Введение
На водоемах, морях и озёрах, где выполняются регулярные экспедиционные мониторинговые съемки, зоопланктонные исследования традиционно предваряются вертикальным зондированием CTD-зондами, датчиками растворенного кислорода и флуориметрами [1-3]. На основе полученных профилей температуры, плотности, кислорода и флуоресценции делаются предположения о слоях возможного нахождения планктона и прицельный его пробоотбор. При выполнении поисковых работ по регистрации мезозоопланктона в ранее не обследованных труднодоступных горных водоемах большое время тратится на предварительный поиск областей его нахождения в водной толще. Автором было принято решение для экспресс-мониторинга мезозоопланктона в описанных выше труднодоступных водоемах использовать погружаемую обзорную телевизионную камеру. Такая камера, кроме того, даёт и традиционную общую информацию о подводной обстановке, растительности, ихтиофауне и бентосе. При этом камера позволяет выполнять бесконтактные исследования, когда не нарушается, в частности, слой донных осадков. Это не нарушает их структуру и не создает облаков мутности. Предполагалось использование камеры с борта небольшой лодки с передачей видеосигнала по гибкому грузонесущему кабелю с кевларовым силовым элементом. Видеоданные выводятся на экран ноутбука исследователя, находящегося на борту лодки.
Цель исследования – изучить возможности применения различного поискового оборудования для проведения экспедиционных работ на водоемах. Поставлена задача экспериментальной проверки эффективности использования камеры обзорного видеонаблюдения при быстром обследовании водоема на предмет обнаружения мезозоопланктона и общей визуальной оценки подводной растительности в прибрежной области и на дне, отработка методики использования камеры.
Материал и методы исследования
В настоящее время для поиска различных объектов под водой успешно используется подводная видеоаппаратура [4; 5]. Автором был спроектирован и изготовлен макет обзорной погружаемой телевизионной камеры. В данном случае необходимо обеспечить минимальные гидродинамические воздействия в поле зрения для исключения нарушения сложившейся стратификации или взмучивания донных осадков, поэтому необходима свободно опускаемая на кабеле камера без каких-либо винтовых движителей. За основу была взята созданная ранее телевизионная камера для подводно-технических работ. Рабочая глубина погружения камеры до 60 метров. Состав камеры:
- рама;
- бокс телевизионной камеры;
- светодиодный светильник;
- гибкий грузонесущий кабель;
- внешний аккумуляторный блок;
- ноутбук.
Бокс телевизионной камеры собран на основе готового модуля в полиацеталевом прочном корпусе, 3D-модель показана на рисунке 1. Использовано проверенное решение с толстым плоским иллюминатором, уплотняемым торцевым резиновым кольцом круглого сечения.
Рис. 1. Общий вид бокса телевизионной камеры: 1 – прочный корпус; 2 – фланец; 3 – модуль телевизионной камеры 5MP; 4 – иллюминатор; 5 – крышка; 6 – герморазъём; 7 – винт; жгуты электропроводов условно не показаны
В боксе использован готовый встраиваемый модуль камеры с цветной матрицей разрешением 5 мегапикселей. Видеопоток в формате H264 транслируется по интерфейсу Ethernet. Фокусировка задается через Ethernet с помощью программного обеспечения на рабочем месте оператора.
Передача видеоданных осуществляется через гибкий грузонесущий многожильный кабель-трос с кевларовым несущим центральным шнуром и полиуретановой оболочкой с продольной гелевой герметизацией. По спецификации длина физического канала передачи данных Fast Ethernet, реализованного в камере, не превышает 100 метров. Применён кабель длиной 40 м. Большего не требовалось по условиям обследуемых водоемов, а лишний кабель – это нежелательный для условий горной экспедиции вес.
Рис. 2. Общий вид погружаемой обзорной телевизионной камеры: а) комплект для испытаний; б) вариант для обзора вниз; в) вариант для обзора вбок; 1 – бокс телевизионной камеры; 2 – светодиодный светильник; 3 – рама; 4 – гибкий грузонесущий кабель; 5 – внешний аккумуляторный блок; 6 – рабочее место оператора; 7 – измерительная линейка
Электропитание бокса телевизионной камеры осуществляется по отдельным жилам кабеля-троса от внешнего аккумуляторного блока. При этом применено повышение напряжения аккумулятора DC/DC-преобразователем в аккумуляторном блоке с 12 до 34 В, затем, после кабеля-троса, уже в боксе, применено понижение напряжения для питания модуля камеры до 12 В. Сделано это из-за ограниченной токовой нагрузки жил используемого кабеля, обусловленной малым сечением токоведущих жил кабеля-троса, и возможного во время работы модуля камеры кратковременного увеличения электропотребления.
Видеоданные проходят транзитом через внешний аккумуляторный блок и по патч-корду поступают на ноутбук оператора, где установлено программное обеспечение камеры. Оно позволяет вести онлайн-видеонаблюдение с регулировкой фокуса, а также запись видеофайлов и фотографий.
Система освещения реализована в макетном варианте в виде жестко закрепляемого на боксе камеры мощного подводного аккумуляторного светодиодного светильника с суммарной мощностью светодиодных элементов в 30 Вт. Управление светильником ручное с помощью расположенных на его корпусе герметичных кнопок. С их помощью светильник включается и ступенчато регулируется по мощности. Время непрерывной работы на максимальной мощности составляет около 40 минут.
Конструктивно бокс камеры и светильник объединены в единый модуль, который может быть установлен внутри рамы как вертикально, так и горизонтально. Это необходимо для обеспечения различных ракурсов съемки.
Общий вид обзорной телевизионной камеры представлен на рисунке 2. На раму 3 установлены бокс телевизионной камеры 1 и светодиодный светильник 2. В поле зрения камеры на раме может быть установлена измерительная линейка 7, используемая для прямых контактных измерений донных объектов или подводной растительности. Сигналы от бокса телевизионной камеры 1 поступают по кабелю-тросу 4 через внешний аккумуляторный блок 5 на ноутбук оператора 6, на экран которого выводится изображение. Рама 3 позволяет как вертикальную, так и горизонтальную установку.
Результаты исследования и их обсуждение
Испытания камеры выполнены в Киргизской Республике на озере Иссык-Куль, и в дальнейшем камера использована для работ на труднодоступных высокогорных озёрах. Это озера Иссык-Куль, Чатыр-Кёль, Сон-Кёль, Тузкёль. За исключением Иссык-Куля, озера остаются до сих пор малоизученными, тем более с применением современного оборудования. Их особенностью является расположение на высотах от 1600 до 3600 м над уровнем моря в областях со сравнительно холодным климатом, но при повышенной высокогорной инсоляции. Работы выполнялись с резиновой лодки, глубины съёмки от 1,5 до 25 метров. Съемки на Иссык-Куле представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Скопление мезозоопланктона в придонной области озера Иссык-Куль
Рис. 4. Частицы осадконакопления на дне озера Иссык-Куль
Рис. 5. Пресноводные креветки озера Чатыр-Коль
Телевизионная камера установлена в вертикальное положение для обзора вниз. Обнаружены скопления мезозоопланктона в вечернее время на глубинах до 4 м среди подводной растительности. Было выполнено несколько погружений в различных точках.
Съемки проводились на северной стороне озера в окрестностях г. Чолпон-Ата. Кроме того, было выполнено обзорное видеонаблюдение в прибрежной зоне до глубин 6 м (рис. 4). Отмечено большое количество частиц минерального осадконакопления на растениях и поверхности дна, что подсказывает необходимость проведения дополнительных исследований по регистрации взвеси.
На рис. 5 представлены примеры съёмки обзорной камерой на озере Чатыр-Коль, расположенном на высоте 3600 м. Из-за жестких временных ограничений была обследована небольшая часть озера с проведением съемки до глубины всего около 1,5 метра. Ветровое волнение делало воду достаточно мутной, тем не менее удалось выполнить успешную предварительную съемку, представленную на рисунке 5. Были отмечены многочисленные пресноводные креветки, необходимы их дальнейшие исследования.
Заключение
Применение обзорной телевизионной камеры оказалось очень эффективным при предварительных исследованиях высокогорных озёр, обнаружены различные виды мезозоопланктона, что диктует необходимость его дальнейшего детального экспедиционного изучения. Сложные условия высокогорного климата, а именно большие перепады температуры, разреженность воздуха, повышенная солнечная радиация, тяжелые условия транспортировки оборудования, позволяют весьма эффективно отрабатывать и выявлять слабые места новой измерительной аппаратуры, которая в дальнейшем может использоваться, например при проведении экспедиционных работ в арктических условиях.
Библиографическая ссылка
Оленин А.Л. ОБЗОРНАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КАМЕРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗООПЛАНКТОНА В ВОДОЕМАХ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2024. – № 11. – С. 45-49;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13671 (дата обращения: 22.12.2024).