Влияние плотности морского движения на планирование обследований и качество данных

Международная морская организация (ИМО) и национальные гидрографические управления ведут обширные записи о движении судов через Автоматическую систему идентификации (АИС). Данные АИС, которые в настоящее время доступны во всем мире через спутниковые и наземные приемники, обеспечивают сырье для создания карт плотности с высоким разрешением. Эти карты являются незаменимым инструментом для планировщиков съемки, позволяя им визуализировать модели движения и идентифицировать окна с более низкой активностью.

Глобальные тенденции в морском движении

Согласно IMO , международная морская торговля за последние пять десятилетий более чем утроилась. Глобальный флот в настоящее время превышает 100 000 судов, включая балкеры, контейнеровозы, танкеры и специализированные суда. Плотность судоходства во многих прибрежных регионах увеличилась пропорционально. Эта тенденция не показывает никаких признаков замедления, обусловленного ростом контейнерной торговли, расширением Панамского и Суэцкого каналов и ростом морских установок возобновляемой энергии. Для планировщиков обследования игнорирование плотности трафика больше не является вариантом - это должно быть центральным соображением с самого раннего этапа осуществимости.

Влияние на планирование опросов

Планирование обследований - это многогранный процесс, который уравновешивает технические требования, безопасность, бюджет и график. Высокая плотность морского движения добавляет слой сложности, который влияет почти на каждое решение.

Планирование ограничений и возможностей Windows

В районах с высокой плотностью населения обследования не могут быть просто запланированы для удобства команды. Движение судов следует предсказуемым схемам - пригородные паромы в будние дни, развлекательные катания на лодках в выходные дни, сезонные рыболовные флоты и приливно-зависимые транзиты для глубоководных судов. Планировщики должны определять периоды наименьшего риска и минимального вмешательства. Например, обследования в подходах к портам часто необходимо проводить в ночное время или рано утром, когда коммерческий трафик находится на самом низком уровне. Это снижает риск столкновения и вероятность загрязнения данных проходящими судами.

Однако ограниченное рабочее время может увеличить общую продолжительность кампании по обследованию, увеличить затраты и логистическую сложность. Это также может заставить группы по обследованию работать в менее благоприятных условиях окружающей среды (например, в условиях ограниченной видимости ночью) или во время приливных окон, которые влияют на покрытие мелководья. Расширенное планирование с использованием исторических данных АИС может помочь с большей уверенностью предсказать эти окна.

Выбор маршрута и зоны безопасности

Линии обзора должны быть спроектированы таким образом, чтобы избежать установленных схем разделения движения, якорных стоянок и районов концентрированного рыболовства или рекреационной деятельности. Международные правила предотвращения столкновений на море (COLREGS) устанавливают конкретные обязательства на всех судах, включая суда для проведения обзора. Суда для обзора, находящиеся в процессе эксплуатации и ограниченные в своей способности маневрировать (например, буксировать стример или управлять дистанционно управляемым транспортным средством), должны отображать соответствующие огни и сигналы, но это не дает им права проезда над судами, ограниченными их осадкой или занимающимися рыболовством. Планировщики должны проектировать безопасные маршруты, которые минимизируют конфликты и обеспечивают соблюдение морского права.

В крайних случаях группам по обследованию может потребоваться создать временные зоны безопасности или обратиться за помощью к буксирам сопровождения для удержания других судов на расстоянии. Это обычно встречается при проведении обследований новых портовых сооружений или кабельных переходов в оживленных портах. Координация с портовыми властями и службами движения судов (СДС) имеет важное значение.

Разрешение, координация и уведомление

Высокая плотность движения часто вызывает дополнительные нормативные требования. Национальные гидрографические управления, портовые власти и береговая охрана могут требовать разрешения, уведомления и отчетность в режиме реального времени о положениях судна для обследования. Некоторые юрисдикции предписывают использование специального судна для обеспечения безопасности или охраны для предупреждения о приближении движения. Планировщики должны встраивать время в график проекта для получения этих разрешений и для проведения предварительных координационных встреч с местными заинтересованными сторонами в области морского судоходства.

Кроме того, для проведения операций с несколькими судами (например, для съемки материнского корабля с небольшими пусками) требуются тщательные протоколы связи. Использование транспондеров АИС, радиостанций ВВЧ, а иногда и радиолокационной интеграции гарантирует, что все активы сохраняют ситуационную осведомленность. В таких районах, как Сингапурский пролив или пролив Дувра, плотность трафика может быть настолько высокой, что одной из групп обследования может потребоваться вести переговоры о ежедневных транзитах по самым оживленным полосам, что требует постоянной связи с ВТС.

Влияние на качество данных

Даже наиболее тщательно спланированное обследование может понести ущерб качеству данных, если не будет эффективно управляться морское движение. Последствия варьируются от незначительных всплесков шума до полной потери пригодных для использования данных для целых линий обследования.

Акустическая интерференция

Современные гидрографические системы съемки — многолучевые эхозонды, сонарные сканы, сублучевые профилиры и однолучевые эхозонды — опираются на акустические импульсы для отображения морского дна и подводных слоев. Шум пропеллера, кавитация и вибрации двигателя от проходящих судов генерируют широкополосную акустическую энергию, которая может маскировать возвращающиеся эхо от приборов съемки. Помехи особенно повреждают на более высоких частотах, где отношение сигнал-шум более чувствительно. Крупные контейнеровозы и танкеры производят низкочастотный шум, который может проходить много километров через водную колонну, влияя на съемки далеко за пределами видимой близости судна.

Исследования показали, что даже одно крупное судно, проходящее несколько сотен метров от линии обзора, может вызвать измеримое увеличение шумового пола, уменьшая эффективную глубину проникновения для профилировщиков снизу и вводя артефакты в данные обратного рассеяния мультилуча.В коридорах с большим трафиком совокупный эффект нескольких судов может заставить исследовательские группы полностью прекратить приобретение до тех пор, пока трафик не прояснится.

Электромагнитная интерференция (EMI)

Магнитометры и градиометры, используемые для обзоров трубопроводов и кабельных маршрутов, а также археологических исследований, чувствительны к электромагнитным полям, создаваемым корпусами судов, электрическими системами и катодными защитными токами. Проходящее судно со стальным корпусом может создавать магнитную сигнатуру, которая маскирует тонкие аномалии захороненных объектов. Планировщикам съемки часто необходимо обеспечить удаленность, которую может быть трудно поддерживать в замкнутых, занятых водах. Аналогичным образом, профилировщики снизу, которые используют электромагнитные источники (например, искреры или бумеры), могут вызывать помехи в системах связи близлежащих судов, создавая взаимный риск, которым необходимо управлять.

Пробелы в данных и снижение охвата

Когда плотность трафика высока, суда для обследования могут быть вынуждены прервать или простаивать во время линии, оставляя пробелы в покрытии. Эти пробелы должны быть позже заполнены дополнительными линиями, увеличивая время и стоимость обследования. Пробелы часто неслучайны - они, как правило, возникают вдоль основных каналов доставки, которые являются именно областями, наиболее нуждающимися в батиметрических данных для безопасности навигации. Планировщики должны решить, принимать ли частичное покрытие и использовать интерполяцию или развертывать дополнительные ресурсы (например, автономное надводное судно), чтобы заполнить пробелы в более тихие периоды.

Артефакты, индуцированные судами

Даже если прибор обследования продолжает собирать данные, пока присутствуют другие сосуды, данные могут содержать артефакты, требующие дорогостоящей постобработки. Например, будка от проходящего судна может создавать волну движущегося давления, искажающую отражение морского дна, появляющуюся в виде ложного гребня или корыта в батиметрии. Пропеллерная промывка может повторно приостанавливать осадок, временно изменяя акустическое сопротивление водяной колонны. Эти переходные эффекты трудно отфильтровать, поскольку они не являются стационарными и изменяются с каждым проходящим судном.

Стратегии для смягчения воздействия на трафик

Исследовательские группы разработали ряд стратегий — оперативных, технических и совместных — для снижения воздействия морского движения на безопасность и качество данных.

Мониторинг трафика в реальном времени и адаптивные операции

Интеграция данных АИС в навигационную систему обзора в настоящее время является стандартной практикой. Мост судна для обследования может отображать близлежащий трафик с прогнозируемыми ближайшими точками подхода (CPA) и временем до ближайшей точки подхода (TCPA). Сигналы тревоги могут быть установлены для предупреждения о потенциальных конфликтах, что позволяет коссуану активно корректировать курс или скорость. Современное программное обеспечение для опроса также регистрирует треки АИС вместе с данными опроса, обеспечивая запись потенциальных источников помех, которые могут быть соотнесены с аномалиями качества данных во время постобработки.

В некоторых передовых исследованиях в качестве резервного средства используются автоматическая идентификация и отслеживание целей РЛС ARPA. Кроме того, мониторинг шума в режиме реального времени с использованием гидрофонов, установленных на судне для проведения обследования или на платформах морского дна, позволяет команде приостановить процесс приобретения, когда уровень шума превышает заданный порог и возобновляется после улучшения условий.

Адаптивный дизайн опроса

Вместо жестко фиксированных планов линий адаптивная конструкция обзора позволяет команде изменять интервалы линий, направление или порядок в ответ на условия движения. Например, если прогнозируется загруженный период, линии обзора на более тихой периферии могут быть запущены первыми, резервируя самый загруженный центральный коридор для прогнозируемого затишья. Динамический интервал линий - сбор данных на более близком интервале линий в условиях с низким трафиком и более широкий интервал в зонах с высоким трафиком (с последующим заполнением) - может оптимизировать использование доступного тихого времени.

Совместное планирование и коммуникация

Налаживание отношений с портовыми властями, операторами СДС и местными судоходными агентами приносит дивиденды. Планировщики обследований могут просить предоставить крупным судам альтернативную маршрутизацию или поощрять их к снижению скорости через зону обследования. В некоторых портах установлены "оконные окна наблюдения", в течение которых осуществляется отвлечение определенных коммерческих перевозок, с тем чтобы можно было продолжить гидрографические работы. Формальная координация через СДС также обеспечивает, чтобы судам, проводящим обследование, оказывалась наилучшая возможная поддержка в управлении движением.

Для оффшорных исследований сотрудничество распространяется на оффшорную промышленность. Операторы нефти и газа, разработчики ветряных электростанций и владельцы кабелей часто обмениваются данными о трафике и координируют графики, чтобы уменьшить перегруженность вокруг общей инфраструктуры.

Технологические решения: автономные и беспилотные системы

Автономные надводные суда (АСВ) и беспилотные летательные аппараты (БПЛА) все чаще используются для дополнения съемок с экипажем в районах с высоким трафиком. ASV могут работать на более низких скоростях, в более мелких водах и в непиковые часы с минимальным риском для экипажа. Они также могут быть развернуты в большем количестве, чтобы быстрее покрывать большую площадь, уменьшая общую подверженность движению. Их меньший размер и более низкая акустическая сигнатура делают их менее навязчивыми и менее склонными к привлечению помех от проходящих судов. Однако ASV должны быть оснащены надежными системами предотвращения столкновений и должны быть четко обозначены для соблюдения COLREGS.

Примеры: среда для высокоплотного обследования

Два региона иллюстрируют экстремальные проблемы, связанные с плотностью морского движения. На Малаккском проливе (FLT:0) проходит более 100 000 судов в год, причем большая часть судов с глубокой осадкой и контейнеровозов. Обследования для кабельных и трубопроводных переходов здесь требуют месяцев координации с несколькими странами и портовыми властями. Суда для обследования часто работают ночью и используют суда охраны для обеспечения безопасности. Сбор данных часто прерывается, что приводит к кампаниям, которые длятся вдвое дольше, чем в открытом океане.

Английский канал — ещё одна точка доступа, с самой загруженной судоходной полосой в мире. Канал также является основной зоной для агрегированных дноуглубительных работ, паромных маршрутов и развития ветропарков. Гидрографические исследования для Схемы разделения движения в проливе Давера требуют постоянной координации с навигационной информационной службой канала. Линии обзора должны быть тщательно выровнены с промежутками между полосами движения, и сбор данных часто происходит короткими всплесками в течение нескольких минут между большими транзитами судов. После обработки данных от таких обследований требуется передовая фильтрация для удаления артефактов судна.