УДК 550.831

 

РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОГО
МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МОРСКИХ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ СЪЕМОК

 

© 2017 г. В.Н. Конешов, Л.К. Железняк, В.Н. Соловьев, П.С. Михайлов

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Автор для переписки: П.С. Михайлов, e-mail: paulmikh@mail.ru

 

Главное

 

‒ кратко рассмотрены гравиметрические комплексы «Чекан-АМ» и «Шельф»

‒ модели гравитационного поля Земли использованы в комплексе с набортными измерениями

‒ комплексирование данных из разных источников — новый подход в морской гравиметрии

‒ создана методика учета океанического прилива, уменьшающая случайные погрешности

‒ разработки успешно прошли испытания в Арктике и готовы к использованию

 

Аннотация. Представлены основные достижения авторов в области разработки инновационного методического обеспечения морских гравиметрических съемок. Авторы активно участвовали в разработке гравиметров и создали в кооперации с сотрудниками других организаций несколько поколений гравиметрической аппаратуры. Кратко рассмотрены основные характеристики и результаты лабораторных и морских испытаний мобильных гравиметрических комплексов «Чекан-АМ» и «Шельф». Эти комплексы успешно эксплуатировались в суровых арктических условиях, в том числе при проведении первой высокоточной морской гравиметрической съемке в районе Северного полюса Земли. Описаны методическое обеспечение и результаты использования современных моделей гравитационного поля Земли и комплексирования данных различных средств определения силы тяжести в интересах морской гравиметрии. Рост точности и разрешающей способности моделей гравитационного поля Земли выводит их использование за рамки решения только фундаментальных задач. В большинстве районов Мирового океана модельное поле может использоваться в качестве опорного при выполнении прямой морской гравиметрической съемки. Инновационные разработки увеличили надежность и точность морских съемок в первую очередь за счет контроля и коррекции систематических погрешностей, возникающих при морских измерениях. Они позволяют производить съемку на морских полигонах с погрешностью 0.5 мГал и менее; расширить возможности планирования съемочной сети; увеличить надежность продолжительных маршрутных съемок; сократить время выполнения опорных измерений; выполнять морскую гравиметрическую съемку без привязки к береговым опорным пунктам и с одним морским гравиметром на борту без потери надежности измерений. Разработана инновационная методика учета океанического прилива с применением нагрузочных моделей океанского гравитационного эффекта по программе ATLANTIDA3.1_2014. Эксперименты показали, что таким образом удается уменьшить случайные погрешности более чем на 20%. По результатам исследований разработаны готовые инновационные и перспективные методические приемы измерения параметров гравитационного поля Земли на поверхности акваторий Мирового океана.

Ключевые слова: гравитационное поле Земли, морская гравиметрия, современные глобальные модели гравитационного поля Земли, океанический прилив

Цитируйте эту статью как: Конешов В.Н., Железняк Л.К., Соловьев В.Н., Михайлов П.С. Разработка инновационного методического обеспечения морских гравиметрических съемок // Наука и технологические разработки. 2017. Том 96, № 4. С. 3–18. [Тематический выпуск «Прикладная геофизика: новые разработки и результаты. Часть 2. Навигация и космические исследования»]. DOI: 10.21455/std2017.4-1

 

Литература

 

Глазко В.В., Соколов А.В., Краснов А.А. Результаты морской гравиметрической съемки в полярных широтах гравиметрами «Чекан-АМ» и «Шельф-Э» // Навигация и гидрография. 2015. № 41. С. 47–51.

Дробышев Н.В., Железняк Л.К., Клевцов В.В., Конешов В.Н., Соловьев В.Н. Методы и проблемы изучения гравитационного поля Мирового океана // Геофизические исследования. 2006. Т. 5. С. 32–52.

Железняк Л.К. Развитие морской гравиметрии в ИФЗ РАН // Наука и технология в России. 2003. № 6/7. C. 54–56.

Железняк Л.К. Точность измерений гравиметрическим комплексом «Чекан-АМ» на море // Физика Земли. 2010. № 11. С. 95–98.

Железняк Л.К., Конешов В.Н. Оценка погрешностей данных спутниковой альтиметрии по сравнению с гравиметрическими материалами // Физика Земли. 1995. № 1. C. 78–81.

Железняк Л.К., Конешов В.Н. Изучение гравитационного поля Мирового океана // Вестник Российской академии наук. 2007. Т. 77, № 5. С. 408–419.

Железняк Л.К., Конешов В.Н., Попов Е.И., Несенюк Л.П., Пешехонов В.Г., Элин-сон Л.С., Ильин В.Н., Савельев Е.Б., Чичинадзе М.В., Благов Е.В., Бронштейн И.Г., Добро-творский А.Н., Князев Ю.А., Парусни-ков П.А. Создание и внедрение гравиметров двойного назначения для измерений с морских и воздушных носителей // Гироскопия и навигация. 2004. № 1 (44). С. 149–152.

Железняк Л.К., Краснов А.А., Соколов А.В. Влияние инерционных ускорений на точность гравиметра «Чекан-АМ» // Физика Земли. 2010. № 7. С. 29–32.

Железняк Л.К., Михайлов П.С., Соловьев В.Н. Морские измерения силы тяжести без привязки к береговым опорным пунктам // Физика Земли. 2014. № 2. С. 63–65.
DOI: 10.7868/S0002333714020148

Железняк Л.К., Конешов В.Н., Краснов А.А., Соколов А.В., Элинсон Л.С. Результаты испытаний гравиметра «Чекан» на Ленинградском гравиметрическом полигоне // Физика Земли. 2015а. № 2. С. 165–170. DOI: 10.7868/S0002333715020118

Железняк Л.К. Конешов В.Н., Михайлов П.С., Соловьев В.Н. Использование модели гравитационного поля Земли при измерениях силы тяжести на море // Физика Земли. 2015б. № 4. С. 103–110. DOI: 10.7868/S0002333715040134

Железняк Л.К., Конешов В.Н., Михайлов П.С. Экспериментальное определение вертикального градиента силы тяжести ниже поверхности моря // Физика Земли. 2016. № 6. С. 83–85. DOI: 10.7868/S0002333716060120

Иванов С.С. Переменное гравитационное поле океана. М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова Академии наук СССР, 1987. 124 с.

Конешов В.Н., Непоклонов В.Б., Столяров И.А. Об использовании современных моделей геопотенциала для исследования уклонений отвесных линий в Арктике // Гироскопия и навигация. 2012а. № 2 (77). С. 44–55.

Конешов В.Н., Непоклонов В.Б., Столяров И.А. К вопросу исследования аномального гравитационного поля в Арктике по данным современных моделей геопотенциала // Физика Земли. 2012б. № 7-8. С. 35–41.

Конешов В.Н., Непоклонов В.Б., Соловьев В.Н. Сравнение глобальных моделей аномалий гравитационного поля Земли с аэрогравиметрическими измерениями при трансконтинентальном перелете // Гироскопия и навигация. 2014. №2 (85). С. 86–94.

Конешов В.Н., Непоклонов В.Б., Августов Л.И. Оценка навигационной информативности аномального гравитационного поля Земли // Гироскопия и навигация. 2016а. Т. 24, № 2 (93). С. 95–106. DOI: 10.17285/0869-7035.2016.24.2.095-106

Конешов В.Н., Непоклонов В.Б., Погорелов В.В., Соловьев В.Н., Афанасьева Л.В. Изученность гравитационного поля Арктики — состояние и перспективы // Физика Земли. 2016б. № 3. С. 113–122. DOI: 10.7868/S0002333716030054

Конешов В.Н., Клевцов В.В., Соловьев В.Н. Cовершенствование аэрогравиметрического комплекса GT-2A для выполнения аэрогравиметрических съемок в Арктике // Физика Земли. 2016в. № 3. С. 123–130. DOI: 10.7868/S0002333716030066

Краснов А.А., Соколов А.В., Евстифеев М.И., Элинсон Л.С., Железняк Л.К., Конешов В.Н., Старосельцева И.М. Гравиметрический датчик нового поколения // Измерительная техника. 2014а. № 9. С. 12–15.

Краснов А.А., Соколов А.В., Элисон Л.С. Новый аэроморской гравиметр серии «Чекан» // Гироскопия и навигация. 2014б. №1 (84). С. 26–34.

Краснов А.А., Соколов А.В., Элисон Л.С. Результаты эксплуатации гравиметров «Чекан-АМ» // Гироскопия и навигация. 2014в. № 1 (84). С. 98–104.

Краснов А.А., Соколов А.В. Современный комплекс программно-математического обеспечения мобильного гравиметра «Чекан-АМ» // Гироскопия и навигация. 2015. № 2 (89). С. 118–131. DOI: 10.17285/0869-7035.2015.23.2.118-131

Пешехонов В.Г., Степанов О.А., Августов Л.И., Блажнов Б.А., Болотин Ю.В., Вершовский А.К., Витушкин Л.Ф., Вязьмин В.С., Гайворонский С.В., Голован А.А., Евстифеев М.И., Емельянцев Г.И., Железняк Л.К., Конешов В.Н., Краснов А.А., Михайлов Н.В., Михайлов П.С., Моторин А.В., Непоклонов В.Н., Носов А.С., Парусников Н.А., Погорелов В.В., Смоллер Ю.Л., Соколов А.В., Соловьев В.Н., Степанов А.П., Торопов А.Б., Цодокова В.В., Челпанов И.Б., Элинсон Л.С., Юрист С.Ш., Яшникова О.М. Современные методы и средства измерения параметров гравитационного поля Земли / Под общей ред. В.Г. Пешехонова; науч. редактор О.А. Степанов. СПб: Издательство: «Концерн «Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор» (Санкт-Петер-бург), 2017. 390 с. ISBN: 978-5-91995-049-3

Соколов А.В., Краснов А.А., Элинсон Л.С., Васильев В.А., Железняк Л.К. Калибровка гравиметра «Чекан-АМ» методом наклона // Гироскопия и навигация. 2015. № 3 (90). С. 41–51. DOI: 10.17285/0869-7035.2015.23.3.041-051

Соколов А.В., Краснов А.А., Конешов В.Н., Глазко В.В. Первая высокоточная морская гравиметрическая съемка в районе Северного полюса Земли // Физика Земли. 2016. № 2. С. 109–113. DOI: 10.7868/S0002333716020125

Сорокин Л.В. Определение значений силы тяжести на Черном море //Докл. советской делегации VII конференции Балтийской геодезической комиссии. Вып. 5. Ленинград–Москва: ОНТИ, 1934. С. 11–43.

Спиридонов Е.А. Программа анализа данных земноприливных наблюдений ATLANTIDA 3.1_2014 // Наука и технологические разработки. 2014. Т. 93, № 3. С. 3–48.

Спиридонов Е.А. Результаты сравнения прогнозных значений параметров земных приливов с данными наблюдений // Сейсмические приборы. 2015a. T. 51, № 2. С. 31–43.

Спиридонов Е.А. О влиянии диссипации и выбора модели строения Земли на качество прогноза параметров земных приливов // Сейсмические приборы. 2015б. T. 51, № 3. С. 47–58.

Спиридонов Е.А. Программа расчета параметров земных приливов ATLANTIDA 3.1_2014. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2015619567 от 8 сентября 2015 года, 2015в.

Спиридонов Е.А. Поправки в числа Лява на относительные и кориолисовы ускорения и их зависимость от широты // Геофизические процессы и биосфера. 2016а. Т. 15, № 1. С. 73–81.

Спиридонов Е.А. Амплитудные дельта-факторы второго порядка и их зависимость от широты // Геология и геофизика. 2016б. № 4 С. 796–807. DOI: 10.15372/GiG20160411

Спиридонов Е.А. Амплитудные дельта-факторы и сдвиги фаз приливных волн для Земли с океаном // Геофизическое процессы и биосфера. 2017. T. 16, № 2. С. 5–54. DOI: 10.21455/GPB2017.2-1

Спиридонов Е.А., Виноградова О.Ю. Сравнение результатов расчета океанического гравиметрического эффекта с данными наблюдений // Физика Земли. 2014. № 1. С. 120–128. DOI: 10.7868/S0002333714010086

Спиридонов Е.А., Виноградова О.Ю. Результаты комплексного моделирования океанического гравиметрического эффекта // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 1. С. 66–80. DOI: 10.21455/si2017.1-5

Спиридонов Е.А., Юшкин В.Д., Виноградова О.Ю., Афанасьева Л.В. Программа прогноза земных приливов ATLANTIDA3.1_2014: новая версия // Наука и технологические разработки. 2017, том 96, № 4, с. 19–36. [Тематический выпуск «Прикладная геофизика: новые разработки и результаты. Часть 2. Навигация и космические исследования»]. DOI: 10.21455/std2017.4-2

Форсберг Р., Олесен А.В., Эйнарссон И. Проведение аэрогравиметрических измерений гравиметрами «ЛаКоста-Ромберг» и «Чекан-АМ» с целью определения геоида // Гироскопия и навигация. 2015. №3 (90). С. 19–29. DOI: 10.17285/0869-7035.2015.23.3.019-029

Koneshov V.N., Nepoklonov V.B., Avgustov L.I. Erratum to: “Estimating the navigation informativity of the Earth’s anomalous gravity field” // Gyroscopy and Navigation. 2016. Vol. 7, No. 4. P. 360–360. DOI: https://doi.org/10.1134/S2075108716050011

Spiridonov E., Vinogradova O., Boyarskiy E., Afanasyeva L. ATLANTIDA3.1_2014 for WINDOWS: A software for tidal prediction // Bull. Inf. Marées Terrestres. 2015. No. 149. P. 12063–12081.

Vening-Meinesz F.A. Gravity expeditions at sea 1923–1930. Vol. I. The expeditions, the computations and the results. Delft: Nederlandse Commissie voor Geodesie 3, 1932. 109 p. ISBN 978-90-6132-003-6

Сведения об авторах

 

КОНЕШОВ Вячеслав Николаевич — доктор технических наук, профессор, заместитель директора, заведующий лабораторией гравиинерциальных измерений, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-23-35. E-mail: slavakoneshov@hotmail.com

 

ЖЕЛЕЗНЯК Леонид Кириллович — доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 271-63-07. E-mail: zlkledovo@yandex.com

 

СОЛОВЬЕВ Владимир Николаевич — старший научный сотрудник лаборатории гравиинерциальных измерений ИФЗ РАН, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-23-35. E-mail: solovyev@ifz.ru

 

МИХАЙЛОВ Павел Сергеевич — кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-23-35. E-mail: paulmikh@mail.ru (автор для переписки)