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

Картографирование и измерение зостеры многолучевым эхолотом

Авторы статьи: Эшли Нортон и Семми Дейкстр, Центр прибрежного и океанического картографирования, Университет Нью-Гемпшир

 

РЕЗЮМЕ

Наша цель заключается в разработке технологии сбора данных и методологии обработки многолучевых сонарных данных для определения наличия/отсутствия, процента покрытия, максимальной предельной глубины и высоты купола зостеры (морской травы) над дном. Здесь представлены результаты наших первоначальных методов обработки данных многолучевого эхолота, собранных летом 2014 года. Для этого мы использовались данные обратного рассеяния водного столба, собранные с помощью многолучевого эхолота по краю пятна зостеры. Эти районы являются наиболее уязвимыми к проблемам прозрачности воды, такие как эвтрофикации (зарастание водоёма водорослями) и увеличение количества взвешенных наносов. Акустическое картографирование зостеры имеет конкретное использования в глубоких водах и мутных лиманах, где аэрофотоснимки не показывают необходимой детализации для анализа. Предварительное акустическое картографирование ложа пятна зостеры в устье реки Great Bay было выполнено в качестве одного из компонентов этого исследования. Были собраны данные о пятнах зостера в трех разных средах: мелкие сублиторальные (эстуариевые) воды; открытые (прибрежные) воды ; и, наконец, мелководное устье с мутной водой, где обнаружение зостера с помощью аэрофотосъемки является трудной задачей. Здесь представлены результаты первоначального анализа данных, собранных на открытой водной площадке, расположенной в гавани Портсмута. Эти результаты показали хорошую корреляцию с интерпретацией наличия зостера на трансформированном ортофотоизображении.

 

ЦЕЛИ

Конечными целями этого исследования являются:
- Разработка и утверждение количественных и воспроизводимых методов для обработки данных обратного рассеяния в водном столбе, полученных многолучевым эхолотом, для обнаружения и измерения зостеры, в том числе высоты купола растений и процента его охвата;
- Получение количественной оценки неопределенности и ожидаемого разрешения данных для измерений зостеры при картографировании многолучевым эхолотом;
- Увязка и создание продукции этого акустического метода с аэрофотосъемкой и мониторингом данных, собираемых в устье Great Bay в реальных полевых условиях.

 

Рис. 1 Исследуемые площадки
Исследуемые площадки вокруг устья Great Bay, включая
собранные батиметрические данные (кодированные цветом) в метрах
относительно среднего наинизшего уровня малой воды.
Рис. 2: Схемы установки трансдьюсера
Стандартная установка (черный цвет) и
наклоняемый на 30 градусов трансдьюсер (красный цвет)

 

Компоненты съемки  
многолучевой эхолот Odom МВ1
RTK GPS инерциальная навигационная система Applanix POS MV 320,
базовая станция Trimble
датчик динамических перемещений Applanix POS MV
датчик скорости звука Odom
CTD профилограф YSI Castaway
другое оборудование подводная фотокамера, для дайвинга, аэрофотоснимки.

 

Табл. 1: Оборудование для съемки

 

ПЛАНИРОВАНИЕ СЪЕМКИ

•Три разных места, три типичных условия для зостера показаны на Рис. 1:

- гавань Портсмута: прибрежные пятна зостеры на глубине 10 метров; смешанные субстраты;

- Great Bay: мелководное устье; сублиторальная зостера в значительной степени ограничена (глубина < 5 м);

- маленькая гавань: Мелкая, мутная гавань; зостеру часто трудно обнаружить по аэрофотосъемке.<

•Многолучевое картографирование проводилось с гидрографического судна Orion, 15-19 июля 2014 (смотрите Табл. 1 используемого оборудования)

•Тестировались две разные монтажные конфигурации сонарного трансдьюсера: вертикальная и наклонная (смотрите Рис. 2)

 

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Данные водной толщи были собраны над пятнами зостеры на всех 3 площадках. Наиболее изменчивость пятнистости, и высоты растений были обнаружены в гавани Портсмута. Предварительный визуальный анализ предполагал, что мы должны были в состоянии обнаружить пятна порядка ~ 1м и высоту растений до 20 см (Рис. 3 и Рис.4). Анализ данных до сих пор был сосредоточен на получении положения морского дна и высоты в надире (т.е., непосредственно под датчиком). Часто делается предположение, что морское дно является самым сильным акустическим отражателем гидролокаторного пинга, и, следовательно, оно выбирается по максимальной энергии возвращенного сигнала. Однако, существуют некоторые пинги, в которых максимальная энергия в куполе зостеры. По этим причинам, последовательные пинги усредняются, фильтруются и получается более надежное обнаружение дна посредством статистического анализа отраженных сигналов от морского дна.

 

Рис. 3: Карта наличия зостеры
Карта купола растений (выше 30 см), созданная по данным водного столба в надире в гавани Портсмута

 

Рис. 4: Визуализация данных многолучевого сонара
Подобно медицинскому ультразвуковому изображению, здесь отображается
индивидуальными пингами данных обратного рассеяния водной толщи:
(а) - нет зостеры в настоящий момент,
(b) - небольшие (~ 1 м) очажки зостеры и (с) - непрерывная и "плотная" зостера

 

Рис. 5: Идентификация дна и кроны растений
Данные водного столба в надире (аналогичные в однолучевой эхограмме) в бухте Портсмута,
с кроной растений и обнаружениями дна.

 

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы хотели бы поблагодарить Дуг Локхарт и других из Teledyne за предоставление нам гидролокатора MB1 и их поддержку. Мы хотели бы также поблагодарить Тома Рейса и его сотрудников компании Substructure Inc. за использование их гидрографического судна Orion, и помощь в подготовке и проведении многолучевых съемок.

Проект финансировался в рамках гранта NOAA NA10NOS4000073.

 

ВЫВОДЫ И БУДУЩАЯ РАБОТА

Предварительный анализ данных показал, что уже получены обнадеживающие результаты для дальнейшего развития нашего метода картографирования зостера с использованием многолучевых гидролокаторных данных. Мы в основном в состоянии обнаружить как морское дно и купол растений по центру (надиру) нашей полосы съемки; мы также расширяем наш подход на автоматическое определение дна и купола растений от надира. Подход к этой проблеме будет тестироваться различными методами обработки изображений, похожими на те, которые используются для автоматизированного обнаружения границы ткани в медицинских ультразвуковых изображениях. Полный набор географических данных будет собран летом 2015 года в устье реки. Мы будем синтезировать эти акустические наборы данных с аэрофотоснимками и полевыми выборками наборов данных с исследуемых площадок для оценки относительных точностей. Конечная цель будет заключаться в создании методических рекомендаций для акустического картографирования зостеры при различных условиях окружающей среды, в зависимости от целей мониторинга.