О б р а т н а я с в я з ь
Заказать обратный звонок
Имя*
Телефон*
Комментарий
(044) 390-71-26 (044) 495-28-29

Беспилотные обследования кабелей

 

Дункан Маллейс

 

Компания XOCEAN недавно завершила 35 обследований кабелей с использованием комбинации беспилотных надводных судов (USV) и беспилотных летательных аппаратов (UAV или БПЛА) между материковой частью Шотландии и Западными островами (Внутренние Гебридские острова). Проект имел большой географический охват: работы проводились на 25 различных островах между 55° и 58° северной широты. Полеты беспилотных летательных аппаратов при низкой воде и плавание USV при высокой воде позволили получить цельный набор трехмерных данных о суше и море с максимально возможным разрешением. Проект был завершен в шестинедельный срок.

 

Для завершения съемочной кампании использовались два USV: USV XO-450 (X-04) и USV Harry. X-04 - это судно-катамаран длиной 4,5 метра, работающее от аккумулятора 5 мАч, заряжаемого с помощью небольшого дизельного генератора, который потребляет всего 9 литров дизельного топлива в день. USV Harry - это 2,5-метровый USV, который запитывается только от аккумуляторов емкостью 3 мАч. X-04 использовался для обследования более открытых и длинных кабелей, в то время как USV Harry обследовал очень мелкие и легкодоступные кабели.
X-04 был оснащен новым 0,5-градусным многолучевым эхолотом Winghead i77h компании Norbit в комплекте с ИНС (инерциальной навигационной системой) POS MV компании Applanix. USV Harry был оснащен многолучевым эхолотом R2Sonic 2020 и тоже ИНС POS MV компании Applanix. Профилографы скорости звука SWIFT компании Valeport использовались на обеих лебедках USV для определения скорости звука. Оба USV использовали программное обеспечение QPS QINSy для сбора данных и предоставления информации автопилоту USV, чтобы направлять их вдоль планируемых галсов. Батиметрические данные, данные обратного рассеяния и данные бокового сканирования были получены от каждой многолучевой системы.

 

Съемка X-04 у острова Арран

 

Для получения топографических данных использовались два БПЛА senseFly eBee X, один из которых оборудован 3D камерой S.O.D.A, а другой - камерой AeriaX. Батиметрия также была извлечена из набора данных БПЛА на сверхмелководье с использованием алгоритма преломления программного обеспечения QPS Qimera SfM, чтобы данные соответствовали батиметрии USV. Обе камеры предназначались исключительно для использования с БПЛА и имели соответственно 20 и 24 МП. Наборы данных с БПЛА используют изображения с координатами PPK, которые затем обрабатываются с помощью программного обеспечения Pix4D Mapper (профессиональное фотограмметрическое ПО для картографирования с дронов).

 

Методология

USV перевозили на трейлере, а это означало, что они имели возможность очень быстро перемещаться с острова на остров и, что наиболее важно, на них не влияла погода, как на традиционное съемочное судно. Это также было достигнуто с использованием очень небольшого количества топлива (использовались только автомобили 4x4). USV можно было развернуть на защищенных кабелях, что означало, что на реализацию проекта повлияло очень небольшое время простоя из-за погодных условий, особенно с учетом того, что он выполнялся зимой.

 

Обзор в полете senseFly eBee X

 

Если позволяли время и условия, то БПЛА запускался до отплытия USV. Затем данные БПЛА быстро обрабатывались для создания ортофотопланов и файлов LAS, чтобы показать степень покрытия данными БПЛА, а также, что более важно, показать, где находились опасные мелководные участки, которых USV следует избегать во время съемки. БПЛА за один вылет совершал полет на двух высотах: 119 м и 75 м. Два набора данных изображений были объединены для получения максимально возможного разрешения, при этом более высокий пролет использовался для обеспечения продольного перекрытия, чтобы программное обеспечение могло идентифицировать достаточное количество совпадений опорных точек. БПЛА eBee X с новыми аккумуляторами повышенной емкости позволил БПЛА летать примерно 1 час 15 минут в хороших условиях и 40 минут при скорости ветра 12 м/с (максимальная скорость, при которой он может летать). В диапазоне действия мобильного телефона поправки RTK передавались на БПЛА в режиме реального времени. Это позволило обеспечить быструю и точную обработку, но как оказалось, это также позволило eBee X намного легче приземляться, особенно на холмистой местности или при приземлении над обрывом.
После того, как данные БПЛА были собраны, они прошли трехэтапный рабочий процесс постобработки.

  1. Сырые данные GNSS и IMU были обработаны в программном пакете senseFly eMotion.
  2. Изображения с геотегами были загружены в новый проект Pix4D.
  3. Файлы LAS были загружены в QPS Qimera для бесшовного сопоставления с многолучевыми данными USV.

 

Проект Pix4D, показывающий расположение камер и 3D-сетку

 

Если кабель был закопан на суше, использовался блок радиообнаружения, чтобы определить, где находится кабель и на какую глубину он был заложен. Многие силовые кабели были проложены более 30 лет назад, поэтому указанное положение часто было неправильным. Используя эту информацию и данные БПЛА, геодезисты лучше понимали, где находится кабель под водой.
USV работали с включенной сигнализацией остановки глубины, что означало следующее: если глубина станет слишком малой, то USV остановится и вернется на безопасную глубину и там будет ждать, пока пилот берегового USV даст команду, что делать дальше. Эта функция не использовалась во время съемки, так как самые мелкие участки проходили параллельно берегу и всегда в пределах предыдущей полосы обзора, что обеспечивало самые безопасные операции, а также очень высокое качество данных. Пилоты USV также имели доступ к 360-градусному обзору в реальном времени с камер на USV, а также к интегрированной системе AIS (автоматическая идентификационная система, служащая для идентификации судов, их габаритов, курса и других данных).

 

QPS Qimera показывает линейную коррекцию

 

Кабель RPL использовался как начальный галс съемки, по которому следовал USV, что также позволяло выводить на автопилот USV пеленг и поперечный курс. Пилот USV корректировал скорость USV и продолжал наблюдение, в то время как USV направлялся управляющим съемкой компьютером вдоль галса. После прохождения RPL и как минимум двух галсов, USV проходил параллельно берегу. При прокладке параллельных галсов функция QPS QINSy AutoSwath рисует галс на основе предыдущего участка многолучевой полосы с перекрытием 110%, чтобы гарантировать, что новые данные USV всегда перекрывают ранее измеренные данные. Гидрограф в режиме онлайн все время контролировал, чтобы цветовая карта ЦММ (DTM) в реальном времени была раскрашена таким образом, что при достижении определенного значения она становилась синей. Синий цвет был, по сути, контуром безопасности для USV, позволяющим безопасно, но эффективно собирать данные.

 

USV приближается к береговой линии с использованием снимков с БПЛА

 

Динамическая поверхность DTM

Если смотреть только на батиметрию, то обнаружение кабеля в реальном времени было бы сложной задачей, поскольку местность была изначально каменистой, а на более мелководных участках также было много водорослей (морской травы). Тем не менее, использование выводимого сигнала бокового сканирования от многолучевых систем Norbit и R2Sonic оказалось очень эффективным, и там, где кабель находился далеко от заданного местоположения, USV следовал вдоль кабеля, по отображаемым данным бокового сканирования.
Многолучевые данные с USV передавались в тот же проект QPS Qimera и обрабатывались независимо, а данные о скорости звука загружались в программное обеспечение для сбора данных.
Динамическая поверхность DTM была создана с использованием очищенных многолучевых данных и файлов БПЛА. Во время очистки данных можно было совместно просматривать два набора данных, либо раскрашенными по файлам, либо, предпочтительно, раскрашенными с помощью RGB. Это дало фотореалистичное облако точек данных БПЛА с данными многолучевого сканирования USV, окрашенными в белый цвет, что позволяло легко увидеть, что было скалами, а что было шумом в этих областях зон всплеска.
На основе окончательно очищенных данных кабель был оцифрован, и любые валуны или детали морского дна рядом с кабелем или на нем были обнаружены и зарегистрированы. Для каждого кабеля был написан полный отчет с ГИС, диаграммами и окончательными списками RPL и событий.

 

На изображении R2Sonic Truepix показаны два кабеля

 

Выводы

Проведение этой компании по обследованию с использованием USV и UAV не только позволило собрать данные с максимально возможным разрешением, но и обеспечило безопасность, предотвратило выбросы углерода и стало эффективной с точки зрения логистики. 70 полетов БПЛА и 35 съемок USV были исключительным достижением за шестинедельный период и доказали, насколько хорошо подходят для этого типа обследований беспилотные технологии XOCEAN. Также было доказано, что на мелководье выводимое изображение бокового сканирования многолучевых систем такое же хорошее, как и у традиционного гидролокатора бокового обзора, установленного на корпусе судна, без неудобств и проблем безопасности, связанных с запуском буксируемого гидролокатора бокового обзора на таких глубинах, течениях и водорослях.

 

Набор батиметрических данных, показывающий проложенный справа от замка кабель

 

Эта статья была опубликована в журнале Hydro International 4 мая 2021 года

 

Автор статьи Дункан Маллейс - директор по стратегии компании XOCEAN. Он имеет почти 30 летний опыт сбора, обработки и анализа данных об океане. Высококвалифицированный гидрограф, Маллейс был пионером и одним из первых внедрил многолучевую технологию высокого разрешения в начале 1990-х годов и помог расширить границы многолучевой технологии с момента ее зарождения до превращения в фактический инструмент картографирования морского дна, которой она является сегодня.