З в о р о т н і й д з в і н о к
Запросити зворотній дзвінок
Ім'я*
Телефон*
Коментар
(044) 390-71-26 (044) 495-28-29

Глибоководне картографування за допомогою декількох AUV

 

Автор статті: Эл Рамсон

 

Компанія картографування морського дна компанією Ocean Infinity почалась літом 2017 року. Команда Ocean Infinity складається з людей різних спеціальностей, які в минулому набули величезний досвід в дослідженнях глибоководних родовищ. Їх об'єднані знання і розуміння привели до ідеї проведення операцій по глибоководному картографуванню з використанням до восьми автономних підводних апаратів (AUV) в поєднанні з вісьмома безпілотними надводними судами (USV). Ця нова концепція зйомки більш детально пояснюється в цій статті.

Людська допитливість заставляє досліджувати оточуючий світ. Це привело людину до занурення в океан. Наша здатність розуміти підводний світ постійно вдосконалюється, частково завдяки технологічним досягненням. Наприклад, ранні намагання ловців перлин створити примітивні окуляри, мали глибокі наслідки для різвінчання міфів про світ, який лежить під хвилями. Що стосується гідрографа, то можна спостерігати співставні успіхи в просуванні вимірювання глибин від ручного лота до перших ехолотів і широкополосних гідролокаторних систем. Поле огляду для гідрографа було розширено за рахунок використання сучасних картографічних технологій високої розподільної здатності. Тим не менш, не дивлячись на досягнення в області фізичних датчиків, вибір платформи для досліджень обмежував можливості глибоководного картографування. Через фізичні властивості морської води, а також зв'язаного з цим розповсюдження і затухання звуку в товщі води, накладуються обмеження на дослідження, що проводяться  з використанням датчиків, встановлених на корпусі надводних суден. Поява неавтономних (буксируваних) підводних зйомочних платформ, таких як ROV і буксирувана рибка, скоротило відстань між головою сонара і морським дном, проте, щоб добитися подальшого прогреса в картографуванні підводного світу, необхідно для навигації відобразити/використовувати характеристики риб, котрі еффективно еволюціонували в цьому водному середовищі. Ми підійшли до цього ближче, прийняв AUV в якості платформы для досліджень.

 

Розширене поле огляду - зображення, отримане в ході недавнього проекту Ocean Infinity

Група AUV

До недавнього часу в зйомках AUV приймало одне судно підтримки і один AUV. Цей режим роботи є ресурсомістким і накладає явні обмеження на нашу здатність наносити на карту обширні океанські райони далеко від узбережжя. Навпаки, різні види риб плавають стаями (косяками) і в результаті розширяють поле зору групи за межами поля зору індивідума, підвищуючи їх колективну здатність визначати хижаків або корм. Ocean Infinity застосував цей принцип до зйомок AUV, зібрав флот AUV, всі з яких розгорнуті звернуті з одного головного надводного судна (HSV). Поєднуючи AUV з USV, їх робочий діапазон може бути суттєво розширений. Кожний AUV зв'язується з USV через систему гідролокатора HiPAP (високоточна акустична система підводного позиціонування і навигації компанії Kongsberg) через воду, в то час як USV зв'язуються з HSV по радіоканалу.

 

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