Дункан Маллейс
Компанія XOCEAN недавно завершила 35 обстежень кабелів з використанням комбінації безпілотних надводних суден (USV) і безпілотних літальних апаратів (UAV або БПЛА) між материковою частиною Шотландії і Західними островами (Внутрішні Гебридські острова). Проект мав велике географічне охоплення: роботи проводились на 25 різних островах між 55° і 58° північної широти. Польоти безпілотних літальних апаратів при низькій воді і плавання USV при високій воді дозволили отримати цільний набір трьохмірних даних про суходіл і море з максимально можливою розподільною здатністю. Проект був завершений в шеститижневий термін.
Для завершення знімальної компанії використовувались два USV: USV XO-450 (X-04) і USV Harry. X-04 - це судно-катамаран довжиною 4,5 метра, що працює від акумулятора 5 мАч, який заряжається з допомогою невеликого дизельного генератора, котрий споживає всього 9 литрів дизельного палива в день. USV Harry - це 2,5-метровий USV, який запитується тільки від акумуляторів ємністю 3 мАг. X-04 використовувався для обстеження більш відкритих і довгих кабелів, в той час як USV Harry обстежував дуже мілкі і легкодоступні кабелі.
X-04 був оснащений новим 0,5-градусним багатопроменевим ехолотом Winghead i77h компанії Norbit в комплекті з ІНС (інерциальною навігаційною системою) POS MV компанії Applanix. USV Harry був оснащений багатопроменевим ехолотом R2Sonic 2020 і також ІНС POS MV компанії Applanix. Профілографи швидкості звука SWIFT компанії Valeport використовувались на обох лебідках USV для визначення швидкості звуку. Обидва USV використовували програмне забезпечення QPS QINSy для збору даних і представлення інформації автопілоту USV, щоб скеровувати їх вздовж запланованих галсів. Батіметричні данні, данні зворотнього розсіювання і дані бокового сканування були отримані від кожної багатопроменевої системи.
Зйомка X-04 поблизу острова Арран
Для отримання топографічних даних використовувались два БПЛА senseFly eBee X, один з яких обладнаний 3D камерою S.O.D.A, а інший - камерою AeriaX. Батіметрія також була витягнута з набору даних БПЛА на зверхмілководді з використанням алгоритму заломлення програмного забезпечення QPS Qimera SfM, щоб дані відповідали батіметрії USV. Обидві камери призначались виключно для використання з БПЛА і мали відповідно 20 і 24 МП. Набори даних з БПЛА використовують зображення з координатами PPK, котрі потім обробляються з допомогою програмного забезпечення Pix4D Mapper (професіональне фотограметричне ПЗ для картографування з дронів).
Методологія
USV перевозили на трейлері, а це означало, що вони мали можливість дуже швидко переміщуватись з острова на острів і, що найбільш важливо, на них не впливала погода, як на традиційне знімальне судно. Це також було досягнуто з використанням дуже невеликої кількості палива (використовувались тільки автомобілі 4x4). USV можна було розгорнути на захищених кабелях, що означало, що на реалізацію проекта повпливав дуже невеликий час простою через погодні умови, особливо з урахуванням, що він виконувався взимку.
Огляд в польоті senseFly eBee X
Якщо дозволяли час і умови, то БПЛА запускався до відплиття USV. Потім дані БПЛА швидко оброблялись для створення ортофотопланів і файлів LAS, щоб показати ступінь покриття даними БПЛА, а також, що більш важливо, показати, де знаходились небезпечні мілководні ділянки, яких USV необхідно уникати під час зйомки. БПЛА за один виліт здійснював політ на двох висотах: 119 м і 75 м. Два набори даних зображень були об'єднані для отримання максимально можливої розподільної здатності, при цьому більш високий проліт використовувався для забезпечення повздовжнього перекриття, щоб програмне забезпечення могло ідентифікувати достатню кількість співпадінь опорних точок. БПЛА eBee X з новими акумуляторами підвищеної ємності дозволив БПЛА літати приблизно 1 годину 15 хвилин в добрих умовах і 40 хвилин при швидкості вітру 12 м/с (максимальна швидкість, при якій він може літати). В діапазоні дії мобільного телефона поправки RTK передавались на БПЛА в режимі реального часу. Це дозволило забезпечити швидку і точну обробку, але як виявилось, це також дозволило eBee X набагато легше приземлятись, особливо на горбистій місцевості або при приземленні над урвищем.
Післе того, як дані БПЛА були зібрані, вони пройшли трьохетапний робочий процес постобробки.
- Сирі дані GNSS і IMU були оброблені в програмному пакеті senseFly eMotion.
- Зображення з геотегами були завантажені в новий проект Pix4D.
- Файли LAS були завантажені в QPS Qimera для безшовного співставлення з багатопроменевими даними USV.
Проект Pix4D, що показує розташування камер і 3D-сітку
Якщо кабель був закопаний на суші, використовувався блок радіовиявлення, щоб визначити, де знаходиться кабель і на яку глибину він був закладений. Багато силових кабелів були прокладені більше 30 років тому назад, тому вказане положення часто було неправильним. Використовуючи цю інформацию і дані БПЛА, геодезисти краще розуміли, де знаходиться кабель під водою.
USV працювали з включеною сигналізацією остановки глибины, що означало настіпне: якщо глибина стане дуже малою, то USV зупиниться і вернеться на безопасну глибину і там буде чекати, поки пілот берегового USV дасть команду, що робити далі. Ця функція не використовувалась під час зйомки, так як самі мелкі ділянки проходили паралельно берегу і завжди в межах попередньої полоси огляду, що забезпечувало самі безпечні операції, а також дуже високу якість даних. Пілоти USV також мали доступ до 360-градусного огляду в реальному часі з камер на USV, а тако до інтегрированої системи AIS (автоматична ідентифікаційна система, що служить для ідентифікації суден, їх габаритів, курсу та інших даних).
QPS Qimera показує лінійну корекцію
Кабель RPL використовувався як початковий галс зйомки, по якому слідував USV, що також дозволяло виводити на автопілот USV пеленг і поперечний курс. Пілот USV корегував швидкість USV і продовжував спостереження, в той час коли USV направлявся управляючим зйомкою комп'ютером вздовж галсу. Після проходження RPL і як мінімум двох галсів, USV проходив паралельно берегу. При прокладці паралельних галсів функція QPS QINSy AutoSwath малює галс на основі попередньої ділянки багатопроменевої полоси з перекриттям 110%, щоб гарантувати, що нові дані USV завжди перекривають раніше виміряні дані. Гідрограф в режимі онлайн весь час контролював, щоб кольорова мапа ЦММ (DTM) в реальному часі була розфарбована таким чиром, що при досягнені визначеного значення вона становилася синьою. Синій колір був, по суті, контуром безпеки для USV, що до дозволяє безпечно, але ефективно збирати дані.
USV наближається до берегової лінії з використанням знімків з БПЛА
Динамічна поверхня DTM
Якщо дивитись тільки на батіметрію, то виявлення кабеля в реальному часі було б складною задачею, поскільки місцевість була від самого початку кам'янистою, а на більш мілководних ділянках також було багато водорослів (морської трави). Тим не менше, використання виводимого сигналу бокового сканування від багатопроменевих систем Norbit і R2Sonic виявилось дуже ефективним, і там, де кабель знаходився далеко від заданого місцезнаходження, USV слідував вздовж кабеля, по відображуваним даним бокового сканування.
Багатопроменеві дані з USV передавалися в той же проект QPS Qimera і оброблялись незалежно, а дані про швидкість звуку завантажувались в програмне забезпечення для збору даних.
Динамічна поверхня DTM була створена з використанням очищених багатопроменевих даних і файлів БПЛА. Під час очистки даних можна було спільно переглядати два набори даних, або розфарбованих по файлам, або, переважно, розфарбованим з допомогою RGB. Це дало фотореалістичну хмару точок даних БПЛА з даними багатопроменевого сканування USV, розфарбованими в білий колір, що дозволяло легко побачити, що було скалами, а що було шумом в цих областях зон всплеску.
На основі остаточно очищених даних кабель був оцифрований, і будь-які валуни або деталі морського дна порядом з кабелем або на ньому були виявлені і зареєстровані. Для кожного кабеля був написаний повний звіт з ГІС, діаграмами і остаточними списками RPL і подій.
На зображенні R2Sonic Truepix показані два кабеля
Висновки
Проведення цієї компанії по обстеженню з використанням USV і UAV не тільки дозволило збирати дані з максимально можливою розподільною здатністю, але і забезпечило безпеку, попередило викиди вуглецю і стало ефективною з точки зору логістики. 70 польотів БПЛА і 35 зйомок USV були виключним досягненням за шеститижневий період і доказали, наскільки добре підходять для цього типу обстежень безпілотні технології XOCEAN. Також було доказано, що на мілководді зображення, що виводиться, бокового сканування багатопроменевих систем таке ж добре, як і у традиціойного гідролокатора бокового огляду, встановленого на корпусі судна, без незручностей і проблем безпеки, пов'язаних з запуском буксированого гіидролокатора бокового огляду на таких глибинах, течіях і водорослях.
Набір батіметричних даних, що показує прокладений справа від замка кабель
Ця стаття була опублікована в журналі Hydro International 4 травня 2021 року
Автор статті Дункан Маллейс - директор по стратегії компанії XOCEAN. Він має майже 30 річний досвід збору, обробки і аналізу даних про океан. Висококваліфікований гідрограф, Маллейс був піонером і одним з перших втілив багатопроменеву технологію високої розподільної здатності на початку 1990-х років і допоміг розширити межі багатопроменевої технології з моменту її зародження до перетворення в фактичний інструмент картографування морського дна, якою вона є сьогодні.
