С. 151-160.