Новости компании

Разработана и проверена в натурных условиях новая версия программного обеспечения многофункционального исследовательского эхолота с расщепленным лучом МИЭЛ

 НОВЫЕ ФУНКЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЭХОЛОТА С РАСЩЕПЛЕННЫМ ЛУЧОМ ДЛЯ РЕСУРСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

В 2018 году Конструкторским бюро морской электроники «Вектор» разработан портативный многофункциональный исследовательский эхолот (МИЭЛ) с расщеплённым лучом, предназначенный для исследования запасов водных биоресурсов. В том же году МИЭЛ был испытан в натурных условиях совместно со специалистами ВНИРО на акватории полигона с известным ихтиоценозом [1].

Потребность в создании отечественного эхолота для проведения ресурсных исследований на внутренних водоемах и в условиях малых глубин связана с тем, что зарубежные научные эхолоты имеют узкие диаграммы направленности антенн, что не позволяет их использовать при вертикальной локации на глубинах менее 3 метров из-за малых объёмов озвучивания воды и, следовательно, низкой репрезентативности данных.

После введения санкций западными странами многие зарубежные производители прекратили продажу высокотехнологичной продукции в нашу страну, а те, что могут быть поставлены, практически лишены технической поддержки, так как многие представительств в России были закрыты, а развитие любой высокотехнологичной продукции подразумевает тесное сотрудничество между разработчиком и пользователем.

В 2019-2020 годах произведена доработка программного обеспечения (ПО) МИЭЛ: усовершенствован и переведён на английский язык интерфейс пользователя, добавлены новые функции, в том числе не имеющие аналогов в однотипных зарубежных эхолотах. Проведены натурные испытания МИЭЛ с обновлённым ПО для вариантов мобильного и стационарного размещения.

Новые функции ПО МИЭЛ:

  1. адаптивная пороговая обработка эхосигнала;
  2. определение твёрдости грунта донной поверхности;
  3. обнаружение и подсчёт треков одиночных рыб, определение относительного направления движения одиночных рыб по их трекам: «по течению», «против течения».

В 2020 году после доработки ПО МИЭЛ были проведены его испытания на акваториях Таганрогского залива Азовского моря и лимана впадающей в него реки Миус.

В Таганрогском заливе опробован новый алгоритм ПО МИЭЛ обнаружения и подсчёта треков одиночных рыб с определением относительного направления их движения. Антенна МИЭЛ размещалась стационарно (на понтоне) на глубине 1,5 м, ось характеристики направленности ориентировалась горизонтально параллельно дну и поверхности водоёма, глубина которого составляла 3 м в месте проведения эксперимента.

Алгоритм обнаружения и подсчёта треков одиночных рыб предназначен для объединения связанных между собой отметок обнаруженных одиночных целей в соседних пингах. Традиционно в научных эхолотах расчёт и построение гистограммы силы цели (длины) одиночных рыб производится по обнаруженным одиночным целям, то есть по отдельным эхоконтактам с рыбой в соседних пингах. Это приводит к некоторому «размытию» максимума гистограммы.

Вновь разработанный «трековый» алгоритм МИЭЛ «собирает» отметки эхотрассы одиночной рыбы в единый трек, определяет силу цели рыбы по совокупности эхоконтактов, определяет относительное направление движения рыбы «по течению» или «против течения» (при стационарном размещении) и подсчитывает как общее количество треков, так и по определённым направлениям. Последнее важно для подсчёта рыб, идущих на нерест, и для исследования миграции рыб. Расчёт гистограммы осуществляется по количеству и силе цели обнаруженных треков, что повышает «разрешение» гистограммы по силе цели.

Этот алгоритм, работающий в режиме «реального времени», не имеет аналогов в ПО зарубежных эхолотов, поскольку трековый анализ традиционно производится в ПО постпроцессинга.

Испытание трекового алгоритма проводилось с использованием искусственной цели (стального шарика), перемещаемой поперёк характеристики направленности по известным направлениям. При этом в характеристику направленности попадали и одиночные рыбы. Треки одиночных целей были уверенно обнаружены, подсчитаны и определено направление их движения. На рисунке 1 показана эхограмма сигнала Sp («сырого» сигнала), на рисунке 2 показана эхограмма обнаруженных треков одиночных целей.

 echogramaSp ru

Рисунок 1 – Эхограмма сигнала Sp

 

 echogramTreck

Рисунок 2 – Эхограмма треков

На рисунке 3 показана информационная панель «Трек», в которой отображается общее количество обнаруженных треков, а также количество треков по определённым направлениям.

infpanelTreck ru

Рисунок 3 – Информационная панель «Трек»

На акватории Миусского лимана на предприятии пастбищной аквакультуры испытывался алгоритм ПО МИЭЛ адаптивной пороговой обработки эхосигналов. Проверялась работа МИЭЛ в условиях сверхмелководья при траверсном зондировании (боковой обзор) на относительно протяжённом диапазоне дальности 50 м в присутствии помехи донной реверберации. МИЭЛ применялся мобильно и размещался на левом борту катера «Прогресс» на заглублении 0,4 м с наклоном оси антенны 10 градусов от горизонта в сторону дна. Глубина водоёма 1,6 м, дно илистое. Производилась гидроакустическая съёмка на скорости хода катера 4 узла в период кормления рыб на заданном участке водоёма.

На рисунке 4 показана эхограмма съёмки при длительности зондирующего импульса 256 мкс. Судно (начало отсчёта дистанции) находится с правой стороны, МИЭЛ зондирует влево. Протяжённость «зоны чистой воды» (до прихода эхосигнала донной реверберации) порядка 2 м, после которой полезные эхосигналы принимаются на фоне «подстилающей» помехи донной реверберации. По контуру первого вступления донного эхосигнала видно воздействие довольно сильной качки на судно (скорость ветра порядка 5 м/с).

Настройки алгоритма адаптивной пороговой обработки в течение съёмки подстраивались оператором, поэтому на эхограмме (рисунок 4) видны широкие горизонтальные полосы с различной степенью помеховой «засветки». Протяжённость эхограммы по дистанции, пройденной катером, оценивается порядка 40 м, выделенная прямоугольная область порядка 5х5 м. При наличии помехи донной реверберации и в условиях качки судна на эхограмме отчётливо фиксируются эхотрассы одиночных рыб вплоть до дистанции 50 м, полученные при помощи адаптивной пороговой обработки. Отчётливо видны «тени» за «сильно засвеченными» участками эхотрасс одиночных рыб. «Тень» проявляется как «незасвеченная» (белая) полоса, идущая параллельно «яркой» отметке самóй эхотрассы рыбы. Это эхотрассы карпов, кормящихся со дна рассыпанным ранее кормом: придонная рыба «экранирует» донную реверберацию непосредственно за её телом.

sidescanechogram ru

Рисунок 4 – Эхограмма при боковом обзоре.
Судно располагается справа, зондирование по левому борту 0-50м

Кроме описанных выше алгоритмов в состав ПО МИЭЛ добавлен алгоритм определения твёрдости грунта донной поверхности.

Определение параметров донной поверхности широко используется в различных целях, в частности как для картографирования собственно морского дна, так и придонной «флоры» и «фауны». Твердость грунта донной поверхности определяется качественно в диапазоне от «Мягкий» до «Жесткий». Для определения твердости грунта осуществляется расчет силы рассеяния донной поверхности (bottom echo strength) [2].

Расчет силы рассеяния донной поверхности осуществляется для текущего (последнего) пинга. Индикация рассчитанного значения осуществляется в окне «Твердость дна» двумя способами (рисунок 5):

  1. в виде знакового числового значения в дБ над полосой палитры цветового кода твердости донного грунта;
  2. узким вертикальным отрезком прямой линии черного цвета на полосе палитры цветового кода твердости донного грунта; положение вертикального отрезка на палитре соответствует области отображения цветового кода значения силы рассеяния, рассчитываемого аналогично цветовому коду палитры эхограммы.

bottomHardness ru

Рисунок 5 – Отображение значения твердости грунта донной поверхности

На рисунке 5 изображено окно «Твердость дна», содержащее цветовую палитру, кодирующую значение силы рассеяния донной поверхности. Набор цветов соответствует палитре, выбранной оператором для отображения эхограммы.

Также возможно отображение «Твердости дна» на эхограмме в виде линии, повторяющей профиль донной поверхности. Отображение линии «Твердость дна» осуществляется добавлением в вертикальную строку цветового кода амплитуды эхосигнала определенного количества пикселей, расположенных ниже линии обнаруженного эхосигнала от донной поверхности (по аналогии с отображением «Белой линии»). Таким образом, информация, содержащаяся в эхосигнале ниже линии дна, не затирается, а смещается вниз. Цвет пикселей линии «Твердость дна» соответствует цвету палитры на рисунке 5 в месте размещения вертикального отрезка прямой линии черного цвета. Отображение линии «Твердость дна» показано на рисунке 6.

bottomHardnessLine

Рисунок 6 – Отображение линии «Твердость дна» на эхограмме

Выбор линии для отображения («Линия дна», «Белая линия», «Твердость дна») осуществляется в диалоговом окне «Линии» меню пользовательского интерфейса.

Значение твердости грунта рассчитывается только в том случае, если эхосигнал от донной поверхности обнаружен. При отсутствии в пределах заданного диапазона дальностей донного эхосигнала или при его потере значение твердости грунта не рассчитывается, в знаковом поле окна «Твердость грунта» выводится прочерк, на эхограмме цвет линии твердости дна заменяется на белый.

Кроме того, в настоящее время ведётся разработка тренажёра МИЭЛ, который позволит не только обучить оператора работе с основными функциями эхолота по количественной оценке рыбных скоплений, но и обучить процедуре калибровки научного эхолота. Это новая функция. Её сегодня нет ни в одном зарубежном гидроакустическом тренажёре.

МИЭЛ найдет широкое применение при проведении научных исследований запасов рыб и при промышленном рыболовстве:

  • подсчет количества рыб в реальном масштабе времени при вертикальной и горизонтальной локации в традиционных режимах площадных эхосъемок;
  • подсчет количества рыб, прошедших на нерест при стационарной установке антенны МИЭЛ;
  • бережливое промышленное рыболовство (с учетом полученного размерного ряда рыб) на малотоннажных рыболовных судах в прибрежных морских зонах и во внутренних водоемах.

Литература

  1. Гончаров С.М., Попов С.Б., Долгов А.Н., Куценко А.Н., Раскита М.А. Результаты испытаний нового отечественного научного эхолота с расщепленным лучом, предназначенного для ресурсных исследований на внутренних водоёмах. Труды ВНИРО, т. 177, 2019 г., с. 167-179.
  2. Henry M. Manik. Seabed Identification and Characterization Using Sonar. - Hindawi Publishing Corporation Advances in Acoustics and Vibration Volume 2012, Article ID 532458, 5 pages.

Контакты

Россия, 347913, г. Таганрог, ул. Менделеева, д.6

  • dummy+7 (8634) 333-900

  • dummy mail@vector.ttn.ru