Методы линеаризации информации при панорамном мониторинге акваторий

Размещено на http://www.Allbest.ru/

НАН Украины

Научно-технический центр панорамных акустических систем

Методы линеаризации информации при панорамном мониторинге акваторий

Н.А. Волошина,

И.Н. Писанко,

С.И. Донченко

г. Запорожье

Аннотация

Рассмотрены вопросы линеаризации данных, получаемых гидроакустическими комплексами бокового обзора при обследовании дна акваторий в целях экологического и навигационного мониторинга. Алгоритмы линеаризации позволяют избежать искажений формы объектов на эхограммах и являются основой для картирования данных панорамного мониторинга дна акваторий.

Розглянуто питання лінеаризації даних, отриманих гідроакустичними комплексами бокового огляду при обстеженні дна акваторій в цілях екологічного та навігаційного моніторингу. Алгоритми лінеаризації дозволяють уникнути викривлення форми об'єктів на ехограмах і є основою для картування даних панорамного моніторингу дна акваторій.

N.A. Voloshyna, I.N. Pisanko, S.I. Donchenko. Methods of a linearization of the information at panoramic monitoring of water areas

The problem of linearization of data, obtained with side scan hydroacoustical complexes at survey of sea and river bottom for ecologic and navigation monitoring, are considered. Algorithms of linearization allow avoid of object form defacement and can be used for mapping results of water areas panoramic monitoring.

Морские и речные акватории являются стратегически важным источником природных ресурсов. В современных условиях возрастающих техногенных нагрузок все большее значение получает задача высокоинформативного регулярного мониторинга состояния акваторий, позволяющего оперативно решать вопросы:

детального картирования текущего морфоструктурного состояния дна;

разведки сырьевых ресурсов;

поиска и обнаружения объектов, потенциально опасных в экологическом и навигационном (портовые зоны) отношении.

Результатом анализа данных мониторинга акватории должна стать комплексная оценка состояния и ресурсного потенциала обследованных участков акватории. Все эти вопросы предпочтительно решать, применяя специализированные гидроакустические средства. Можно привести целый ряд примеров успешного использования одно- и многолучевых эхолотов, профилографов и гидролокаторов бокового обзора в целях исследования дна и водной толщи: от поисков скоплений рыбы до оценки трасс прокладки подводных кабелей связи и состояния подходов к портам.

В данной работе рассматриваются алгоритмы линеаризации эхограмм, получаемые гидролокаторами бокового обзора при мониторинге дна акваторий, их преимущества и недостатки.

Как известно, при боковом обзоре регистрируются сигналы донной реверберации, несущие информацию о рельефе дна и акустических свойствах элементов его поверхности. После каждого го периодически излучаемого импульса принимается эхо-сигнал . Его реализация образуется в результате оцифровки выборок эхо-сигнала в моменты времени , . Зарегистрированные пакеты реализаций формируют растры получаемых таким образом эхограмм. Высокая разрешающая способность по наклонной дальности, большой рабочий и динамический диапазон, высокая плотность выборок в современных комплексах бокового обзора позволяют говорить о степени детальности и производительности обследования участков дна акваторий панорамными средствами.

Однако для полноценного решения задачи панорамного мониторинга дна акваторий необходимо реализовать привязку эхо_сигналов к географическим координатам, выполнить на ее основе ряд преобразований (составляющих алгоритмическое ядро наших методов линеаризации) и, наконец, получить морфоструктурные карты обследованных районов дна акваторий как исходный материал для оценки состояния и ресурсного потенциала дна акваторий.

Практика показывает, что при регулярном мониторинге дна акваторий формируется большое количество файлов (порядка 100 за 1 сутки работ при производительности более 1 км²/ч) - пакетов реализаций эхо-сигнала, сопровождаемых навигационными данными GPS и служебной информацией. Организацию оперативной обработки, сопряжение и последующий анализ полученных данных целесообразно проводить в рамках системы управления базой данных, дополненной алгоритмами линеаризации эхограмм, созданные в НТЦ ПАС. экологический навигационный линеаризация акватория

Суть линеаризации заключается в преобразовании растров эхограмм на выделяемых галсах записей от исходных координат “время выборки - время реализации” к координатам “горизонтальная дальность - путевая дальность”.

Процесс линеаризации разбит на три этапа:

проверка целостности и корректность необходимых для преобразования данных, выделение галсов линеаризации;

преобразование времени выборок к горизонтальной дальности;

преобразование времени записи реализаций к путевой дальности.

При проведении линеаризации учитываются неравномерность скорости судна-носителя, а также изменения глубины под акустическими антеннами при движении судна-носителя по произвольной траектории .

Предложенные методы проведения линеаризации информации обладают рядом существенных преимуществ. Во-первых, оказывается возможным подобрать такие параметры преобразования, при которых линейные размеры характерных элементов дна на обследуемом участке будут соответствовать равномерному масштабу. В-вторых, линеаризованные эхограммы галсов могут быть относительно легко перенесены на сетку географических координат. Все это позволяет оперативно (по итогам рабочего дня) получать интегрированный материал о морфоструктуре дна, необходимый для мониторинга состояния акваторий и планирования дальнейших работ.

В результате процесса линеаризации любой характерный элемент исходной эхограммы (отличающийся от фона повышенным/пониженным уровнем эхо-сигнала) получает минимально искаженную форму , что значительно облегчает его идентификацию и последующее картирование при гидроакустическом мониторинге дна акваторий.

Алгоритмы линеаризации эхограмм были разработаны и реализованы в 2002 г. как дополнительные процедуры к СУБД “Навигатор” НТЦ ПАС НАН Украины. Апробация этих алгоритмов проводилась применительно к эхограммам, полученным в рамках Программы экологического мониторинга Днепровского водохранилища (2000-2001 гг.), а также при выполнении НИР “Геологическая оценка трассы прокладки подводного кабеля связи по линии Евпатория-Керчь” на северном шельфе Черного моря (2002 г.).

Перечень ссылок

Экологические основы природопользования, Под редакцией Н.П. Грицан, Н.В. Шпак, Г.Г. Шматков, А.Г. Шапарь и др., Днепропетровск, ИППЭ, 1998, 413 стр.;

Гончар А.И. Проблема создания высокоэффективных многоцелевых гидролокаторов бокового обзора, Запорожье, НТЦ ПАС НАН Украины, 1998, 412 стр.

Размещено на Allbest.ru