// Вие четете...

Чиста вода

Радиолокационно изображение на акватории.

„Знанието и науката не висят на вратата.“

Към настоящия момент радиолокационно изображение на акватория, получавано с помощта на радиолокатор със синтезируема апертура (РСА) се използва за снимка на релефа на дъното с точност, сравнима с точността на промер с помощта на ехолоти. За определяне на дълбочините се използват модели на радиолокационно изображение, чийто параметри се явяват опорни дълбочини, скорост на течения и характеристики на вълнението в момента на снимката, а също така цифрова инверсионна процедура за обработка.

Възможност за получаване на радиолокационно изображение на акватория с изискваното за тези цели пространствено разрешение се осигурява от функциониращи космически системи, снабдени с РСА, имаща разрешаваща способност на нивото от три метра: RADARSAT 2 (2002 г.), SkyMed COSMO (2002 г.), TerraSAR (2004 г.). Съществуват също авиационни системи, които са снабдени с РСА с мулти поляризирани излъчватели, такива като, например, E-SAR.

Картографирането на релефа на дъното на крайбрежни акватории с използването на радиолокационно сондиране се счита за едно от важните приложения на изображенията, получени с помощта на РСА. Но потенциалът на дадения метод още не е напълно оценен от хидрографските служби.

Белгийската фирма ARGOSS по проекта BABEL е разработила нова технология за мониторинг на релефа на морското дъно – BAS (Bathymetry Assessment System) за картографиране на дълбочините на плитководни крайбрежни акватории, базирани на използването на радиолокационни изображения на акваторията, получени с помощта на РСА, установена на спътник на Европейското космическо агентство (ERS).

Стойността на обслужване е от 1/3 до 1/10 от стойността за получаване на данните с традиционните методи, а резултатът може да бъде достигнат в значително по-кратък период от време, което е особено важно за мониторинга на акватории с бързо протичащи геоморфологически процеси. Разрешаващата способност на радиолокационните изображения позволява извършването на снимки на релефа на дъното в мащаб 1:50000 и по-крупен, което се явява достатъчна за много приложения.

Проектът BABEL е бил осъществен в белгийските крайбрежни води в района на пясъчните банки Kwintebank и Middbekerke Bank. Размерът на района е примерно 20х15 км2. Цел на проекта се явява демонстрация на възможностите на радиолокационната снимка от космическата система ERS за картографиране на релефа на дъното на морски акватории.

Наличието на протяжни пясъчни банки правят тези сложни райони удобни за демонстрация на дадената технология. От страна на ползвателя са издигнати изисквания за получаване на точна информация за относителни изменения на батиметрията и морфологията на дъното.

За избрания район е била използвана батиметрическа и геоморфологична информация от три години.

Пясъчните банки могат да се появят в резултат на добиване на пясък, и като обекти, представляващи потенциална навигационна опасност, те трябва постоянно да се проследяват.

Получаването на радиолокационно изображение на дъното е възможно при определено състояние на повърхността на морето. Експерименталните данни, събрани в Северно море, са позволили да се установи, че благоприятни хидрометеорологични условия за тези цели се явяват: скоростта на теченията да е в пределите 0,4-0,8 м/с, а диапазона за приемливи значения на скоростта на вятъра – от 3 до 10 м/с.

Формирането на изображение на дадената топография с помощта на РСА се получава вследствие на три процеса, протичащи в слоя вода от повърхността до дъното.

Първия – взаимодействието между приливния поток и дънната топография води към модулация на повърхностната скорост на потока. Този процес може да се опише с помощта на уравнение за неразделността, уравнение за плитка вода и/или уравнение на Нове-Стокс.

Втория процес – модулация на скоростта на потока на повърхността предизвиква вариации в спектъра енергия в повърхностните вълни. Това се описва с помощта на уравнение за баланса на действие, в което се използва член, описващ източника на релаксация, моделиращ възстановяването на силата на вятъра и енергията за разрушаване на вълните. И третия процес се състои в това, че вариациите на вълновия спектър предизвикват модулация в нивото на разсейване на радиолокационния сигнал назад.

За разчет на вариациите на интензивността на радиолокационния сигнал, разсейван назад, може да бъде използван модела на Брег. Но има също двуизмерен модел на основата на първо приближение на Кирхоф.

Базирайки се на така представения механизъм за получаване на радиолокационното изображение на дадена топография, ARGOSS е разработила пакет на компютърен модел за получаване на дълбочините по данни на радиолокационното сондиране на акваторията. Сега се използва изчислителна схема BAS на основата на едно мерен пространствен модел.

Използваните за това хидрологични и метеорологични данни в момента на снимката от космоса се включва височината на нивото на морето относно нулата на дълбочините и данни за скоростта на вятъра и течението.

В качеството на опорни дълбочини се използват данни от промер, изпълнен с едно лъчев ехолот с разстояние между галсите от 800-1600 м.

Координатното привързване на радиолокационното изображение се осъществява по наземни опорни точки, идентифицирани на навигационните морски карти (НМК) и на радиолокационните изображения, получени с помощта на РСА от спътника ERS.

Количеството на наземните опорни геодезични точки, използвани за точно координатно привързване зависи от качеството на изображението и наличието на опорните точки. В общия случай се използват от 3 до 10 точки.

За определяне на дълбочините се използват вариации на тона на радиолокационното изображение. С помощта на BAS съотношението на интензивността на изображението и дълбочината се инвертира в локална вариация на дълбочините относно опорните значения. Опорните дълбочини са необходими, за да се определи крупно мащабния тренд на дадената топография и да се получи първоначалната дълбочина, която се използва като начална точка в интерактивната процедура за оценка на дълбочините. Изискват се и други данни, за да се откалиброват параметрите на модела.

За разчет на нивото на прилива и течението са необходими данни за скоростта и направлението на вятъра, а също и фазата на прилива. За обработката са били избрани три радиолокационни изображения, получени през юни 1993., януари 1995 г. и 1997 г. За същия този период са подбрани и данни от промери в дадения район. С използването на причислената информация и с помощта на BAS са били изчислени дълбочините на целия обследван район.

В разглежданите райони топографията на дъното може да бъде описана като супер позиция на крупно мащабни пясъчни банки и малко размерни пясъчни вълни. Доколкото в BAS се използва едно мерен модел на релефа, точността на определяните дълбочини може да се понижи в тези места, където направленията на две геоморфологични структури не съвпадат.

При определяне на дълбочините по линии, перпендикулярни на пясъчните вълни, се получава добър резултат за пясъчните вълни и близки до оптималните – за пясъчните банки. Поради това, при избор на направления за профилиране по предпочитани за пясъчните банки, ще бъдат получени по-малко приемливи резултати за пясъчните вълни. В BAS се избират направления за профили, по които погрешността на изчислените дълбочини ще бъде минимална.

Моделът на дънната топография, получен в резултат на обработката на три радиолокационни изображения, се сравнява с данни от промерите, изпълнени в срокове, най-близки към момента на провеждане на спътниковата радиолокационна снимка. По данни от промерите се създават цифрови модели на релефа на дъното в мрежа със стъпка от 25 м. При сравнение на модела на релефа на дъното е бил оценен със следните параметри: средна разлика (СР), средна квадратична разлика (СКР), средна абсолютна разлика (САР), погрешност на дълбочините Δ90 с 90% и Δ95 с 95% с доверително ниво на вероятност. По-долу в таблица са приведени значенията на тези параметри за резултатите на изчислените дълбочини по три различни радиолокационни снимки.

Резултати от сравненията на моделите на релефа на дъното, построени по радиолокационни снимки на акватории и по данни от промери.

Резултатите, представени в таблицата се разглеждат от разработчиците на методиката като ниска граница за достигната точност при указана разрешаваща способност на радиолокационното изображение, с размер на стъпката на разчетната мрежа и природна изменчивост на дънната топография в пределите на мрежовата клетка.

Получените резултати са показали, че използването на радиолокационните снимки позволяват да се изключат част от промерните работи с помощта на ехолоти, а това ще намали стойността на производството на карти с 50%. Картите, получени на основата на РСА изображения са по-малко детайлни от картите в класическия вариант. Това се явява като следствие от недостатъчната разрешаваща способност на радиолокационното изображение (25 см), получавано с РСА, установена на спътника ERS-2. Даденото пространствено разрешение позволява да се произведат карти в мащаб 1:50000 и по-малък. Много по-висока разрешаваща способност се осигурява от появилите се зад граница интерферометрически радари със синтезируема апертура.

Разгледаната технология е намерила приложение за оценка на зависимостите на акваторията и влиянието на дънно удълбочителните работи на разрушаването на бреговата линия. До настоящия момент за тази цел са били извършвани промери, в хода на които се измерва концентрацията на утаечни частици във водата и полето на теченията за цялата акватория, което изисква значителни разходи на време и средства. Алтернативен и много по изгоден път за получаване на необходимата информация се явява използването на дистанционните методи.

За тези цели се използва времевата последователност както на оптически, така и на радиолокационни спътникови данни. Още повече, че дистанционните данни покриват относително голяма площ, имат достатъчно ниска стойност и се явяват поради това идеални за целите на прогностична оценка. За да осигури строителството на пристанища с необходимата информация, фирмата ARGOSS е създала служба, която създава карти с концентрация на утайки, карта на дълбочините, карата на теченията и нивото на морето. Службата използва няколко източника на данни, в това число и данни от РСА, установена на спътника ERS-2, от датчика за морско наблюдение с широк ъгъл на полезрението SeaWiFSs, от модулния оптико електронен скенер Mos и радиовисотомер, установен на космическия апарат Topex/Poseidon.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар