П. В. Гайский
Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
e-mail: gaysky@inbox.ru
Аннотация
Описаны разработанные и реализованные программно алгоритмы первичной регистрации и обработки измерительных данных гидрологических измерителей, построенных на базе распределенных датчиков температуры – термопрофилемеров. Термопрофилемеры – пространственные датчики температуры, изготовленные из термочувствительных (в частности, медных) непрерывных проводников, ортогонально уложенных в шину заданной длины в защитной оболочке-трубке. Пространственное разрешение измерителя определяется укладкой и длиной каждого участка датчика. Алгоритмически-программная обработка данных сопротивлений проводников позволяет восстанавливать с помощью матриц градуировочных коэффициентов осредненные на участках непрерывного профиля значения температур. Интерполяция и аппроксимация полученного дискретного ряда обеспечивает расчет мгновенного сплайн-профиля температуры, который далее используется для последовательного построения динамической картины изменчивости поля температуры в виде цветового градиента и изолиний. В оперативном телеметрическом режиме измерений такой метод позволяет наглядно визуализировать картину пространственного распределения температуры как при статической установке датчика, так и при зондировании по глубине, а также алгоритмически обнаруживать и контролировать другие гидрологические параметры и процессы в водной среде: границы раздела, поверхностные и внутренние волны, апвеллинг, сгонно-нагонные явления, вертикальные скорости переноса водных масс и др. Пространственное разрешение и длина термопрофилемеров при изготовлении в зависимости от решаемых задач могут варьироваться от нескольких сантиметров до десятков метров. В гидрологических измерительных системах датчики могут применяться в статическом и зондирующем режимах. При этом прикладное программное обеспечение для каждого типа датчика и метода проведения измерений позволяет использовать специализированные функции обработки и отображения данных.
Ключевые слова
программный алгоритм, распределенный датчик температуры, термопрофилемер, изотерма, вертикальный профиль, теплозапас, термоклин, внутренние волны, поле температуры, теплообмен, термокоса
Благодарности
Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № 0555-2021-0004.
Для цитирования
Гайский П. В. Алгоритмически-программное обеспечение регистрации данных гидрологических измерителей на базе распределенных термопрофилемеров // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 3. С. 128–142.
Gaisky, P.V., 2022. Algorithmic and Software Data Registration of Hydrological Meters Based on the Distributed Thermoprofilemeters. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (3), pp. 128–141.
Список литературы
- Термокосы ЮО ИО РАН: конструкция, методика и результаты метрологического исследования датчиков / В. В. Очередник [и др.] // Океанология. 2018. Т. 58, № 5. С. 719–730. https://doi.org/10.1134/S003015741805009X
- Николаев Н. И., Васильева Н. В., Николаева И. В. Разработка устройства для удаленного мониторинга температурной среды «термокоса» // Наука и бизнес: пути развития. 2021. № 11. С. 17–23.
- Гайский В. А., Гайский П. В. Распределенные термопрофилемеры и их возможности в океанографических исследованиях // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 6. С. 46–76.
- Очередник В. В., Запевалов А. С. Исследование короткопериодной изменчивости поля температуры на Черноморском гидрофизическом полигоне Института океанологии РАН // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. № 1. С. 44–49. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2018-1-44-49
- Толстошеев А. П., Лунев Е. Г., Мотыжев С. В. Анализ результатов натурных экспериментов с термопрофилирующими дрейфующими буями в Черном море и других районах Мирового океана // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 5. С. 9–32.
- Мотыжев С. В. Создание дрифтерной технологии для контроля океана и атмосферы // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 74–88.
- Толстошеев А. П., Лунев Е. Г., Мотыжев С. В. Исследование верхнего слоя Черного моря с помощью термопрофилирующих дрейфующих буев // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. Вып. 16. С. 116–123.
- Исследование внутренних волн по данным трех заякоренных термокос / В. В. Очередник [и др.] // Береговая зона моря: исследования, управление, перспективы: сборник материалов Международной молодежной летней школы: научное электронное издание / Под редакцией В. А. Гриценко. Калининград, 2018. С. 12–16.
- Дубравин В. Ф., Капустина М. В., Мысленков С. А. Внутригодовая изменчивость суточного хода температуры воды на Самбийско-Куршской возвышенности (Юго-Восточная Балтика) в 2016 г. // Процессы в геосредах. 2019. № 1. С. 32–39.
- Гайский В. А., Гайский П. В. Использование распределенных датчиков для температурных измерений в море. Севастополь : ИПТС. 2018. 222 с. https://doi.org/10.33075/978-5-6040795-4-6
- Гайский П. В. Результаты годовых наблюдений вертикального профиля температуры на океанографической платформе с помощью распределенных термопрофилемеров // Системы контроля окружающей среды. Севастополь : МГИ, 2014. Вып. 20. С. 44–53.