Проект по исследованию морского дна Ocean Infinity
Кампания по картированию морского дна, организованная Ocean Infinity началась летом 2017 года. Команда Ocean Infinity состоит из людей из разных дисциплин, которые в прошлом приобрели огромный опыт в исследованиях глубоководных месторождений. Их объединенные знания и понимание привели к идее проведения операций по глубоководному картографированию с одновременным использованием до восьми автономных подводных аппаратов (АНПА) в сочетании с восемью беспилотными надводными судами (БНС).
Желание познавать новое является естественным желанием человека. Человеческое любопытство побудило погрузится вглубь океана. Наша способность исследовать подводный мир постоянно совершенствуется, в том числе благодаря технологическим достижениям. Первой подводной технологией можно считать изобретение очков для подводного плавания первыми собирателями жемчуга. Это послужило первым шагом в пути демистификации подводного мира. Применительно к гидрографии, сопоставимым шагом можно считать прогресс от первого эхолота до современных гидролокационных систем. Поле обзора, подобно подводным очкам, расширено за счет использования современных картографических технологий высокого разрешения.
Однако, несмотря на достижения в области гидроакустических датчиков, физические свойства морской воды по распространению звуковой волны, связанные с ослаблением звука в толще воды, накладывают ограничения на исследования, проводимые с использованием датчиков, установленных на корпусе на надводных судов. Появление проводных геодезических платформ, таких как дистанционно управляемый аппарат, буксируемый аппарат, сократили расстояние между гидроакустической антенной и морским дном, однако для дальнейшего развития в картировании подводного мира нам необходимо приближаться к природным формам, которыми в водном мире являются рыбы. Появление автономных необитаемых подводных аппаратов стало эволюционным решением в при выборе платформы для исследования. Следующим эволюционным шагом, продиктованным природой, является одновременное использование групп АНПА, подобно косякам рыб.
Стая АНПА
До недавнего времени в исследованиях с использованием АНПА участвовало одно судно и один подводный аппарат. 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 собравшись в косяки и в результате расширяют поле зрения группы за пределы поля зрения индивидуума, повышая их коллективную способность определять хищников или корма. Ocean Infinity применил этот принцип к съемкам морского дна с использованием автономных аппаратов, собрав целый флот АНПА, разворачиваемых с одного надводного судна-носителя. При этом, для отслеживания каждого АНПА используется беспилотный надводный катер. Каждый АНПА связывается со своим беспилотным катером посредством гидролокационной системы HiPAP, в то время как беспилотный катер поддерживает связь с судном-носителем по радиоканалу.
HiPAP® (High Precision Acoustic Positioning) — система подводного позиционирования подразделения Simrad Subsea компании Kongsberg Maritime AS. Системы HiPAP способны обеспечивать координирование подводных объектов до 4000 метров.
Состав оборудования
В этой миссии используются несколько АНПА Kongsberg HUGIN, способных погружаться на глубину до 6000 м. Состав оборудования каждого АНПА:
- гидролокатор бокового обзора (ГБО);
- многолучевой эхолот (МЛЭ);
- профилограф морского дна;
- магнитометр;
- CTD-датчик температуры, проводимости и глубины;
- HD-камера (CathX Ocean still);
- дополнительное оборудование: лазерный датчик CathX прозрачности воды, метана.
Запуск проекта
Год назад эта амбициозная операция была всего лишь мечтой, теперь это реальность. Сегодня съемки проводятся далеко от побережья с использованием стаи из восьми АНПА. Реализовать план с проектной доски в открытый океан 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.
Проект Ocean Infinity был запущен в период низкой активности рынка в подводном секторе. Затишье в активности на рынке предоставило прекрасную возможность собрать команду экспертов с проверенным опытом в этой области. Несмотря на то, что многие компании увольняют сотрудников, ключевой партнер Ocean Infinity, Swire Seabed, создал новый исследовательский офис в Бергене.
Непрерывное развитие и оптимизация охватывали не только технологию, но и организацию исследовательской работы. Большая часть используемой технологии и используемых процессов являются оригинальными, поэтому их необходимо усовершенствовать и дорабатывать. в ходе работы. Это касается и количество членов экипажа. В такой работе было бы не эффективно использовать количество операторов, необходимых для управления одного АНПА, умноженное на восемь. Поэтому необходимо было оптимизировать производительность и внедрить высокий уровень автоматизации на каждом этапе рабочих процессов. Благодаря увеличению масштабов операции, проводимой Ocean Infinity (т.е. съемка обширного участка морского дна), стало возможным применение этих автоматизированных процессов.
Автоматизация обработки данных
Ocean Infinity тесно сотрудничает с нашими поставщиками программного обеспечения в создании новых автоматизированных процедур для обработки огромных объемов данных, генерируемых нашим парком АНПА. Этот процесс начался задолго до мобилизации оборудования, и мы вступили в диалог с несколькими поставщиками программного обеспечения на ранней стадии 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, которая автоматизирует этапы обработки данных, загружаемых из АНПА, и устраняет необходимость заполнения как можно большего количества ручных журналов. Разработанный пользовательский интерфейс включает в себя функцию сканирования, которая оповещает процессоры о готовности папок к использованию (см. Рисунок 4). IXblue позволил оптимизировать этапы обработки геологических данных, что крайне важно, поскольку, несмотря на то, что команда геологов на борту расширилась за пределы того, что обычно для отдельных операций с использованием АНПА, обширные объемы данных требуют внедрения новых методов. После предварительных этапов обработки на борту генерируются растровые результаты, шаги по достижению которых также были оптимизированы в ArcGIS; наш поставщик ГИС Geodata разработал сценарии в соответствии с нашими требованиями для автоматизации процессов ГИС. Мы также используем расширение Geocap для работы с данными SBP 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, сложность проекта поражает.
Управление данными
Операции с участием до восьми АНПА 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 (предоставляются 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, которое стало возможным благодаря распределению задач по нескольким виртуальным машинам. Данные, переданные на берег с судна, загружается в облако. Затем эти данные становятся доступными для пользователей и клиентов с помощью решения ArcGIS Enterprise. Это решение делает возможным инновационное предоставление результатов.
Таким образом, мы отрабатываем систему обеспечения доставки наших данных, выходя за пределы эпохи традиционных бумажных карт, к геопространственным данным, предоставляемым непосредственно пользователю, в том числе, по беспроводной сети, через Интернет. Клиентам больше не нужно будет полагаться на передачу данных с использованием 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).
Перспектива
Ocean Infinity только в начале своего пути исследования 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 технологий в решения Ocean Infinity.
Особенностью исследования глубоководных отдаленных районов океана является отсутствие предварительной информации, необходимой для планирования миссий.
В течение 2018 года перед новым циклом развертывания АНПА планируется провести предварительное исследование геодезического участка с помощью бортового глубоководного многолучевого эхолота EM302.
Планируется увеличение парка АНПА 9-м экземпляром. Этот АНПА будет настроен для работы подо льдом и будет оснащен гидролокатором с синтезированной апертурой (HISAS). Также на нем планируется к установке многолучевой эхолот EMES-2000, направленный вверх, который будет служить для обследования нижней кромки льда. Эта система уже планируется использовать в научно-исследовательском проекте в начале 2019 года.
Первоначальной целью организации таких масштабных работ является широкомасштабная съемка и картографирование глубоководных районов океана.
Благодаря накопленному опыту стало очевидным одновременное использование стаи АНПА и для других задач подводных исследований.
