مقدمه مقدماتی

پیشرفت های اخیر در فناوری های موقعیت یابی زیر دریایی دقت و کارایی جمع آوری داده های هیدروگرافیک را تغییر داده است، زیرا صنایع دریایی خواستار نقشه های به طور فزاینده ای دقیق کف دریا برای ناوبری، انرژی دریایی، مسیریابی کابل و نظارت بر محیط زیست، نوآوری در سیستم های متابولیک، بی سابقه و هیبریدی هستند که معیارهای جدید را تنظیم می کنند.این مقاله نقش حیاتی موقعیت دقیق در زیر آب، فن آوری های رانندگی و تاثیر مدرن آنها را بررسی می کند.

اهمیت موقعیت دقیق زیردریایی

موقعیت دقیق زیر دریایی پایه داده های هیدروگرافی قابل اعتماد است بدون آن، نمودارها حاوی خطاهایی هستند که می توانند منجر به خطرات زمینی، برنامه ریزی مسیر ناکارآمد و مدل های علمی معیوب شوند. نظرسنجی های هیدروگرافی مدرن نیاز به عدم اطمینان موضعی دارند که در سانتی متر اندازه گیری می شود، به ویژه در آب های ساحلی کم عمق، بندرها و نزدیک به زیرساخت های دقیق.همچنین اندازه گیری های تکراری را در طول زمان، نظارت ضروری، فرسایش و افزایش رسوب دریایی، و سطح حمل و رسوب دریایی فراهم می کند.

برنامه های انتقادی

  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] - شناسایی موانع زیر آب، شُوها و خرابی ها برای به روز رسانی نمودارهای دریایی.
  • ساخت و ساز رسمی - خط لوله موقعیت، کابل، سیستم عامل ها و توربین ها با دقت زیر متر.
  • نظارت بر محیط زیست [FLT 1] - ردیابی تغییرات زیستگاه، سلامت صخره و مناطق تاثیر انسانی.
  • ] تحقیقات علمی - خروجی های هیدروترمال، بینی های سرد و گسترش سطح دریا برای مطالعات زمین شناسی.

چالش های زیر آب

برخلاف نظرسنجی های زمینی یا هوایی، عملیات زیر آب با موانع اساسی آب مواجه می شود که سیگنال های الکترومغناطیسی را تضعیف می کند و GPS را در زیر سطح بی فایده می کند، سیگنال های صوتی، در حالی که موثر است، از تداخل چندپاتی، تخریب به دلیل درجه حرارت و شیب های شدید آب و پهنای باند محدود رنج می برد.

  • کاهش و چند مسیر [FLT 1] - صدا به خوبی منتشر می شود، اما منعکس کننده سطح، کف دریا و گرما، معرفی خطا است.
  • دسترسی GPS را محدود می کند - کشتی های سطح می توانند از GNSS استفاده کنند، اما وسایل نقلیه زیر آب فورا قفل را از دست می دهند.
  • تنوع پذیری محیطی - سرعت صدا با عمق، دما و سالوینیت، نیاز به کالیبراسیون زمان واقعی است.
  • محدودیت های - عمر باتری، پهنای باند داده و اندازه فیزیکی قرار دادن سنسور و به روز رسانی نرخ.

پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر

در طول دهه گذشته، همگرایی سخت افزار پیشرفته، الگوریتم های قوی و روش های هیبریدی به طور چشمگیری نوار را برای موقعیت زیر دریایی افزایش داده است.این پیشرفت ها محدودیت های سیستم های قدیمی را حل می کنند و نظرسنجی ها را در مناطق غیر قابل دسترس قبلی امکان پذیر می کند.

سیستم های موقعیت یابی آکوستیک

سیستم های آکوستیک ستون فقرات موقعیت زیر دریایی باقی مانده اند، آنها با اندازه گیری زمان پرواز پالس های صدا بین ترانسور سوار بر کشتی و فرستنده در کف دریا یا در وسایل نقلیه زیر آب کار می کنند:

  • خط لوله بلند (LBL) - شبکه ای از فرستنده های طبقه دریا که در موقعیت های شناخته شده قرار می گیرند، وسیله نقلیه یا کشتی این فرستنده ها را بازجویی می کند و محدوده ها از طریق سه بعدی محاسبه می شوند. LBL بالاترین دقت (سطح) را ارائه می دهد، اما نیاز به استقرار زمان و کالیبراسیون آرایه ایده آل برای نظارت بر عمق ساخت و ساز دائمی است.
  • خط پایه کوتاه (SBL) - استفاده از یک فرستنده کف دریا و یک آرایه کوچک از هیدروفون در بدنه کشتی است که با اندازه گیری تفاوت فاز سیگنال ورودی، سیستم محاسبه و دامنه. SBL ساده تر از LBL است، اما کمتر دقیق است، اغلب در نظرسنجی های متوسط استفاده می شود که در آن سرعت استقرار شدید به دقت بالا است.
  • خط پایه کوچک (USBL) - یک آرایه فشرده ترانس اکتشافی (معمولا 2 -3 هیدروفون) را در کشتی با یک فرستنده منفرد در هدف قرار می دهد. اندازه گیری و زاویه از آرایه به هدف، ارائه موقعیت واقعی با دقت متوسط (0.5-2% از بررسی های قابل حمل و نقل و ردیابی گسترده ای از ROV.

سیستم های مدرن LBL شامل پردازش هوشمند برای کاهش چندpath و بهبود استحکامات است، برخی از سیستم ها در حال حاضر "آسان ال بی سی" را ارائه می دهند، جایی که فرستنده ها به طور مستقل عمل می کنند و ترکیب داده ها بعدا اتفاق می افتد، امکان استقرار طولانی مدت بدون حضور مداوم کشتی.

ادغام ماهواره و ناوبری غیر رسمی

سیستم های هیبریدی که GPS را با سیستم های ناوبری بی سابقه (INS) ادغام می کنند، استاندارد برای بررسی سطح و نزدیک به سطح شده اند.برای عملیات به طور کامل غرق شده، INS همچنان به ارائه به روز رسانی موقعیت با اندازه گیری شتاب و نرخ زاویه ای، حرکت INS تجمع در طول زمان، سیستم های مدرن ادغام با به روز رسانی های صوتی (از USBL یا LBL) و سنسور عمق نتیجه به طور جدی است که ناوبری هر زمان در دسترس است.

یک پیشرفت استفاده از buoys به عنوان مرجع مجازی است. A buoy مجهز به گیرنده GPS و مبدل آکوستیک موقعیت خود را در زمان واقعی انتقال می دهد. وسایل نقلیه زیر دریایی می توانند به Lbuoy، به طور موثر به دست آوردن مرجع GPS کیفیت زیر آب، این سیستم، اغلب به نام GS-SScotic (A) و آرایه ای ارزشمند برای طبقه بندی دریایی (A) است.

تکنولوژی های نوظهور

فراتر از آکوستیک سنتی و INS، چندین رویکرد جدید به دست آوردن کشش:

  • موقعیت مکانی - دوربین های زیر آب و لیزر موقعیت نسبی با وضوح بالا را در محدوده های کوتاه (ده ها متر) فراهم می کند.
  • سنسور های فشار دهنده - سنسورهای عمق بالا (به عنوان مثال، نوسانگرهای کریستال کوارتز) دقت عمیق مطلق را در عرض چند سانتی متر ارائه می دهند، که به عنوان یک مرجع عمودی عمل می کنند که تکمیل موقعیت افقی.
  • اشاره فیزیکی [FLT 1] - مطابقت اسکن سونار از کف دریا به نقشه های پیش از نظارت ( ناوبری زیرزمینی) اجازه می دهد تا وسایل نقلیه بدون کمک صوتی خارجی حرکت کنند.

تاثیر بر مجموعه داده های هیدروگرافی

پیشرفت های شرح داده شده در بالا به طور مستقیم کیفیت، سرعت و ایمنی نظرسنجی های هیدروگرافیک را بهبود بخشیده است. Surveyors در حال حاضر نمودارهایی را با وضوح بالاتر و اعتماد به نفس بیشتر، حتی در محیط های چالش برانگیز مانند قطب شمال یا عمیق تولید می کنند.

دانلود بازی The Seabed Mapping

با موقعیت زیر متر، چند صدا باعث ایجاد ابرها نقطه ای می شوند که به طور دقیق نشان دهنده ویژگی های کف دریا هستند، مانند تخته سنگ، خط لوله و کشتی های مختلف در طول زمان، این توانایی برای تجزیه و تحلیل دقیق هر پینگ به طور دقیق اجازه می دهد تا یکپارچه سازی داده ها از خطوط نظرسنجی متعدد و حتی از کشتی های مختلف در طول زمان حل شود.

کارایی عملیاتی و ایمنی

موقعیت زمان واقعی، بررسی پویا را امکان پذیر می کند: کشتی می تواند فاصله خط را بر اساس کیفیت پوشش تنظیم کند، کاهش عبور اضافی برای AUVs، ناوبری دقیق نیاز به صعود مکرر برای تعمیر GPS را از بین می برد، اجازه می دهد ماموریت های طولانی تر در عمق، زمان بررسی کاهش مصرف سوخت و خستگی خدمه را در مناطق خطرناک مانند معدن یا شیب آتشفشانی، دقیق نگه می دارد تا از طریق جمع آوری خطرات کامل، در حالی که هنوز هم از بین می رود.

کیفیت داده ها و استانداردهای انطباق

استانداردهای بین المللی هیدروگرافیک (IHO) برای نمودار کردن دریایی نیاز به دسته بندی های دقت موقعیت خاص (به عنوان مثال، S-444 Order 1a) سیستم های موقعیت یابی مدرن به طور معمول برآورده یا فراتر از این استانداردها، امکان نظرسنجی برای به روز رسانی های رسمی نمودار مورد پذیرش قرار می گیرد.این انطباق برای پورت ها، بندرها و مدیریت منطقه ساحلی ضروری است.

علاوه بر این، ادغام قرار دادن متاداده در جریان داده ها اجازه می دهد تا برای پرچم های کنترل کیفیت خودکار، بررسی کنندگان فورا می توانند ببینند که چه زمانی یک تعمیر شکست خورده یا حرکت بیش از تحمل است، کاهش خطر خطاهای ناشناخته وارد محصول نهایی.

مسیر های آینده

تحقیقات و توسعه مداوم وعده می دهد که حتی جهش های بیشتر در موقعیت زیر دریایی.فشار به سمت استقلال، همجوشی زمان واقعی و کاهش هزینه نسل بعدی ابزار هیدروگرافیک شکل خواهد داد.

پلتفرم های مستقل و Sensor Fusion

وسایل نقلیه مستقل زیر آب (AUVs) در حال تبدیل شدن به پلت فرم بررسی اولیه برای بسیاری از برنامه های کاربردی است. سیستم های موقعیت یابی آنها در حال تکامل هستند تا شامل سنسورهای اضافی متعدد: آکوستیک، بی سواد، فشار، نوری و زمین-متوسط فیلترهای پیشرفته Kalman و فیلترهای ذرات این جریان ها را به ناوبری قوی حتی اگر یک سنسور الگوریتم های یادگیری ماشین را شکست دهد و پیش بینی برای اختلالات محیطی، مانند مقایسه حرکت فعلی با به روز رسانی های صوتی واقعی.

زمان واقعی Kinematic (RTK) زیر آب

تلاش ها برای آوردن اصلاحات سطح RTK به USBL و LBL در حال انجام است، با ترکیب ایستگاه های مرجع دقیق دریا با ارتباطات در زمان واقعی، سیستم ها می توانند دقت ۱۰۰٪ از طریق ستون آب را از بین ببرند.

حداقل مینیاتوراسیون

سنسورهای کوچکتر و ارزان تر موقعیت زیر دریایی را به صنایع فراتر از نفت و گاز باز می کنند.کشتی های سطح ثابت (USVs) و AUV های سبک در حال حاضر سیستم های INS و USBL را حمل می کنند که هزینه ای جزئی از پیشینیان خود دارند.این دموکراتیزه به این معنی است که شرکت های هیدروگرافیک کوچکتر، موسسات تحقیقاتی و حتی سازمان های مدیریت ساحلی می توانند نظرسنجی های با دقت بالا را پرداخت کنند.

در نهایت، ادغام موقعیت زیر دریایی با مدیریت داده های مبتنی بر ابر، عملیات از راه دور را امکان پذیر می کند. تیم های نظرسنجی ساحل می توانند موقعیت چندین AUV را در زمان واقعی نظارت کنند، کیفیت داده ها را تایید کنند و برنامه های نظرسنجی را تنظیم کنند - نیاز به خدمه بزرگ دریایی را ایجاد می کنند.

نتیجه گیری

پیشرفت در تکنولوژی های موقعیت یابی زیر دریایی، جمع آوری داده های هیدروگرافی را از یک علم کار فشرده، تقریبی به یک نظم و انضباط بسیار خودکار و دقیق انتقال داده است.سیستم های آکوستیک مانند LBL و USBL، همراه با ناوبری بی سابقه و رویکردهای جدید مانند GNSS-A و ناوبری زمین، دقت لازم برای نقشه برداری امن و کارآمد کف دریا را به عنوان سیستم عامل های مستقل و سنسور بالغ، حتی نظارت بر اطلاعات ضروری برای ایجاد همه چیز از موقعیت مکانی بیشتر، فراهم می کند.

[[ویرایش] [۱] [۱۰]