Система мониторинга и защиты от морской угрозы

Система мониторинга и защиты от морской угрозы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка заявляет преимущество предварительной патентной заявки США №61/488879, поданной 23 мая 2011 г., которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей ее полноте, и приоритет которой заявляется.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] За прошедшие несколько лет существенно увеличились операции по добыче нефти и газа в новых регионах, таких как Арктика. Эта увеличивающаяся активность делает все более вероятным, что в этих регионах будут использоваться фиксированные или плавучие производственные платформы, буровые корабли и другие структуры. Беспокойство для этих типов структур в таких регионах вызывает возможность повреждения их неконтролируемыми объектами, плавающими или затопленными в воде, такими как плавающие обломки судна, тонущий груз, мусор, айсберги, льдины, и другие угрозы ("морские препятствия"). В ледовых районах, например, большие айсберги и мощные льдины могут проходить через области разведки, добычи и бурения. Хотя производственные суда могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать некоторые воздействия от таких морских препятствий, все же суда могут иметь пределы того, как долго они могут выдержать воздействия таких морских препятствий, и какова сила потенциальных воздействий, которые они могут выдержать безопасно.

[0003] По этим причинам операторы на производственном судне или другой структуре должны будут ожидать угроз со стороны препятствий и защищаться от них, и таким образом производственное судно сможет быть достаточно защищено. Если условия становятся слишком опасными, операторы, возможно, также должны приостановить операции и отодвинуть производственное судно, пока возврат к нормальному функционированию не станет безопасным. Возможность сделать это надежно может иметь исключительное значение для операторов.

[0004] Предмет настоящего раскрытия направлен на преодоление или по меньшей мере уменьшение влияния одной или более проблем, сформулированных выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Система и способ мониторинга и защиты от морской угрозы защищают целевую морскую структуру, проводящую "установочные" операции в регионах, имеющих морские препятствия, которые могут угрожать структуре. Вообще, целевая морская структура может быть производственным судном, производственной платформой, буровым кораблем, устьевым отверстием скважины, стояком, судном сейсморазведки или другой морской структурой, используемой в бурении, добыче или в операциях поисково-разведочных работ в море и т.п. Структура может быть плавучей или фиксированной и может быть постоянно или временно прикреплена ко дну моря. Следовательно, структура может быть установлена в определенной точке (то есть, "установлена") для бурения, загрузки танкера, ремонтных работ на скважине, подводного обслуживания или других таких операций по бурению или добыче. Для поисково-разведочных работ структура, такая как судно сейсморазведки, может пересекать область поисково-разведочных работ по запланированному (то есть, "установленному") маршруту для сбора сейсмических данных или производства других поисково-разведочных работ.

[0006] Ледовый регион, такой как Арктика, имеет айсберги, льдины, и другие препятствия, которые плавают в морских водах и переносятся течениями и под влиянием других погодных условий, и такие препятствия могут угрожать структуре, проводящей установочные операции (например, судну, установленному в определенной точке для бурения или добычи, или судну с запланированным маршрутом для поисково-разведочных работ) в таком регионе. Другие водные пути, такие как океаны, моря, озера, реки, устья и прибрежные районы, могут иметь плавающие обломки судов, тонущий груз и мусор, которые плавают в воде и переносятся течениями и под влиянием других погодных условий. Точно так же, как лед может угрожать операциям, эти морские препятствия могут угрожать "установленной" структуре, когда она проводит стационарные или запланированные операции на водных путях.

[0007] Для того чтобы работать с морскими угрозами для целевой морской структуры, компьютерная система мониторинга имеет клиент-серверную архитектуру и имеет различные компоненты и процессы, распределенные в среде вокруг целевого судна. Система использует средства связи, пользовательские интерфейсы и источники данных для того, чтобы идентифицировать морские угрозы и препятствия, находящиеся в непосредственной близости от целевого судна.

[0008] По мере выполнения операций, например, система и ее операторы контролируют положения и перемещения идентифицированных морских препятствий в течение времени относительно целевого судна и прогнозируют любые потенциальные угрозы целевому судну. Прогнозы угроз могут быть основаны на прошлых, текущих и прогнозируемых значениях переменных, включая, но не ограничиваясь этим, пути перемещения морских препятствий, течения, скорости и направления ветра, высоту волны, другие погодные условия, выполняемые на целевом судне операции, и другие соображения. Когда угроза спрогнозирована, система и ее операторы планируют ответ на угрозу, который может включать в себя развертывание по меньшей мере одного ресурса в ответ на спрогнозированную угрозу. Это планирование может использовать много экранов пользовательского интерфейса, которые позволяют системным операторам просматривать, организовывать, отслеживать и трассировать как морские препятствия, так и ресурсы, находящиеся в непосредственной близости от целевого судна.

[0009] Вообще, ресурсы могут быть управляемыми человеком либо работающими без обслуживающего персонала судами обеспечения, маяками, аппаратами с дистанционным управлением, самолетами, и т.п. При планировании развертывания судна обеспечения, например, система может сгенерировать трассу для судна обеспечения так, чтобы отслеживать морское препятствие или прицепиться к морскому препятствию, чтобы отклонить или разбить морские препятствия с тем, чтобы предотвратить или минимизировать их потенциальное воздействие на целевое судно. При планировании развертывания маяка, имеющего транспондер спутниковой системы геопозиционирования GPS, например, система может выбрать, какое именно морское препятствие может нуждаться в таком наблюдении и слежении.

[0010] В целом система мониторинга защищает целевое судно в режиме реального времени путем централизованного мониторинга окружающих условий и любых текущих активностей. Например, система мониторинга может отслеживать положения морских препятствий, отслеживать условия окружающей среды, прогнозировать перемещения морских препятствий, организовывать экспедиции для разведки морских препятствий, организовывать ледокольные маршруты для судов, размещать и отслеживать маяки на морских препятствиях в режиме реального времени и выдавать аварийные сигналы на основе прогноза перемещения объектов вокруг целевого судна. Для того чтобы в конечном счете работать с угрозами, системные операторы на целевом судне и судах обеспечения могут выполнять различные задачи по сбору информации и по управлению ответами на различные угрозы. Некоторые из этих задач включают в себя разведку угроз, мониторинг или маркирование конкретных угроз, разрушение угроз и активное изменение пути угроз.

[0011] Очевидно, что владение корректной информацией полезно при принятии решений по защите целевого судна. Для того чтобы достичь этой цели, система использует оперативное управление данными, передачу данных, отслеживание судна и отслеживание объектов. Для того чтобы затем облегчить анализ и принятие решений, системные операторы могут просмотреть последние изображения и полученные данные о местоположении этих элементов. Кроме того, прогнозирующие функции системы используют модели прогноза океанических течений, наблюдения транспондеров и отслеживание препятствий так, что система может сделать прогнозы на будущее, и операторы могут смоделировать возможные сценарии развития событий.

[0012] В заключение следует отметить, что раскрытая система предоставляет системным операторам релевантную информацию для определения плана действий по защите целевого судна от входящих угроз. Принятие неправильных решений может быть очень дорогостоящим и повлечь за собой различные финансовые проблемы, проблемы безопасности и проблемы для окружающей среды. Следовательно, система мониторинга имеет то преимущество, что она позволяет операторам правильно распорядиться тем, как целевое судно может быть защищено, когда ему следует завершить работу и когда его следует вывести из угрожаемого района, если уровни риска становятся слишком высокими.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Фиг. 1 схематично показывает систему мониторинга и защиты от морской угрозы в соответствии с настоящим раскрытием.

[0014] Фиг. 2 схематично показывает некоторые из компонентов системы мониторинга, включая целевое судно, судно обеспечения, маяк и удаленный аппарат, наряду с различными службами, используемыми системой.

[0015] Фиг. 3A-3B показывают функции клиент-серверной архитектуры для системы мониторинга.

[0016] Фиг. 4A-4B схематично показывают общую методологию вычислений и обработки данных для системы мониторинга.

[0017] Фиг. 5 концептуально показывает компоненты системы мониторинга в примерной компоновке во время операций.

[0018] Фиг. 6 показывает процесс мониторинга угроз целевому судну в виде блок-схемы.

[0019] Фиг. 7A-7D показывают примерные экраны пользовательского интерфейса для раскрытой системы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

A. Краткий обзор системы мониторинга

[0020] Как было отмечено ранее, защита прикрепленных, фиксированных или стационарных морских структур или морских структур с запланированными перемещениями или маршрутами от морских препятствий и воздействий представляет собой существенную проблему для работ по бурению, добыче, а также для поисково-разведочных работ в некоторых морских регионах, таких как Арктика. Чтобы справиться с этой проблемой, операторы на такой структуре могут использовать систему 10 мониторинга и защиты от морской угрозы, которая схематично проиллюстрирована на Фиг. 1. Система 10 мониторинга защищает целевую морскую структуру 20, находящуюся в регионе, таком как арктический, имеющем плавучие и/или погруженные в воду объекты, которые перемещаются в океане и угрожают структуре 20.

[0021] В целом, целевая морская структура 20 может быть производственным судном, производственной платформой, буровым кораблем, устьевым отверстием скважины, стояком, судном сейсморазведки или другой морской структурой, используемой при бурении, добыче или при поисково-разведочных операциях в море. Структура 20 может быть плавучей или фиксированной, и может быть постоянно или временно прикреплена ко дну моря. Следовательно, структура может быть установлена в определенной точке (то есть, "установлена") для бурения, загрузки танкера, ремонтных работ на скважине, подводного обслуживания или других таких операций по бурению или добыче в акватории. Для поисково-разведочных работ структура 20, такая как судно сейсморазведки, может пересекать область поисково-разведочных работ по запланированному (то есть, "установленному") маршруту для сбора сейсмических данных или производства других поисково-разведочных работ. В любом случае структура 20 обычно работает в одном конкретном местоположении в течение некоторого периода времени для выполнения бурения, добычи или производства поисково-разведочных работ, что делает ее уязвимой для движущихся угроз от морских препятствий в воде. В целях описания структура 20 упоминается в настоящем документе как целевое судно, однако структура 20 может быть любой из нескольких типов структур, судов, платформ и т.п., которые известны и используются для бурения, добычи и производства поисково-разведочных работ на водных путях.

[0022] Как будет обсуждено в примерах ниже, такое целевое судно 20 может использоваться в ледовых регионах, имеющих ледниковый лед, паковый лед, льдины и другие ледяные препятствия. Однако судно 20 и элементы раскрытой системы 10 могут использоваться и в других географических положениях, имеющих мусор, растения, плавающие обломки судов, тонущий груз или другие преграды или препятствия, погруженные в воду и/или плавающие в воде, которые могут помешать бурению, добыче или производству поисково-разведочных работ судном 20. Кроме того, раскрытая система 10 может также осуществлять мониторинг морских животных, таких как стаи рыб, стада китов и т.п., так что различные меры могут быть предприняты целевым судном 20. Раскрытая система 10, как описано в примерах ниже, может использоваться для мониторинга и защиты целевого судна 20 в любой из этих ситуаций способом, аналогичным обсуждаемому ниже.

[0023] При использовании в ледовом районе, например, целевое судно 20 подвергается угрозам от движущихся морских препятствий, а именно, плавающих обломков судов, тонущего груза, мусора, айсбергов, льдин, свободного пакового льда, а также других опасностей, которые могут ударить судно 20 и вызвать структурное повреждение, превышающее допустимые для судна ограничения. Морские препятствия могут перемещаться свободно в области вокруг целевого судна 20, и погодные условия, океанические течения, высота волн, направление и скорость ветра, а также другие факторы окружающей среды могут влиять на перемещения этих угроз. Дополнительно к этому, ледовые регионы могут иметь паковый лед различной толщины и с разным количеством слоев. Части этого пакового льда могут оторваться с течением времени, плыть в океанических течениях и угрожать судну 20. Следовательно, возможность отслеживать угрозы со стороны льда и осуществлять мониторинг толщины пакового льда и его разрушения может быть выгодной для защиты целевого судна 20 в таком регионе.

[0024] Для того чтобы помочь операторам повысить уровень безопасности операций (например, бурения, добычи или поисково-разведочных работ), система 10 мониторинга отслеживает, прогнозирует и заранее принимает меры против различных угроз в ледовом регионе. Для того чтобы достигнуть этих целей, система 10 среди других функций, которые будут обсуждены более подробно позже, имеет различные суда 30 обеспечения, маяки 40 сопровождения, аппараты 50 наблюдения и аппаратуру связи (не обозначена специально).

[0025] В системе 10 оборудование на целевом судне 20 действует как центральное управление, и оно связывается непосредственно с каждым из судов 30 обеспечения и других компонентов системы 10. В свою очередь, различные суда 30 обеспечения и другие компоненты, которые должны располагаться, управляться и сопровождаться системой 10, выполняют программное обеспечение для выполнения задачи и получения данных для защиты целевого судна 20. Наконец, суда 20/30 и другие компоненты передают данные и инструкции друг другу с тем, чтобы проактивно действовать против угроз со стороны морских препятствий.

[0026] Вкратце, системные операторы управляют системой 10 на целевом судне 20 так, чтобы быть защищенными от входящих ледяных угроз. По мере выполнения операций (бурения, добычи или поисково-разведочных работ) и возникновения угроз система 10 помогает управлять операциями судов 30 обеспечения, имеющих задачу защиты целевого судна 20, и помогает отслеживать и осуществлять мониторинг ледовых угроз относительно целевого судна 20. В качестве части этого управления система 10 получает и использует информацию об образованиях льда и их расположениях от различных спутников 60, таких как метеорологические спутники, спутники наблюдения и спутники системы геопозиционирования GPS. Дополнительно к этому, система 10 может получать изображения и другую информацию, используя удаленные аппараты 50, такие как беспилотные летательные аппараты и т.п., с тем чтобы получать информацию о погоде или фотографии. Кроме того, система 10 может получать информацию от удаленных базовых станций 65, находящихся на суше, таких как метеорологические станции и т.п.

[0027] Система 10 мониторинга затем использует программное обеспечение, системы связи, спутниковые и погодные изображения и т.п., так что системные операторы могут визуализировать и управлять различными угрозами, находящимися вокруг целевого судна 20, и могут выделить и направить различные суда 30 обеспечения и другие компоненты с тем, чтобы отслеживать и работать с этими угрозами. Для того чтобы помочь в визуализации и управлении, система 10 в режиме реального времени осуществляет мониторинг океанических течений, высоты волн, погодных условий (температуры, направления и скорости ветра и т.д.), мусора и льда, находящихся в непосредственной близости от целевого судна 20, и эта информация может спрогнозировать перемещения льда и изменения в окружающей среде.

[0028] Затем, в ходе операций система 10 отслеживает риски от мусора и ледяных угроз и прогнозирует, как эти риски могут развиваться во времени. Прогноз может быть основан на информации, такой как информация об обычных направлениях и скоростях локальных океанических течений, о текущих направлениях и скоростях локальных океанических течений, где в настоящий момент расположены айсберги или плавучие льдины, какова достоверность любого прогноза и т.д. Дополнительно к этому, если целевое судно 20 используется для производства поисково-разведочных работ, таких как сейсмическая разведка, целевое судно 20 имеет запланированный маршрут или курс движения. В этом случае прогноз может быть дополнительно основан на текущей скорости движения целевого судна, направлении, маршруте, запланированном курсе и т.д.

[0029] На основе отслеженных рисков и прогнозов система 10 может затем идентифицировать и автоматически предложить различные сценарии для улучшения защиты целевого судна 20 путем указания того, могут ли препятствия быть перемещены или разрушены в подходящем временном интервале, когда следует снимать с якоря и перемещать целевое судно 20 от спрогнозированной угрозы, и т.д.

[0030] Посредством этого мониторинга, отслеживания и прогнозирования система 10 мониторинга получает и представляет системным операторам для анализа множество данных. Данные непосредственных наблюдений от датчиков и маяков 40 могут в реальном времени сообщить информацию о расположении судов 30 обеспечения, айсбергов, льдин, об океанических течениях, о скорости и направлении ветра, а также о других интересующих переменных. Датчики и маяки 40 могут быть развернуты вручную или воздушным путем, сброшены с судна 30 обеспечения, вертолета, радиоуправляемого беспилотного летательного аппарата и т.д. Используемые датчики могут включать в себя профиломеры льда, такие как смотрящие вверх сонары для обнаружения присутствия, толщины, движения и других параметров морского льда. Примеры таких устройств включают в себя сонар-профиломер льда и акустический доплеровский профиломер течений, которые развертываются в воде на глубине 25-60 м ниже поверхности. Дополнительные данные для анализа включают в себя, но не ограничиваются этим, спутниковые изображения льда, файлы формата ESRI (Environmental Systems Research Institute, Inc.), вручную определенные препятствия с присвоенными заголовками и уровнем угрозы, прогнозные модели морских течений/ледяных потоков, исторические данные океанических течений, положения судов и запретных зон, показания стандартных корабельных и ледовых радаров и алгоритмы автоматической идентификации. Для прогнозирования перемещений льда в воде система может использовать профиломеры льда, смонтированные на морском дне, которые могут измерять толщину льда (приблизительно), размер плавучей льдины, и проводить другие измерения.

[0031] Комбинируя всю эту информацию, системные операторы могут затем использовать систему 10 для того, чтобы направить суда 30 обеспечения для выполнения выбранных задач, таких как прохождение по маршруту разрушения морского препятствия, физическое отклонение морского препятствия, визуальное наблюдение за морскими препятствиями, развертывание маяков 40 дистанционного мониторинга, и т.д. В конце система 10 стремится идентифицировать риски как можно раньше, прогнозировать, куда эти риски будут перемещаться со временем, и идентифицировать защитные меры против угроз, так чтобы целевое судно 20 могло продолжать операции. Кроме того, система 10 может также идентифицировать уровень угрозы и какое количество времени может понадобиться для того, чтобы прекратить установочные операции и, возможно, переместить или эвакуировать судно 20.

[0032] Как более подробно обсуждается ниже, системные операторы используют инструмент планирования системы 10 для того, чтобы проактивно осуществлять мониторинг окружающей среды, оценивать риски и принимать необходимые решения, такие как отдание команд судам обеспечения 30 на то, чтобы перехватить морские препятствия, которые представляют угрозу, и отдание команд судам обеспечения 30 на то, чтобы выполнить разведочные и ледокольные работы на предопределенном маршруте (например, "заграждение", "беговая дорожка", эллиптического, орбитального и других типов). Как показано на Фиг. 1, например, для судна 30a обеспечения определена задача перемещаться по маршруту типа «заграждение» для того, чтобы предотвратить ледовые угрозы, разбивая лед и находясь в готовности перемещать препятствия при необходимости. Оператор может также отдавать команды судам 30 обеспечения наблюдать и помечать идентифицированные морские препятствия, которые представляют собой угрозу. Например, для другого судна 30b обеспечения на Фиг. 1 определена задача наблюдать и пометить конкретный айсберг. Рекогносцировка также может выполняться удаленными аппаратами 50, такими как беспилотные летательные аппараты, которые могут сбросить маяки 40, сделать фотографии рельефа льда, сделать погодные измерения и выполнить другие работы вокруг целевого судна 20. Эти и другие детали системы 10 обсуждаются ниже.

B. Компоненты системы мониторинга

[0033] С пониманием системы 10 мониторинга в целом обсуждение далее фокусируется на дополнительных деталях компонентов системы.

[0034] Фиг. 2 схематично показывает некоторые из компонентов системы 10 мониторинга, включая целевое судно 20, судно 30 обеспечения, маяк 40 и удаленный аппарат 50. Также на Фиг. 2 изображены различные службы 140, используемые системой 10 мониторинга. Как будет понятно, другие относящиеся к делу компоненты также могут использоваться и могут быть основаны на некоторых из тех же самых концепций, которые детализированы ниже. Кроме того, данная реализация может иметь большее или меньшее количество этих компонентов.

[0035] Целевое судно 20 имеет системы связи 22, датчики 24, серверные модули 120 и пользовательские интерфейсы 26. Во время работы системы связи 22 получают данные от различных удаленных служб 140, включая службу 142 погоды, службу 144 спутникового наблюдения, службу 146 удаленных баз и службы 148 геопозиционирования, используя спутники или другие формы связи. Служба 144 спутникового наблюдения может использовать радар с синтезированной апертурой (SAR) для картографирования и мониторинга плавающих обломков судов, тонущего груза, мусора, айсбергов, льдин и другого морского льда и может обеспечивать изображения в режиме реального времени (или по меньшей мере в режиме, близком к реальному времени) через Интернет или другие коммуникационные средства. В дополнение к этим удаленным службам 140 у целевого судна 20 могут быть свои собственные датчики 24, такие как радар, визуализация, датчики погоды и другие такие системы, которые могут также собирать локальные данные в непосредственной близости от судна 20.

[0036] Одновременно с этим операторы используют пользовательский интерфейс 26 и различные функции мониторинга и управления серверных модулей 120 для того, чтобы проанализировать и организовать собранные данные. Серверные модули 120 и пользовательский интерфейс 26 выполняются на рабочих станциях системной клиент-серверной архитектуры, которая будет описана позже. На основе анализа угроз, спрогнозированных траекторий перемещения препятствий и задач по работе с угрозами системные операторы могут затем передавать инструкции различным судам 30, маякам 40 и удаленным аппаратам 50, распределенным в области вокруг целевого судна 20. В свою очередь, эти компоненты 30, 40 и 50 могут реализовать эти инструкции, как подробно описано в настоящем документе, с тем чтобы ответить на угрозы целевому судну 20.

[0037] Со своей стороны судно 30 обеспечения имеет конфигурацию, подобную конфигурации целевого судна 20, и включает в себя системы связи 32, датчики 34 и пользовательский интерфейс 36. Вместо того, чтобы иметь серверные модули, судно 30 обеспечения имеет клиентские модули 130, которые могут работать на одной или более рабочих станциях системной клиент-серверной архитектуры вместе с серверным модулем 120 судна. (Конечно, может использоваться и обратная компоновка, в которой целевое судно 20 имеет клиентские модули 130, и по меньшей мере одно из судов 30 обеспечения имеет серверные модули 120.) Во время работы системы связи 32 судна обеспечения могут также получать данные от различных удаленных служб 140 и могут получать инструкции от целевого судна 20.

[0038] Судно 30 также имеет различные локальные датчики и системы 34 для сбора локальных данных, которые позже будут использоваться для мониторинга и анализа. Некоторые локальные системы 34 включают в себя погодные устройства, дифференциальную систему глобального позиционирования (DGPS), эхолот, акустический допплеровский профиломер течений (ADCP), автоматическую систему опознавания (AIS), радар (обычный и ледовый), сонар и другие системы.

[0039] Аналогично работе целевого судна, операторы на судне 30 обеспечения используют пользовательский интерфейс 36 и различные функции мониторинга и управления клиентских модулей 130 с тем, чтобы выполнить инструкции целевого судна. Аналогично, операторы могут использовать эти компоненты для анализа и организации собранных данных и передачи этих данных и другой информации целевому судну 20 и/или другим судам 30 обеспечения.

[0040] Маяк 40 может быть монтируемым на льду маяком для отслеживания ледяных препятствий или может быть плавучим бакеном для отслеживания океанических течений, высоты волн и погодных условий. Например, маяк 40 может быть подобен MetOcean компактному сбрасываемому с воздуха ледовому маяку (CALIB) компании MetOcean Data Systems, который является сообщающим мини-маяком. Этот тип маяка 40 может быть развернут с самолета, и информация, позволяющая отследить его положение, может регулярно загружаться с веб-сайта для использования в раскрытой системе 10.

[0041] Как в целом показано на Фиг. 2, маяк 40 имеет систему связи 42, датчики 44 и транспондер 46 системы спутникового геопозиционирования GPS, а также локальное электропитание (не показано). После развертывания транспондер 46 получает отсчеты GPS из службы 148 спутникового геопозиционирования GPS для определения координат местоположения маяка 40. Например, маяк 40, развернутый на льду, может отслеживать перемещения льда, в то время как маяк 40, развернутый в воде, например на бакене, может отслеживать океанические течения. Когда маяк 40 работает, его датчики 44 могут получать информацию о погоде, местоположении и даже сейсмическую информацию. В конце концов, собранные данные и отсчеты GPS с маяка 40 могут быть переданы системами связи 42 судам 20/30 для их использования в различных функциях мониторинга и управления системы 10.

[0042] И, наконец, удаленный аппарат 50 имеет коммуникационные системы 52 для связи по меньшей мере с судами 20/30 и службой 148 системы спутникового геопозиционирования GPS, хотя связь с другими службами 140 также может использоваться. Датчики 54 собирают данные, и клиентский модуль 130 обрабатывает операции аппарата 50. Вообще, удаленный аппарат 50 может быть беспилотным летательным аппаратом для развертывания маяков 40 или для получения изображений аэрофотосъемки, данных о погоде и т.п. в желаемых местоположениях вокруг целевого судна 20. Альтернативно, удаленный аппарат 50 может быть удаленно управляемым аппаратом или другим подводным аппаратом для измерения глубины льда в воде, измерения температуры или скорости течения воды и т.д. Поскольку он является беспилотным, удаленный аппарат 50 может дистанционно управляться с целевого судна 20 или даже с другого судна 30 и может обмениваться данными и инструкциями с судами 20/30.

C. Клиент-серверная архитектура

[0043] С пониманием системы 10 мониторинга в целом и ее компонентов обсуждение далее фокусируется на дополнительных деталях системной компьютерной архитектуры. Как упоминалось ранее, система 10 использует клиент-серверную архитектуру. Серверные модули 120 могут использоваться на целевом судне 20, а клиентские модули 130 могут использоваться на судах 30 обеспечения и на других компонентах. Альтернативно, серверные модули 120 могут использоваться на судах 30 обеспечения, а клиентские модули 130 могут использоваться на целевых судах 20 и на других компонентах. Поскольку она имеет клиент-серверную архитектуру, раскрытая система 10 может использоваться на одиночной рабочей станции на одиночном судне или может использоваться на множестве серверов, находящихся на множестве судов.

[0044] В иллюстративных целях Фиг. 3A схематично показывает клиент-серверную архитектуру 100 системы в форме блок-схемы. Вкратце, архитектура 100 имеет серверные модули 120 на целевом судне (20; Фиг. 1) или на других компонентах и имеет клиентские модули 130 по меньшей мере для двух судов обеспечения (30; Фиг. 1). Как будет понятно, система 100 может включать в себя больше целевых судов 20 и/или больше или меньше судов 30 обеспечения. Дополнительно к этому, клиентские модули 130 могут использоваться на ряде других компонентов, таких как удаленные аппараты, маяки, и т.д., как было отмечено ранее. Различные клиентские модули 130 связываются с серверным модулем 120, который работает как центральное управление системы 10. В некоторых ситуациях, однако, клиентские модули 130 могут также связываться друг с другом с тем, чтобы передавать информацию и инструкции.

[0045] Будучи клиент-серверной, архитектура 100 может иметь различные процессы, распределенные по этим модулям 120 и 130. Таким образом, клиентский модуль 130 на судне 30 обеспечения может быть своей собственной операционной системой, которая может работать независимо от серверного модуля 120. Тем не менее серверный модуль 120 может управлять всей работой и может добавлять и удалять клиентские модули 130 для судов 30 обеспечения или других компонентов из конфигурации архитектуры.

[0046] С этой целью Фиг. 3B схематично показывает различные процессы клиент-серверной архитектуры 100, которые могут быть распределены и совместно использоваться в системе 10 мониторинга и ее модулях 120 и 130. Процесс 110 сервера данных работает как центральный процесс и коммуникационный концентратор между всеми различными процессами и работает независимо от любого из клиентских процессов. Различные интерфейсные процессы 111 связываются с бортовым оборудованием судов (например, 20/30) для того, чтобы получать внешнюю информацию. Например, интерфейсный процесс 111 может получать информацию от навигационных систем (например, от спутниковой системы геопозиционирования GPS, эхолота, пассивного радиолокационного наведения PRH, гироскопа, радара и т.д.), спутниковые изображения, данные прогноза погоды и т.д. Интерфейсный процесс 111 может также выдавать данные другим системам, таким как системы управления рулем, навигационные системы, системы тревожной сигнализации и т.д.

[0047] Дисплейные процессы 112 выполнены с возможностью использования на различных дисплеях, распределенных по архитектуре системы 100. Каждый дисплей может быть сконфигурирован под требования пользователя, и различные спутниковые и другие изображения окружающей среды, показывающие ледовые образования, погоду, и другие детали могут быть выведены на экран в пользовательских интерфейсах дисплейных процессов 112, как описано ниже. Дополнительно к этому, положения судна и препятствий могут быть наложены на изображения в пользовательских интерфейсах системы, и препятствиям могут быть присвоены атрибуты для того, чтобы описать их прошлые и прогнозируемые пути перемещения, размеры, уровни угрозы и другие детали.

[0048] Вычислительные процессы 113 вычисляют положения судна, выполняют обнаружение столкновений, прогнозируют пути перемещения судов и препятствий и выполняют другие вычисления. Прогнозирование путей перемещения препятствий может помочь операторам и системе 10 оценить угрозы и риски и реализовать задачи по работе с ними. Например, посредством выполнения обнаружения столкновений между судами 20/30 и ледовыми препятствиями вычислительные процессы 113 могут генерировать аварийные сигналы, если прогнозируются потенциальные столкновения.

[0049] Конфигурационные процессы 114 позволяют операторам конфигурировать работу системы, например, определять интерфейсы данных, дисплеи, рабочие станции, суда обеспечения, журналирование положений, коммуникационные параметры и любые критерии исключения для аварийных сигналов. В дополнение к работе в связке с целевым судном 20, на каждом судне 30 обеспечения могут быть установлены системные компоненты, которые могут работать независимо от целевого судна 20. В частности, конфигурационные процессы 114 имеют инструмент планирования 118. Как обсуждается ниже со ссылками на Фиг. 7A-7D, инструмент планирования 118 является графическим приложением, которое позволяет системным операторам просматривать операции и определять план защиты для целевого судна 20.

[0050] Процессы журналирования 115 регистрируют данные для целей мониторинга. Архитектура 100 журналирует положения различных судов и ледовых препятствий с их соответствующими атрибутами с подходящими интервалами для того, чтобы создать историю активностей. Эта информация может использоваться для повторного анализа или в целях аудита и может храниться в аудиторской базе данных. Такая журналированная информация в аудиторской базе данных может отслеживать все полученные данные и различные принятые операционные решения, что может быть особенно полезным для восстановления событий, если что-то идет не так, как надо во время операций. Архитектура 100 также помечает и журналирует спутниковые файлы данных ледовой обстановки для более позднего использования. Используя всю занесенную в журнал и помеченную информацию, операторы могут создать отчеты для любого судна или ледового препятствия.

[0051] Процессы 116 контроля качества и отчетности могут генерировать отчеты и данные для обзора и анализа. Процессы 116 могут позволить операторам создавать множество графических отчетов и могут иметь диагностическое приложение (не показано), которое осуществляет мониторинг исправности системной архитектуры 100. Диагностическое приложение, например, может обеспечивать данные, относящиеся к производительности и исправности системной архитектуры 100, и может иметь отдельные процессы и интерфейсы к внешним системам. Приложение контроля качества (не показано) может позволить операторам конфигурировать множество интерактивных графиков, содержащих любые данные, журналированные в системных базах данных.

[0052] И наконец, коммуникационные процессы 117 передают данные между судами 20/30, маяками 40, аппаратами 50 и другими компонентами. Используя различные формы коммуникации, архитектура 100 автоматически обновляет удаленные блоки на судах 30 обеспечения свежей информацией. Связь может быть установлена при помощи морского спутникового терминала с очень маленькой апертурой (VSAT), через многополосные линии радиосвязи или другие линии связи.

[0053] Неблагоприятная погода часто нарушает спутниковую связь, и возможность беспроводных коммуникаций в Арктике сильно зависит от погоды. По этой причине любой из удаленных датчиков, маяков 40 и судов 20/30 может сохранять данные до тех пор, пока погодные условия не позволят их передать. Дополнительно у этих компонентов могут быть альтернативные коммуникационные возможности, такие как радио "точка-точка", так что беспилотный летательный аппарат или судно могут быть направлены в окрестность любого ключевого датчика или компонента для получения данных и передачи их обратно во время перебоев в спутниковой или беспроводной связи.

D. Методология