Текущее состояние и направления развития многолучевых эхолотов

Введение

Многолучевые эхолоты, представленные сейчас на рынке, претерпевают постоянное эволюционное развитие по мере развития технологий, а так же, в результате исследований разработчиков в направлении новых способов обработки и использования полученной информации. В статье приводится срез текущих достижений и тенденций развития ведущих разработчиков в области исследовательских гидролокационных решений.

Направление 1 — Повышение разрешения

Основные усилия разработчиков направлены на преодоление физических ограничений в интересах получения более высокого разрешения.
В течение последних нескольких лет ведется борьба за звание лучшего многолучевого эхолота в классе МЛЭ средних глубин между образцами: Teledyne RESON SeaBat 7125, Kongsberg EM 2040/2040C и R2Sonic Sonic 2024. У каждого из образцов есть свои сильные стороны, преимущества и лояльные последователи. Все три образца — первоклассные гидролокаторы, имеющие разрешение около 0,5 × 1,0 градуса. К тому же эти модели гидролокаторов все еще развиваются, и становятся доступны новые опции.

Teledyne RESON 7125 — высококачественное сканирование гавани Плимута, сетка 25 см (данные обследования мелкой воды).

Сравнение результатов сканирования объекта в мелководном районе в Великобритании, Teledyne RESON 7125 слева и KONGSBERG 2040C справа.

R2Sonic только что выпустила свою модель 2026 Sonic, которая предлагает разрешение 0,5 × 0,5 градуса (то есть лучшее разрешение на линейке). Хотя еще не были представлены результаты данных с сонара, но это заявление безусловно является заслуживающим пристального внимания.
Для классе образов для работы на сверх малой дистанции есть несколько вариантов высокого разрешения. Стоит упомянуть о Teledyne BlueView BV5000, который представляет собой гидролокатор, работающий на более высоких частотах (1350-2250 кГц) по сравнению с обычными 400-700 кГц. BV5000 ориентирован на крупномасштабное сканирование (диапазон 10–20 метров) конструкций.

Сканирование гавани в NaviModel, полученного с помощью BlueView 1,35 МГц.

Направление 2 — Миниатюризация

Многие многолучевые эхолоты используются для оперативной съемки на мелководье в гаванях, на водных путях и т. д., где очень важна мобильность, и некоторые производители сосредоточили свои усилия именно в этом направлении — на миниатюризации оборудования, а также комплексировании «все в одном», включая модули навигации: приемники спутниковой системы навигации (GPS) и датчики перемещений.
NORBIT предлагает устройство WMBS/iWBMS, которое имеет исключительно малые габаритные размеры, но при этом реализует разрешение 0,9 × 1,9 градуса. WMBS доступен со встроенными высокопроизводительными приемниками спутниковой системы навигации и инерциальной навигационной системой ИНС (Applanix POS MV). Это устройство иллюстрирует быстрое развитие мобильности гидрографических устройств, рост миниатюризации, без ухудшения разрешения.
Эхолот Teledyne RESON SeaBat T20-P был представлен два года назад и был очень популярен в качестве портативного сонара. Недавно выпущенный эхолот SeaBat T50-P предлагает портативную упаковку со спецификациями (0,5 × 1 градуса), близкими к характеристикам SeaBat 7125. И SeaBat T20-P, и SeaBat T50-P также доступны со встроенными приемниками спутниковой системы навигации и инерциальной навигационной системой, что упрощает мобильность.
Производитель R2Sonic представил образец Sonic 2020 (с разрешением 2 × 2 градуса) — это очень миниатюрный гидролокатор, имеющий хорошие характеристики, а эхолот Sonic 2022 (с разрешением 1 × 1 градус) также позиционируется на рынке как портативный гидролокатор. Оба образца доступны со встроенной инерциальной навигационной системой.
Kongsberg M3 — это еще один многолучевой эхолот класса IHO S-44, зарекомендовавший на конференции Shallow Survey 2015 в Плимуте, Великобритания. M3 является одновременно визуализирующим сонаром и батиметрическим профилографом и предлагает 3-градусный луч для генерации облака точек.
Еще один высокопортативный гидролокатор, обладающий разрешением 2 × 2 градуса с опцией для встроенного ИНС и GPS — это гидрографический локатор Teledyne Odom Hydrographic MB2. Однако, данных с MB2 еще не представлено.

Направление 3 — Комплексирование

Поскольку гидролокатор бокового обзора (ГБО) и многолучевой эхолот базируются на различных технологиях, для действительно хороших результатов вам необходимо как хороший ГБО, так и хороший «многолучевик». Однако физически возможно одновременное получение батиметрии (глубины) и данных интенсивности (гидролокационного изображения). Над созданием совмещенного устройства работают как разработчики многолучевых эхолотов, так и разработчики гидролокаторов бокового обзора.
Разработчики многолучевых эхолотов называют дополнительную опцию «обратным рассеянием», и вы можете найти ее в большинстве продуктов Teledyne RESON, R2Sonic, NORBIT и Kongsberg, где он предлагался в течение нескольких лет вместе со связанной функцией, «фрагментами». Данные обратного рассеяния хотя и не имеют качества гидролокатора бокового обзора, но все же полезны, например, для классификации морского дна, по его типу (песок, камень и т. д.).
Новинки ведущих производителей гидролокаторов бокового обзора — Klein Marine Systems HydroChart 3500 и EdgeTech 6205 — это комбинированные продукты, которые предлагают великолепное изображение гидролокатора бокового обзора с полезным батиметрическим выводом данных. Это определенно интересные образцы из-за их очень высокой полосы (в 8–12 раз глубины) и, следовательно, имеют намного более широкий охват области съемки, чем обычный многолучевой эхолот. Это делает такие продукты идеальными для съемок в реках или просто для съемок на больших площадях — при условии, что вы не ожидаете, что данные о глубине будут сопоставимы с данными лучших многолучевых эхолотов.
GeoSwath и Bathyswath также предлагают образцы с очень большой шириной обзора до 12-кратной глубины. Они обычно используются для исследований рек/каналов.

Направление 4 — Мультиантенные системы

Гонка за более широкое покрытие полосы обзора подводит разработчиков к решениям, включающим работу в нескольких направлениях одновременно.
• Две антенны — Наличие двух антенн дает двойной обзор. Применяя наклон антенны, можно добиться как большей ширины обзора, так и более высокой плотности разрешения, например, для обследования трубопровода с обеих сторон одновременно.
• Три антенны — также применяются для работ по осмотру трубопроводов. При этом, две антенны используются для обследования морского дна по бокам трубы, а высокочастотный гидролокатор (или подводный лазер) используется для съемки центральной части с большой детализацией ,
• Четыре антенны — Уже опробованное ранее решение. Например, Kongsberg EM 2040C поставляется в конфигурации с четырьмя антеннами, где массивы TX и RX разделены для оптимальной производительности/размещения (так на самом деле, гидролокатор с двумя двойными антеннами).

Направление 5 — Повышение возможности обнаружения объектов

Все разработчики ищут новые способы применения оборудования, и используют при этом новые термины.
• Толща воды: многолучевые эхолоты для батиметрических исследований заинтересованы в наиболее интенсивном обратном рассеивании (т.е. эхосигнале от морского дна), поэтому традиционно эхосигналы, образованные в толще воды рассматриваются как шум. Во многих случаях это так и есть, но для некоторых приложений это могут быть полезные данные. Например — струи газа и косяки рыбы (рыболовные гидролокаторы — это, в основном, гидролокаторы водной толщи). Массивы данных из толщи воды имеют внушительные размеры, поэтому их не сохраняют без необходимости в каждом цикле обзора. Обработка записей данных толщи воды также является непростой задачей. Для обнаружения утечки газа, при работе с подвижного носителя необходимо осуществить стационаризацию положения носителя. Данные, полученные в толще воды обычно не используются при работе с подводными аппаратами, так как они позволяют работать непостредственно вблизи обследуемого объекта.
• Множественное обнаружение: возможность получить более одной метки обнаружителя в одном цикле обзора полезна, в случае обследовании района, богатого рыбой в толще воды, когда необходимо получать эхосигнал от морского дна, в случае обследовании затонувшего судна, с выступающими мачтами, где возможно нахождение нескольких отражающих объектов вдоль направления локации.
• Обнаружение/сопровождение трубопровода: возможность обнаружения трубопровода непосредственно в гидролокаторе и возврата аппарата на траекторию вдоль его расположения. Данная опция возможна только когда труба открыта, над поверхностью дна.

Направление 6 — Снижение стоимости

Общая тенденция такова: «Вы получаете то, за что платите», и, говоря о многолучевых эхолотах, вы не пожалеете, что потратили лишние деньги, если позволят бюджеты.
В этой перспективе стоит упомянуть ряд производителей:
• NORBIT — есть серия продуктов среднего класса, которые отличаются от нормы.
• Imagenex — долгое время был на рынке гидролокаторов среднего класса, и у него есть целый ряд систем для специальных целей.
• Tritech — только что анонсировали гидролокатор Gemini 620p (1 × 1 градус) 620 кГц.
• WASSP — производит огромное количество недорогих сонаров для яхтинга / рыбалки и запустил свой новый 224-лучевой сонар, соответствующий стандарту IHO 1a, по очень доступной цене. Начинают поступать первые первые данные от этого эхолота (см. рисунок).

Применение WASSP для картографирования Aliwal Shoal у Дурбана, Южная Африка (точечная сетка 50 см, представленная в NaviModel).

Направление 7 — Использование неакустических технологий: лидар и лазер

Хотя это и не гидролокационная технология, но она находит все большее распространение в телеуправляемых аппаратах при обследовании трубопроводов, фундаментов буровых установок и т. д., И применение подводного лазера/лидара все больше получает популярность.
Такие продукты, как подводные лазерные сканеры 2G Robotics или Cathx Ocean, могут использоваться для тех же целей, что и многолучевые эхолоты, хотя и использую другие физические принципы. Оба продукта создадут набор меток (в координатах дистанция / пеленг) в сверхвысоком (миллиметровом) разрешении — намного выше, чем у любого акустического образца. Проблема заключается в дальности и условиях — подводные лидары/лазеры требуют хорошей прозрачности воды — если вы можете видеть это, вы можете сканировать его. Так что использование лазер имеет физические ограничения, например, при дноуглубительных работах или сканирования мутной реки/гавани. Однако в чистой воде (глубокая, тропическая или северная зима и т. д.), результаты будут просто фантастические.

Съемка рельефа дна

Профессиональная съемка рельефа дна на любых акваториях

Эксплуатация водоемов возможна только после досконального изучения его дна, будь то судоходство, возведение (ремонт) гидротехнических сооружений или организация пляжного отдыха. Дно акватории скрыто под поверхностью зачастую непрозрачной воды, затянуто илом, водорослями, планктоном. Качественное исследование донного рельефа выполняют опытные специалисты нашей компании «Изыскание МСК», используя для этого современные профессиональные приборы, различные плавсредства. Нами выполняется съемка рельефа дна акваторий любой площади наиболее оптимальным способом.

В каких случаях проводится съемка рельефа дна?

Безопасность здоровья и жизни людей — основная цель проведения гидрографических работ. Услуга позволяет получить подробную карту донной поверхности, на основании которой проводятся очистные, дноуглубительные работы, прокладываются судоходные каналы. Мы выполняем съемку дна водоема:

• при организации новой хозяйственной деятельности;
• перед началом навигации;
• для целей выполнения водолазных работ по обслуживанию гидротехнических сооружений;
• для контроля состояния подводных сооружений и трубопроводов;
• перед началом процесса укрепления береговой линии;
• перед проведением дноуглубительных работ;
• после штормов, приливов;
• после половодий, природных катаклизмов.

ВАЖНО! Нестабильная донная поверхность весьма изменчива и подвержена воздействию волн, течения. Наибольшую опасность представляют собой вновь намытые отмели, которые не указаны в лоциях и картах.

Кроме того, под водой могут быть скрыты затонувшие объекты, представляющие собой опасность, поэтому необходим постоянный контроль состояния дна водного бассейна, который обеспечивает регулярная съемка рельефа дна.

Как происходит съемка рельефа дна реки?

Выбор методики нашими специалистами происходит после ознакомления с техническим заданием и визуальным знакомством с водным бассейном. В случае изучения дна неширокой реки (до 50 метров шириной), имеющей спокойное течение, наши сотрудники устанавливают на берегу издалека видимые геодезические знаки, протягивают с берега на берег канат с нанесенной на него разметкой. Перемещая канат, лотом или наметкой наши специалисты выполняют промеры глубин, фиксируют координаты точек замера, после чего готовят графическое изображение рельефа дна реки. Замеры выполняются с простого плавсредства (плот, лодка), что значительно экономит средства заказчика.

На реках большой ширины, как и на других акваториях, наши специалисты используют эхолот.

Что представляет собой съемка рельефа дна многолучевым эхолотом?

Эхолот, который применяют для гидрографической съемки наши сотрудники, еще называют гидролокатором, сонаром. Принцип его действия заключается в испускании волн определенной частоты и приеме отраженного сигнала. При движении катера, лодки по акватории производятся работы многолучевым эхолотом, После обработки принятых импульсов (с учетом скорости движения плавсредства) прибор выдает изображение профиля дна. Особенность современного многолучевого эхолота — широкий захват донной поверхности, большая плотность испускаемых лучей. Прибор снабжен дополнительными функциями, такими, как определение координат, фиксация курса судна; установление величин качки (килевой и бортовой) для корректировки принятых сигналов. Благодаря этому выполняемая нами съемка рельефа дна многолучевым эхолотом обеспечивает высокую точность изображения. Новейшее программное обеспечение позволяет нам получать объемную «картинку» донного рельефа для лучшей наглядности.

ВНИМАНИЕ! На картах дна водоема мы обязательно фиксируем отметку уреза воды на момент съемки, с изменением которого меняется глубина.

Почему съемку дна стоит заказать у нас?

Гидрографическая съемка — один из самых сложных видов геодезической съемки, выполнять которую должны опытные специалисты. В нашу организацию «Изыскание МСК» обращаются крупные компании, частные лица, предприниматели для организации гидрографических работ на водоемах — реках, прудах, озерах различной сложности и размера.

Нами выполняется съемка рельефа дна эхолотом, наметкой, лотом. Выбор зависит от природных условий акватории. У нас лучшие в регионе цены на профильные услуги. По итогам съемки мы выдаем качественную высокоточную картографическую документацию с пояснительной запиской. При необходимости на электронных носителях готовим 3D изображение.