Få bedre oversikt og gjør navigasjon av ROV enklere med sonarer

torsdag 10. mars 2022 / Blueye kontoret

Undervanns ROV-er er utmerkede verktøy til undervannsinspeksjoner. Noen ganger er derimot sikten i vannet dårlig, og det gjør inspeksjoner utfordrende. Integrere man en sonar på en ROV vil operatøren kunne forbedre navigasjon betraktelig som vil gjøre undervannsoperasjoner enklere og mer effektiv.

I denne artikkelen beskriver vi mer om hvordan sonarer fungerer. Vi skal se på forskjellene mellom single-beam vs multibeam og bruken av profilerings- og imagingsystemer, samt kunne gi ROV operatører et bedre beslutningsgrunnlag for hvilke systemer som er best for hvilke type oppdrag.

Hva er en sonar og hvordan fungerer de?

Sonar er kort for SOund Navigation And Ranging. Undervannsonarer har blitt brukt i lang tid og du finner de i dag i de fleste marine industrier og bruksområder. Eksempler på bruk av sonarer er enkle ekkolodd ombord fiskebåter som brukes til å lokalisere fisk eller mer avanserte sonarer til bruk for navigering og lokalisering av fremmede fartøy.

De fleste sonarer kan forklares enkelt; du lager en lyd, eller en lydbølge, fra din posisjon og avhengig av hvor sterkt dette ekkoet kommer tilbake til din posisjon igjen så kan du avgjøre hvor langt unna du er lokalisert fra noe. For noen type sonarer kan en også bestemme hvor stor, tykk eller i hvilket materiale objekter rundt deg er i ettersom noen materialer reflekterer mer lyd enn andre.

En Blueye X3 lokaliserer et skips propell og inspiserer ved hjelp av en multibeam sonar.

Hva brukes undervannsonarer til?

Det er hovedsakelig 3 ulike områder for bruk av sonarer under vann:

  • Samle inn data som kartlegging av havbunnen eller til bildegjenskapelse av objekter under vann
  • Undervannsnavigasjon i farvann med lite sikt
  • Lokalisere eller søke etter objekter eller savnede personer

Forskere bruker typisk sonarer til å kartlegge havbunnen. De samler data for å rådgi om hvordan vi best kan ivareta havet og alt som befinner seg under overflaten. ROVen er da ofte essensiell for å forstå dataen som samles inn fra sonaren ettersom ROVen filmer og gjengir ekte bilder.

Å navigere under vann er ganske ulikt fra det å navigere på bakkenivå. Havet kan være mørkt, ha dårlig sikt og er generelt et mer ukjent sted for mennesker. Ettersom sonarer kan forenkle navigasjon betraktelig, vil sonarer gjøre det enklere for ROV operatører å forstå hvor ROVen er lokalisert i forhold til andre objekter under vann.

Ettersom sonarer forenkler navigasjon er dette naturlig nok et svært nyttig verktøy for å lokalisere objekter eller savnede personer. Da sonarer reflekterer ekko fra objekter lokalisert langt forbi hva kameraet kan se, vil et slikt verktøy være til stor hjelp for søk- og redningsteam.

En ROV operatør navigerer under vann ved hjelp av en multibeam sonar. Foto: Blueye Robotics

To hovedkategorier for sonarer: aktiv og passiv

Sonarer plasseres gjerne i kategorien aktiv eller passiv. Passive sonarer lytter etter signaler fra marine objekter slik som skip eller dyr. Denne typen sonarer er populære blant militære skip og blant forskere som "lytter til havet". Aktive sonarer sender ut et akustisk signal og lytter deretter etter et ekko fra dette signalet. Det er denne typen sonarer som brukes med ROVer ettersom de kan gi dybdeinformasjon, gjengi bilder av objekter og bidra i navigasjon.

Aktive sonar systemer: Single- versus Multi-beam

I følge forfatterne av boken The ROV Manual (Christ og Werli, 2007, s. 401) faller aktive sonar systemer som brukes med ROVer ofte inn under disse tre kategoriene:

  • Multibeam
  • Mekanisk- eller side-scanning sonar (single-beam)
  • Single-beam directional sonar

 

Different underwater sonar types on ROV

Single-beam sonarer bruker en puls med en mottaker på et enkelt mottakende element. Disse systmene er populære på markedet i dag på grunn av sin enkelthet, lave kostnad og er spesielt brukervennlig for å kartlegge større områder på sjøbunnen. På den andre siden sender en multibeam ut en bred puls i en vifte-form og mottar ekkoene på et mye større antall elementer på et mer detaljert nivå som sørger for rask gjengivelse av elementene. En multibeam samler inn data både på dybde og ekko. Denne typen sonar er spesielt brukt i situasjoner hvor det er viktig med et detaljert bilde som mulig på objekter og benyttes mye som et navigasjonsvertøy.

System illustration: Single-beam 360° sonarer bruker en puls med en mottaker på et enkelt mottakende element.
System illustration: Multibeam sonarer sender ut en bred puls i en vifte-form og mottar ekkoene på et mye større antall elementer på et mer detaljert nivå
Single-beam Multibeam
360° visning rundt ROVen Ja -
Strømbehov Lite Mye
Bildegjengivelse Standard Premium
Pris

 

Forskjellen mellom imaging- og -profiling sonar systemer

Imaging sonarer har en vifte-formet sonar stråle som scanner et gitt område ved enten å rotere eller bevege seg i en rett linje. En ROV operatør som benytter en imaging sonar har mulighet til å se størrelser, former, og overflater som reflekterer ulike karakteristika ved objektet. Hovedformålet ved å bruke en imaging sonar er rett og slett for å se mer (Christ og Wernli Sr, 2007, s. 404).

Profiling sonarer bruker en smal blyant-formet sonar stråle til å scanne på tvers av et gitt område og genererer en enkelt profillinje på monitoren. Denne linjen betår av flere tusen punkter og beskriver presist de kryss-seksjonene på et utvalgt område (Christ og Wernli Sr, 2007, s. 405). Det primære bruksområdet for profileringssonarer er ofte til å måle dybde eller for å gjenskape et bilde av sjøbunnen. En kan benytte både en imaging- og en profileringssonar på en ROV for å oppnå både bildegjengivelse og måle avstand fra havbunnen.

En imaging multibeam sonar som hjelper en ROV pilot å navigere mot et objekt under vann. Foto: Blueye Robotics

Hvilken type sonar bør jeg velge?

Det er en del faktorer en bør ta i betraktning når en skal velge en sonar for en ROV. Det er viktig å ta hensyn til bruksområde, budsjett og erfaring med denne typen verktøy. De ulike sonar-modellene kan sammenlignes med ulikhetene du opplever ved valg av kamera. Enkel kamerateknologi kan være svært kostnadseffektiv og intuitiv å operere, og mer avansert teknologi krever ofte en høyere investering i form av budsjett og kunnskap.

Å ta et bilde med et kamera er enkelt, men det er ikke alltid enkelt å få tatt akkurat det bildet du så for deg. Speilreflekskamera er mer komplekse, men med riktig trening kan du ta fantastiske motiver. Barrieren til å utnytte et systems fulle potensial kan være høy og i mange situasjoner kreves det en god del kunnskap om bruken. Dette er også viktig å ta hensyn til når en velger en sonar til en ROV.

Før du velger et sonar system er det viktig å evaluere bruksområdet ditt. Dersom du trenger en sonar til å kartlegge et større område, til å lokalisere et objekt eller gjøre bunnkartlegging, kan en 360-grader sonar være det beste alternativet. Har du behov for å se detaljer og eller navigere in-real-time, kan en multibeam være best.

Listen over sonarer er lang. De er ulik i pris og teknologien spenner fra å være enkel til nokså kompleks. Vi i Blueye tar gjerne en prat om ditt bruksområde for å veilede deg i de ulike verktøyene som finnes. Ta gjerne kontakt dersom du ønsker å lære mer om hvordan sonarer fungerer og hvordan de kan hjelpe deg i dine undervannsoperasjoner. Vi holder også et digitalt event den 31. mars, om akkurat dette temaet. Klikk her for å mer info og påmelding!

Blueye X3 med ISS360, Tritech Micron Gemini multibeam og Ping360 sonar. Foto: Blueye Robotics

Bruksområder for sonarer på ROVer

  • Lag 3D fotogrammetri av strukturer og inspiser integritet i detalj
  • Geofysisk forskning
  • Batymetri
  • Bunnkartlegging
  • Lokaliser objekter
  • Øk den visuelle rekkevidden ved søk- og redningsoppdrag
  • Enklere manøvrering og navigering av ROV i grumsete forhold
  • Identifiser materialer

Tilgjengelige sonarer med Blueye X3 ROV

360 grader mekaniske sonarer

ISS360 Imaging Sonar fra Impact Subsea

ISS360 Imaging Sonar har en rekkevidde opp mot 90 meter og gir et veldig klart bilde av omgivelsene. Denne sonarer er svært kompakt og er ideell for både navigasjon og søk etter objekter.

Ping360 Scanning sonar fra Blue Robotics

Med en Ping360 scanning sonar på toppen av en Blueye X3 ROV får du god oversikt over omgivelsene til ROVen. Du får se ekko fra objekter som tau, vegger, pæler, steiner, båter, fisk og andre objekter under vann. Med en slik sonar på ROVen kan du lage deg referansepunkter til å navigere fra, uavhengig av sikten i vannet, og du kan raskt lokalisere viktige objekter.

Ping Sonar Altimeter og Echosounder fra Blue Robotics

Ping Echosounder og Altimeter er en budsjettvennlig sonar som måler distanse til objekter under vann. Den har 30 m rekkevidde, 30 m strålebredde, og 300 m dybderangering. Denne sonaren muliggjør også kontrollmodusen auto-høyde på ROVen. Denne modusen er spesielt fin å bruke når en skal følge et objekt for å gjøre en inspeksjon, som for eksempel et rør.

Multibeam sonarer

Micron Gemini fra Tritech

Micron Gemini er kanskje verdens minste multibeam imaging sonar. Den har 90° horisontal synsfelt og en rekkevidde på 50m. Den har en hastighet på opptil 20Hz, noe som gjør den kapabel til å gjenskape omgivelser in-real-time. En annen fordel med denne sonaren er den kompakte størrelse og lette vekt som ikke påvirker kjøreegenskapene til ROVen.



Kilder:
Robert D. Christ og Robert L. Wernli Sr., The ROV Manual (2007), 2nd Edition.
Micron Gemini Tritech International Ltd
Ping 360 Sonar Blue Robotics
ISS360 Impact Subsea

Snakk med en industriekspert