Echosonda wielowiązkowa Kongsberg EM 3002 jest systemem o wysokiej rozdzielczości, służącym do tworzenia map oraz inspekcji dna morskiego, spełniającym wszystkie wymagania dotyczące dokładności pomiarów batymetrycznych. Minimalna głębokość pracy wynosi mniej niż 1 m poniżej przetwornika. W typowych warunkach morskich pracuje do głębokości ponad 150 m (głębiej w słodkiej wodzie). Małe wymiary oraz ciężar sprawiają, że system może być łatwo przenoszony i łatwo instalowany. Umożliwia to stosowanie systemu także na pojazdach podwodnych pracujących na głębokościach do 1500 m.

System EM 3002 ma wysoką częstotliwość impulsowania do 40 Hz, dużą ilość pomiarów przypadających na jeden impuls (do 254 dla jednej głowicy), szerokość wiązki 1.5° oraz elektroniczną stabilizację wahań jednostki. W podstawowym systemie 100% pokrycie dna na płytkiej wodzie uzyskuje się przy prędkości 10 węzłów dla pasa o szerokości 4 x głębokość dna. Dla większych głębokości 100% pokrycie pasa o szerokości 200m można uzyskać przy szybkości do 20 węzłów.

System EM 3002 można skonfigurować z 2 głowic sonarowych. To zwiększa szerokość pasa pomiarowego na płytkiej wodzie do dziesięciokrotnej głębokości pod głowicami. Ilość pomiarów przypadających na jeden impuls zwiększa się wówczas do 508. Przy nominalnym kącie sektora 200° (przy głowicach wzajemnie odchylonych o 40° od siebie) system dwugłowicowy pozwala na pomiary aż do powierzchni wody wzdłuż brzegu morskiego lub rzecznego czy wzdłuż nabrzeży.

Odstępy sąsiednich interlinii w systemie EM 3002 można ustawiać na jednakowe kąty lub na jednakowe odległości. Wiązki są elektronicznie stabilizowane w stosunku do przechyłów wzdłużnych (roll) jednostki. Pokrycie może być ograniczane przez operatora albo w kącie, albo w szerokości mierzonego pasa bez redukowania ilości wiązek. W polu bliskim zastosowane jest dynamiczne ogniskowanie wiązek. Zastosowano algorytm fazowej i amplitudowej kombinacji detekcji dna przez co w rezultacie uzyskano dokładność pomiaru głębokości o błędzie średniokwadratowym poniżej 5 cm (RMS).

Częstotliwość pracy 300 kHz pozwala na małe wymiary głowic, dobry zasięg oraz wysoką tolerancję systemu dla wzburzonej wody. Do detekcji celów może być poszerzona wiązka nadawcza. W standardowej wersji systemu jest także możliwość prezentacji akustycznego obrazu dna. Opcjonalne wersje zawierają możliwość wyświetlania i zapisywania danych dotyczących kolumny wody w uformowanej wiązce oraz nieobrobionych danych z poszczególnych poziomów kolumny wody (przed uformowaniem wiązek).

Echosonda wielowiązkowa EM 3002 może być dostarczana jako podstawowe urządzenie do zintegrowania systemu lub jako oddzielny kompletny system do sporządzania map dna morskiego. Stacja operatora jako wysokiej klasy stacja robocza PC zawsze zawiera wszystkie elementy potrzebne do sterowania, ustawiania, obsługi, rejestrowania danych oraz testowania systemu. Zwykle stacja operatora zawiera także zestaw wskaźników graficznych do kontroli jakości danych, jednak do tego celu może być także zainstalowane oprogramowanie zamienne innego producenta.

Dostępne jest oprogramowanie postprocessingowe zarówno opracowane przez Kongsberg jak i od innych dostawców. W zakresie echosond wielowiązkowych Kongsberg posiada doświadczoną serwisową i marketingową sieć dostępną na całym świecie.

2. Charakterystyka systemu

Elementy podstawowe

• Głowica sonaru (jedna lub dwie)

• Panel procesora

• Stacja operatora

System może zawierać jedną (EM3002S) lub dwie (EM3002D) głowice sonarowe. Podwójne głowice mogą być zastosowane w różny sposób. Najczęściej są one odchylone od siebie o kąt 400 i zainstalowane na lewej i prawej burcie aby uzyskać szersze pokrycie dna.

Kompletny system do odtwarzania map dna zawiera czujnik ruchu statku, czujnik kursu statku, sondę pomiaru prędkości dźwięku oraz system pozycyjny. Dla zastosowań na pojeździe ROV potrzebny jest system telemetryczny do komunikacji pomiędzy jednostką podwodną i elektroniką na powierzchni.

Głowice sonaru

Głowica sonarowa systemu EM3002 zawiera przetworniki oraz elektronikę nadajników i odbiorników. Średnica głowicy wynosi 332 mm, wysokość 119 mm. Obudowa wykonana jest z tytanu co daje dużą wytrzymałość, trwałość i 100% odporność na korozję. Przetworniki są wymienialne np. w przypadku uderzenia głowicą w dno.

Panel procesora

Panel procesora realizuje EM 3002 formowanie wiązek oraz detekcję dna. Jego dalsze funkcje kontrolne to: regulacja wzmocnienia, częstość impulsowania, kompensacja przechyłów (pitch) wiązek nadawczych, kompensacja przechyłów (roll) wiązek odbiorczych. Zawiera też wszystkie interfejsy związane z krytycznym czasem reakcji czujników zewnętrznych na położenie statku (pitch, roll, heave oraz kurs), na pozycję geograficzną statku oraz zewnętrzny zegar.

Stacja operatora

Stację operatora stanowi wysokiej klasy komputerowa stacja robocza HWS11 z oprogramowaniem SIS Firmy Kongsberg. Dodatkowo może być instalowane oprogramowanie innych firm. Komputer HWS11 może pracować w oparciu o platformę Linux® lub Microsoft Windows XP®. Standardowo w stacji HWS 11 zawsze jest instalowane oprogramowanie do sterowania echosondą EM 3002, do ustawiania parametrów czasowych echosondy, do zapisu danych oraz oprogramowanie do testowania echosondy.
Zwykle HWS 11 jest dostarczana z 19” przemysłowym monitorem LCD o rozdzielczości 1240x1024 pikseli. Dołączane jest wyjście na drugi monitor. Standardowo dołączana jest mysz optyczna oraz bryzgoszczelna klawiatura.

Oprogramowanie SIS (Seafloor Information System)

Oprogramowanie SIS jest kompletnym roboczym oprogramowaniem echosondy służącym także do kontrolowania jakości pracy systemów echosondy. Posiada intuicyjne menu oraz wskaźnik graficzny o wielu możliwościach łącznie z trójwymiarową prezentacją danych wielowiązkowych w czasie rzeczywistym. Elastyczny wskaźnik systemu pozwala na jednoczesną prezentację 7 nie zachodzących na siebie okienek prezentujących różne obrazy.

Oprogramowanie ma pełne możliwości obróbki danych, jest efektywnym, działającym w czasie rzeczywistym narzędziem do czyszczenia danych batymetrycznych oraz do generacji modelu terenu. Uzyskiwane w czasie rzeczywistym przypadkowe nieprawidłowe rezultaty sondowań mogą być poddawane obróbce tak, że przed eksportem tych danych do finalnego opracowywania map można dokonać ich końcowej kontroli jakościowej.
Model terenu wymiarami przystosowuje się do skali aktualnie przeprowadzanych pomiarów. Obraz modelu terenu jest generowany w 6 różnych rozdzielczościach jednocześnie umożliwiając szybkie dokonywanie zmian skali na monitorze funkcją zoom. Działanie oprogramowania jest kontrolowane przez dwa dongle, jeden dla SIS a drugi dla otoczenia mapy elektronicznej. Jeśli dongle od SIS zostanie uszkodzony lub zagubiony, oprogramowanie SIS będzie działać w dalszym ciągu w trybie awaryjnym aby umożliwić pracę i zapisywanie danych pomiarowych.

Standardowym środowiskiem systemu map elektronicznych jest CMAP. Akceptowane jest także środowisko map S-57. Dodatkowo do możliwości wizualizacji ECS, SIS może importować dane środowiska map w formacie DXF.

Oprogramowanie „SIS Sterownik”

To oprogramowanie jest opracowane do sterowania echosondą wielowiązkową w przypadku, gdy do pracy w czasie rzeczywistym stosowane jest oprogramowanie obcej firmy. Funkcje, za które jest odpowiedzialne oprogramowanie “SIS sterownik” to:

Oprogramowanie SIS do echosond wielowiązkowych

Dodatkowo do podstawowego oprogramowania roboczego realizowanego przez część sterownikową, to oprogramowanie zawiera następujące funkcje:

Opcje SIS

Dostępne są następujące opcje oprogramowania SIS:

3. Typowe zastosowania

• Sporządzanie map portów, śródlądowych szlaków żeglugowych, kanałów o krytycznych warunkach dla żeglugi

• Wykrywanie podwodnych rumowisk i innych obiektów

• Szczegółowe badania podwodnych konstrukcji w budowie oraz stanu prac pogłębiarskich

• Sporządzanie map środowiska dna morskiego

• Sporządzanie map biomasy w kolumnie wody

4. Cechy szczególne

• Pełna zgodność z najnowszymi wymaganiami standardu IHO

• Szerokość pasa pomiaru do 10 x głębokość lub 200m

• Zakres pomiaru głębokości od 150 m

• Fazowa lub amplitudowa detekcja dna

• 100% pokrycie dna nawet przy prędkościach powyżej 10 węzłów

• Bieżąca kompensacja przechyłów jednostki oraz ugięć wiązki ultradźwiękowej

• Wykonanie głowic do pracy na głębokości 500m lub 1500m

• Obrazowanie obiektów w kolumnie wody włączone do wersji standardowej

5. Funkcje wyróżniające system

6. POŁĄCZENIA ELEMENTÓW SYSTEMU EM 3002

7. PRZETWORNIK 300 KHz

7.1 System z pojedynczą głowicą EM3002S

W systemach z pojedynczą głowicą przeważnie jest ona montowana poziomo. Sposób instalacji może być dowolny w zależności od typu łodzi oraz od tego, czy system ma być przenośny, czy stacjonarny. Dla przenośnego systemu może być dostarczony uchwyt do głowicy. Na tym samym uchwycie można także zamocować czujnik ruchu. Głowicę można mocować na wysięgniku z dziobu lub z burty.

Stacjonarny montaż zawsze jest solidniejszy. Głowica może być zamocowana w zagłębieniu kadłuba lub w kilu. Na większych statkach zaleca się montaż głowic w pływkach. Producent oferuje także montaż na wysuwanym wysięgniku z wodoszczelnym zaworem.

7.2 System z podwójną głowicą

System EM 3002D posiada dwie głowice montowane najczęściej blisko siebie, pochylone każda o 40 stopni na obie strony. Takie geometryczne ustawienie pozwala na pomiary i inspekcje struktur podwodnych dowolnego kształtu, nawet pionowe ściany kei.

8. Oprogramowanie postprocessingowe

8.1 Opcje oprogramowania

Dane tworzone w echosondzie wielowiązkowej EM3002 są podstawą do: produkcji map batymetrycznych opisujących dno morskie, do trójwymiarowej prezentacji dna, do kombinacji batymetrii z akustycznym obrazem dna, do klasyfikacji dna itp. Firma Kongsberg Maritime może dostarczyć kompletny zestaw oprogramowania postprocesingowego własnego jak również dostarcza interfejsów umożliwiających stosowanie oprogramowania postprocesingowego innych producentów.

8.1.1 Zestaw oprogramowania Neptune Post Processing

Neptune post-processing system, kompatybilny z oprogramowaniem SIS obsługującym echosondę w czasie rzeczywistym zawiera 3 główne moduły oraz umożliwia eksport danych do oprogramowania innych producentów.

Neptune B jest wykorzystywany do postprocessingu danych batymetrycznych. Zawiera on funkcje czyszczenie i filtrowania danych o pozycji, analizy i korekcji danych o głębokości, uwzględniania wielkości pływów, automatycznego czyszczenia danych bazującego na regułach statystycznych, ręcznego edytowania, kontrolowanego minimalizowania danych oraz eksportowania danych do dalszej obróbki. Dane czyszczone w czasie rzeczywistym przy pomocy SIS są importowane do systemu Neptune B i wykorzystywane jako bazowe w procesie dalszego oczyszczania z pozostałych zakłóceń danych batymetrycznych.

Neptune S jest wykorzystywany do postprocesingowego przetwarzania danych obrazu dna w jednolitą mozaikową mapę obrazu dna. Poprzez zastosowanie systematycznej korekcji, filtrowania oraz interpolacji powstaje mapa wykorzystująca dane z zachodzących na siebie linii pomiarowych.

Neptune C jest wykorzystywany do klasyfikacji osadów dennych. Proces ten polega na wydobywaniu z danych sondażowych dna charakterystycznych sygnałów zawierających dane o cechach dna i wykorzystywaniu ich w procedurze klasyfikacji statystycznej w celu uzyskania najlepszego oszacowania rodzaju osadów dennych w funkcji pozycji i prezentowania w formie mapy ciągłej. W danych lokalnych warunkach, poprzez wykorzystanie modułu treningowego każdego klasyfikatora można wyszkolić do przeprowadzania korelacji sygnału akustycznego z rzeczywistą informacją o osadzie. Oprogramowanie służy do opracowywania cyfrowego modelu terenu. W celu uzyskania cyfrowego model terenu w oparciu o interpolację oczyszczonych danych sondażowych może być ono dostarczane jako zintegrowane z Neptune. Jest proste w produkcji warstwicowych map modelu terenu, wykresów trójwymiarowych, profili głębokości wzdłuż wyspecyfikowanych tras, arkuszy, kalkulacji kubatury itd. Jako dodatkowe oprogramowanie zewnętrznych producentów zwykle wykorzystywany jest system Cfloor albo CARIS.