满足可视化和测绘声纳的未来

由理查德亚当斯 • 21 二月 2018

位于海面以下的不确定性使得许多行业在开展日常业务时都面临难以置信的挑战。从海上结构安装和检查到保护港口和建设国家发电资产，所有海底工业都面临着一系列动态问题，他们必须解决这些问题。用于水下检测的行业标准技术是20年前在市场上推出的多波束声纳。在引入市场的时候，多波束是革命性的，因为它可以比前标技术 - 单波束产生更清晰的水下环境图像。然而，多波束具有局限性，因为其输出需要后处理以呈现被检查区域的有用3D图像，并且不能对移动物体成像。许多海底应用都需要能够促进静态和动态操作的实时3D决策的技术。

Coda Octopus Products Ltd.已经认识到了这一市场需求，并且在近25年来一直处于海洋调查业务的前沿。该公司最早成为地球物理勘探数字采集和处理领域的先驱，这一创新和对研发（R＆D）的重视已成为公司的特征。 Coda Octopus凭借其GeoSurvey，DA和Survey Engine产品系列继续领导地球物理采集和加工市场。此外，它还开发了一系列独特的专利实时三维体积声纳系统，以Echoscope品牌销售，是海底实时三维可视化领域的领导者。这种世界上第一项技术允许用户生成水下环境的实时三维图像，而不管能见度低或零为准，并已成功应用于全球各种复杂的海底项目和操作，包括石油和天然气应用程序，防波堤建设，资产安置和着陆，港口和港口安全，国防，采矿和潜水应用我们的实时三维和地球物理产品系列由GNSS辅助惯性导航系统补充。 F180系列在海事调查行业中具有良好的记录精度和可靠性，是世界各地勘测船上首选的资产。

我们现有的第三代实时3D声纳产品包括标准Echoscope，Echoscope和Echoscope C500。所有这些型号的标准深度等级均为600米，并可提供3000米的额定值;我们也有能力根据要求将这些降至6000米。我们不断在实时3D声纳领域创新和开发新的应用产品。在海底市场多年的经验以及来自客户的反馈和我们的研发部门的指导下，我们从未停滞不前。我们所有的实时3D声纳都使用专有技术，并且仍然是唯一真正的实时3D成像声纳，能够传输大容量的声能脉冲，每次声传输或“ping”时通常会产生超过16,000个波束。

我们在创新第四代（4G）这些产品方面迈出了重要的一步，公司将于2018年1月推出新型Echoscope4G Surface声纳。

重新构想，重新设计和重新包装的Echoscope4G Surface具有新的外形尺寸，与我们的第三代（3G）技术相比，重量减轻了50％，体积缩小了40％，功耗降低了30％。在收到客户的反馈意见并清楚了解他们使用我们独特技术的关键应用和环境后，Surface为浅水系统运营进入了一个全新的独特市场空间。我们标准的Echoscope入门产品600米，在家中使用ROV，AUV和船只。在开发Echoscope4G Surface时，我们专注于浅水操作需求，并能够显着降低系统的关键尺寸，重量和功率（SWaP）特性。这款新型Surface产品适用于水深不超过20米的水下作业。新的Surface也是一款即插即用的应用程序，因为它比我们现有的Echoscope需要更少的调整。

Surface用于浅水应用和小型平台操作的好处是巨大的，所有这些都不会影响图像保真度和性能或功能。 Echoscope4G Surface可生成真实的3D实时3D图像，并可绘制为更大的Echoscope。

技术

Echoscope技术现已开发出可提供无与伦比的应用，多功能性和性能的技术。这包括同时成像和绘图，以及生成海底地区的测绘级马赛克和海底测深，而无需对静态和移动物体进行任何后处理和可视化。随着我们最近推出的XD模型和功能 - 我们现在可以在实时三维相机成像和高分辨率三维实时检测之上提供广泛的条带体积映射，这是我们广受赞誉的。

这种独特的功能为用户带来了许多好处，其中包括水下可见度较差的“眼睛”，能够在三维移动物体中进行可视化，因此可以精确控制动态操作，能够立即显示复杂结构和生成调查等级的能力海底测量数据，无需后处理。

声纳的Echoscope系列采用专有技术传输和接收每秒12次的声能大容量脉冲。这个体积脉冲通常在375kHz时为50⁰50⁰，然后被接收阵列检测到，每一次ping都会返回超过16,000次探测。水柱中的这种非常高的数据密度使USE软件能够在顶部PC或笔记本电脑上瞬时渲染3D图像。

除静态物体的实时三维可视化外，体积脉冲还生成一个大视场（FoV），使FoV内的任何移动物体始终可见。即使在能见度低的海域，这也将保持真实，防止使用海底照相机。此外，与标准多波束设置相比，无需任何后处理，体积波束的角度能够快速生成复杂物体和结构的增强成像，并且显着减少声学遮蔽。下图是中国天津港的一个船舶码头，并使用Echoscope XD捕获，与我们的1盒F185 GPS和Motion系统配合使用。以下图像是在调查船的一次通过中生成的，没有对所需数据进行任何后处理，并且桩周围的明显细节清晰可见。

获得专利的Echoscope系列实时声纳不仅仅是可视化工具，因为它们可以从同一个传感器实时采集水文质量数据。这使得操作员能够将声纳用于多种目的，例如将精确放置在海床上的宝贵资产可视化，然后同时使用这些数据提供竣工或铺设的测量。

现在，实时3D声纳的范围现在可以通过深度评分，频率和分辨率进行区分。最高性能的系统Echoscope XD配备了广角90°x44⁰240kHz投影仪和多频率55⁰x55⁰至20⁰x20⁰投影仪，可提供340至700kHz的八种不同频率设置。该系统为操作员提供了最广泛的灵活性，其广泛的频率，开角和分辨率可用于广角测绘，可视化和测量。标准Echoscope可以以双频或多频配置提供，而紧凑型C500则以较低分辨率的双频配置提供。

新型Echoscope4G Surface可提供单频，双频和三频模式，提供240,375和630 kHz频率的独特组合，以及90°x44⁰，50⁰x50⁰至24⁰x24⁰的开放角度。这种频率和开放角度的组合为新的Echoscope4G Surface提供了一套独特的功能，可以部署在各种操作和任务中。新的Echoscope4G Surface采用了我们最新的信号处理技术，它改变了软件处理数据的方式，使系统比以往任何时候都更加直观和简单，使其更像是“即插即用”系统。

实时3D声纳的范围由不同的软件应用程序补充。标准USE软件将与我们所有的声纳系统配合使用。 USE提供了额外的功能来增强操作，包括插入地理参考模型以增强和增强声学声纳数据的能力，可以在有和没有GNSS位置和运动数据的情况下操作，并且可以输出原始或分级点云数据在第三方水文软件中处理。

我们进一步开发了我们的专有可视化软件，以增加追踪防波堤建造市场目标和我们的建筑特定软件CMS的能力。这种独特的软件可以将大块混凝土块放入水中时进行可视化显示，还可以自动跟踪和覆盖块的3D模型，以帮助操作员准确放置块。我们的软件还记录了每个区块的x，y，z位置和方向，建立了构建防波堤的3D模型。声纳/硬件组合的多功能性已被我们的客户进一步证明，它们使用与安装可视化相同的Echoscope，用于执行完整的放置测量，这种方法现在已被接受和验证块设计顾问。

项目和应用程序

凭借在低能见度或零能见度条件下在水下以3D方式可视化和映射数据和图像移动物体的能力，我们的声纳系列产品在全球范围内拥有庞大而重要的不同市场和应用。我们的主要市场之一是海底建造，无论是通过疏浚和施工现场的影像和勘测，基于ROV的关键基础设施安装的石油和天然气项目，还是安装包括防波堤结构在内的建筑物。 “查看”水下情况的能力可以显着提高操作效率，使操作员能够提高流程的速度和安全性。

新的Echoscope4G表面设计时考虑了这些类型的浅水建筑项目，为交付这些类型的项目提供了成本有效的途径。新的Surface系统可以与我们的专有软件包，USE和CMS软件一起使用，可以在起重机，驳船或勘测船上部署选项，以对防波堤，近岸桥梁，桥墩和复杂结构进行成像和映射，以提供实时评估资产安置的准确性，结构的任何损坏以及任何环境条件（如冲刷）的影响。

在使用海上风能项目中的实时三维技术时，我们的许多客户报告显着提高了生产率。这些包括最近的电缆安装项目，例如RaceOne与DeepOcean的阵列间安装。在这个项目中，实时三维输出在铺设电力电缆过程中的能力是非常宝贵的，以确保没有超过重要的电缆特性，并且记录电缆在海床上的敷设位置因为电缆已安装。这消除了随后对电缆进行多波束勘测的任何要求，然后挖掘团队利用记录的铺设位置来指导电缆挖沟操作。无论水的可见度如何差，可视化水下发生的事情的能力减少了对ROVs的依赖以支持该项目，随着项目的进展，实时3D系统执行的任务数量迅速增加。

我们的防波堤客户，如SGTM-STFA和Van Oord，也使用Echoscope报告了重大项目的成功。这包括Van Oord在科威特国家石油公司的项目上进行的项目，以建造港口和防波堤。防波堤装配了24,000个Core-LocTM混凝土砌块，Echoscope实时3D声纳安装在安装挖掘机上，为每个砌块提供成像。 Van Oord随后报道了每天生产率高达200块的生产率。

在萨菲港项目上，运营商SGTM-STFA在铁丝网履带式起重机上安装了三个独立的Echoscope系统，并且通过取消使用潜水员监控水下砌块的要求，能够工作24小时，从而使生产率提高三倍在网站上。

未来发展

新型Echoscope4G Surface的推出对于Coda Octopus来说是一个重要的里程碑，我们将继续创新我们的产品，旨在标准化海底市场的实时3D解决方案 - 针对各种应用和不同的价位。独特的体积脉冲，由这种独特技术生成的宽阔的FoV和数据量使其非常适合自主操作，包括自主评估和自动水下和水面车辆所需的未知物体的识别和分类。

海底工程世界将永远是一个具有挑战性的领域，但通过正确的方法，设备和实时和三维可视化操作的能力，挑战可以被管理并降低到可接受的水平。作为实时三维声学成像和测绘领域的领导者，新的Echoscope4G Surface是Coda Octopus将继续创新并开发硬件和软件以继续处于海底工程和测量操作前沿的例子。

作者

Richard Adams于2014年加入Coda Octopus Products Ltd.，现在担任销售总监，负责欧洲，非洲和亚洲市场。

（如发布于2018年1月/ 2月号的海洋科技记者 ）