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

Глубоководное картографирование с помощью нескольких AUV

 

Автор статьи: Эл Рамсон

 

Кампания картографирования морского дна компанией Ocean Infinity началась летом 2017 года. Команда Ocean Infinity состоит из людей разных специальностей, которые в прошлом приобрели огромный опыт в исследованиях глубоководных месторождений. Их объединенные знания и понимание привели к идее проведения операций по глубоководному картографированию с использованием до восьми автономных подводных аппаратов (AUV) в сочетании с восемью беспилотными надводными судами (USV). Эта новая концепция съемки более подробно объясняется в этой статье.

Человеческая любознательность заставляет исследовать окружающий мир. Это привело человека к погружению в океан. Наша способность понимать подводный мир постоянно совершенствуется, частично благодаря технологическим достижениям. Например, ранние попытки ловцов жемчуга создать примитивные очки, имели глубокие последствия для развенчания мифов о мире, который лежит под волнами. Что касается гидрографа, то можно наблюдать сопоставимые успехи в продвижении измерения глубин от ручного лота до первых эхолотов и широкополосных гидролокаторных систем. Поле обзора для гидрографа было расширено за счет использования современных картографических технологий высокого разрешения. Тем не менее, несмотря на достижения в области физических датчиков, выбор платформы для исследований ограничивал возможности глубоководного картографирования. Из-за физических свойств морской воды, а также связанного с этим распространения и затухания звука в толще воды, накладываются ограничения на исследования, проводимые с использованием датчиков, установленных на корпусе надводных судов. Появление неавтономных (буксируемых) подводных съемочных платформ, таких как ROV и буксируемая рыбка, сократило расстояние между головой сонара и морским дном, однако, чтобы добиться дальнейшего прогресса в картографировании подводного мира, необходимо для навигации отображать/использовать характеристики рыб, которые эффективно эволюционировали в этой водной среде. Мы подошли к этому ближе, приняв AUV в качестве платформы для исследований.

 

Расширенное поле обзора - изображение, полученное в ходе недавнего проекта Ocean Infinity

Группа AUV

До недавнего времени в съемках AUV участвовало одно судно поддержки и один AUV. Этот режим работы является ресурсоемким и накладывает явные ограничения на нашу способность наносить на карту обширные океанские районы далеко от побережья. Напротив, многие виды рыб плавают стаями (косяками) и в результате расширяют поле зрения группы за пределами поля зрения индивидуума, повышая их коллективную способность определять хищников или корм. Ocean Infinity применил этот принцип к съемкам AUV, собрав флот AUV, все из которых развернуты из одного главного надводного судна (HSV). Сопрягая AUV с USV, их рабочий диапазон может быть существенно расширен. Каждый AUV связывается с USV через систему гидролокатора HiPAP (высокоточная акустическая система подводного позиционирования и навигации компании Kongsberg) через воду, в то время как USV связываются с HSV по радиоканалу.

 

Съемочная платформа

В этой миссии используются несколько AUV HUGIN компании Kongsberg, каждый из которых имеет предельную глубину погружения 6000 м и оснащен гидролокатором бокового обзора, многолучевым эхолотом, донным профилографом (SBP), магнитометром, CTD профилографом и HD камерой (от CathX Ocean) и дополнительными датчиками мутности, метана и лазеры CathX.

AUV HUGIN в ангаре Seabed Constructor

 

Запуск проекта

Год назад эта амбициозная операция была всего лишь мечтой, теперь это реальность. Сегодня съемки проводятся далеко от побережья с использованием группы/косяка/стаи из восьми AUV. Создать проект от чертежной доски до океана было не так просто. На этом пути пришлось преодолеть множество проблем и препятствий. Решение Ocean Infinity является сложным и требует широкого спектра навыков, опыта многих организаций, а также требует постоянной сосредоточенности, энергии и командной работы, так как планы часто нуждаются в переосмыслении и пересмотре сроков.

Ocean Infinity начала свою деятельность в период низкой активности рынка в подводном секторе. Считается, что затишье в активности на рынке предоставило прекрасную возможность собрать команду экспертов с проверенным опытом в этой области. Например, в то время как многие компании увольняют, ключевой партнер Ocean Infinity компания Swire Seabed создала новый гидрографический офис в Бергене.

Постоянное развитие и переоценка пронизывают не только технологию, но и подход ко всему бизнесу, и поэтому вышли за рамки мобилизации в первые подводные миссии. Большая часть используемой технологии и используемых процессов являются оригинальными, поэтому их необходимо усовершенствовать, развивать или дополнять. Количество членов персонала, необходимое для участия в одной операции AUV, нельзя было умножить на восемь. Поэтому мы были обязаны оптимизировать производительность и внедрить высокий уровень автоматизации на каждом этапе наших рабочих процессов. Увеличение масштабов операций, проводимых Ocean Infinity (т.е. съемка обширных участков морского дна), позволило сделать возможным применение этих автоматизированных процессов. Одна конкретная область, где были реализованы высокие уровни автоматизации - это оптимизация обработки данных.

USV, размещенные на палубе Seabed Constructor

 

Автоматизация обработки данных

Ocean Infinity тесно сотрудничает с поставщиками программного обеспечения при создании новых автоматизированных процедур для обработки огромных объемов данных, генерируемых нашим парком AUV. Этот процесс начался задолго до мобилизации оборудования, и мы вступили в диалог с несколькими поставщиками программного обеспечения на ранней стадии начала проекта. Мы получили пользу от исследований и разработок, проводимых в тандеме между нашими обработчиками данных и техническими специалистами EIVA, IXblue, Esri/Geodata и CathX. В сотрудничестве с EIVA была проделана большая работа по разработке системы Work Flow Manager (Диспетчер рабочего процесса), которая автоматизирует этапы обработки данных, выгружаемых из AUV, и устраняет необходимость заполнения большего количества ручных журналов. Разработанный пользовательский интерфейс, включает функцию автоматического сбора информации, которая оповещает процессоры о готовности папок к использованию (см. Рис. 4). IXblue позволил оптимизировать этапы обработки геологических данных, что крайне важно, поскольку, несмотря на то, что команда геологов на борту расширилась сверх того числа, что обычно используется для отдельных операций AUV, так как значительные объемы данных требуют внедрения новых методов. После предварительных этапов обработки на борту генерируются растровые данные, шаги по достижению которых также были оптимизированы в ArcGIS. Наш поставщик ГИС продуктов - компания Geodata разработала сценарии в соответствии с нашими требованиями для автоматизации процессов ГИС. Мы также используем расширение Geocap для работы с SBP (донного профилирования) данными в нашей ГИС. Целью этих шагов является повышение надежности и сокращение количества человеко-часов, необходимых для подготовки данных на шельфе. Тем не менее, с учетом того, что происходит так много новых процессов, постороннему, впервые приближающемуся к проекту, легко быть пораженным его кажущейся сложностью.

 

Управление данными

Операции с участием до восьми AUV с большой нагрузкой на датчики генерируют значительные объемы данных. Со временем данные, полученные и переданные на берег, быстро становятся «большими данными». Это означает, что необходимо учитывать, как эти данные будут обрабатываться и представляться. Текущий план предназначен для обработки и подготовки данных в основном на судне. Доставка, передаваемая на берег, осуществляется в форме стандартных растровых файлов (в формате Tiff) со связанными векторными фоновыми/метаданными (предоставляемыми в формате SSDM). Оффшорная серверная система работает в виде встроенного облака, причем каждый процессор данных использует виртуальный ПК. Это позволяет нам получать выгоду от повышения производительности обработки, которая стала возможной благодаря распределению задач по нескольким виртуальным машинам. Данные с судна после передачи на берег загружаются в облако. Затем эти данные становятся доступными для пользователей и клиентов с помощью решения ArcGIS Enterprise. Это решение делает возможным предоставление результатов нового поколения, когда клиентам больше не нужно полагаться на передачу данных с помощью физических дисков, но они могут просматривать и загружать данные через веб-приложения. Это также может дать возможность пользователям включать результаты поставки в свои собственные приложения, используя Web Map Services (WMS) или Web Feature Services (WFS). Таким образом, мы стремимся обеспечить доставку наших данных в будущем, выходя за пределы эпохи традиционных бумажных карт к геопространственным данным, предоставляемым непосредственно пользователю, возможно, по беспроводной сети, через Интернет.

 

Будущее

Ocean Infinity только в начале своего пути по исследованию морского дна. Технологии и процессы, описанные выше, в настоящее время являются одними из самых передовых из доступных, однако технологии в этой области постоянно развиваются, поэтому ведется непрерывный процесс исследований и разработок, чтобы обеспечить включение новых разработок в решение Ocean Infinity. В течение 2018 года мы планируем установить следующее дополнение к геодезической системе наблюдений - глубоководный многолучевой эхолот (МЛЭ) EM302, устанавливаемый на корпусе AUV. Это позволит нам провести необходимые рекогносцировочные съемки неизвестных районов до развертывания AUV. Одним из естественных последствий картографирования таких отдаленных глубоководных районов океана является отсутствие доступных наборов данных, которые можно использовать для целей планирования. Этот факт также добавляет оправдания усилиям, предпринимаемым Ocean Infinity. Для дальнейшего расширения районов морского дна, на которых Ocean Infinity планирует проведение съемок, в декабре 2018 года в флот AUV будет добавлен 9-й подводный аппарат. Этот AUV будет настроен для работы подо льдом и будет оснащен сонаром с синтезированной апертурой (HISAS - широкополосный гидролокатор SAS сверхвысокого разрешения). Также будет установлен МЛЭ EMES-2000, с головой направленной вверх, который может быть использован для обследования нижней части льда. Эта система уже планируется использовать в научно-исследовательском проекте в начале 2019 года. Нашей первоначальной целью является широкомасштабная съемка и картографирование глубоководных районов океана, а также инспекция и проведение аварийно-спасательных и ремонтно-восстановительных работ. Благодаря накопленному опыту стало очевидным применение этого расширенного диапазона съемки для других задач в подводной индустрии. Таким образом, наши планы на будущее предполагают дальнейшее развитие, чтобы обеспечить более широкое применение групповых операций AUV.

Экран Workflow Manager программного обеспечения EIVA

 

Эта статья была опубликована в журнале Hydro International в 24/04/2018