Sonardyne Micro-Ranger 2 draagbare proefversies

Home 5 blog 5 Sonardyne Micro-Ranger 2 draagbare proefversies

Als een langdurige gebruiker van Sonardyne onderwater volgtechnologie, MSDS Marine kregen onlangs de kans om hun nieuw uitgebrachte te testen Micro-Ranger 2 draagbare Ultra-Short Baseline (USBL) systeem. In deze blog bespreekt Mark James het systeem en de proeven die we hebben uitgevoerd.

Akoestische tracking werkt door geluid te gebruiken om het bereik en de peiling van een baken te meten vanaf een transducer die is bevestigd aan een boot of aan een vaste constructie zoals een ponton. Door deze informatie te combineren met een GPS-positie kunnen echte wereldposities van duikers, ROV's of ondergrondse activa worden bepaald.

USBL-tracking wordt al een aantal decennia gebruikt in de mariene archeologie, maar vereiste vaak specialistische kennis, dure apparatuur en geschikte scheepsmontages voor alle componenten. De introductie van Sonardyne's Micro-Ranger 2-systeem in 2018 zorgde voor een USBL-systeem op instapniveau dat vanaf bijna elk platform kan worden ingezet en tot tien bakens (op duikers of ROV's) kan volgen met een out-the-box hellingsbereiknauwkeurigheid van 5% ( 2.5 m op 50 m bereik). Het systeem wordt geleverd met alle componenten, inclusief de topside-eenheid, transducer, transponders en een GPS-antenne, en kan voor een eerste gebruiker binnen 30 minuten operationeel zijn.

De introductie van het draagbare systeem eerder dit jaar bracht het concept nog een stap verder door het hele systeem, inclusief transceiver, 10 meter dekkabel, GPS-antenne en een voor wifi geschikte pc-interface-eenheid en 10 uur stroomvoorziening in een Waterdichte Peli-behuizing met IP-67-classificatie, heeft Sonardyne zelfs ruimte gevonden om twee bakens op te nemen.

Hoewel de nauwkeurigheid van het systeem kan worden verbeterd door het gebruik van externe sensoren, zoals een GPS- of Gyrokompas en een Motion Reference Unit (MRU), zorgt de toevoeging van externe sensoren ervoor dat het systeem niet meer een out-of-the- box, eenvoudig te implementeren, oplossing voor een die meer tijd en expertise vereist om te mobiliseren. Daarom hebben we voor de eerste paar tests de beslissing genomen om het systeem in te zetten zoals bedoeld om de mogelijkheden en het gebruiksgemak in een echte wereld te meten. Hoewel we ervaring hebben met het inzetten en bedienen van akoestische volgsystemen, hebben we voor het testen van dit systeem echt geprobeerd terug te gaan naar de basis, niet alleen om het systeem te gebruiken zoals bedoeld, maar ook om te meten hoe gemakkelijk het kan zijn om te worden ingezet door verschillende gebruikersgroepen met een scala aan ervaring en hoe dit zich kan vertalen in bruikbare resultaten binnen algemene duikonderzoeken, of dat nu archeologisch, biologisch of zelfs zoek- en reddingsacties zijn.

De eerste proeflocatie was het aangewezen wrak van de Northumberland, een linieschip met 70 kanonnen gebouwd in 1679, dat verging op de Goodwin Sands tijdens de grote storm van 1703. MSDS Marine werden gemaakt in opdracht van Archeologiediensten van Pascoe (PAS) om de duikondersteuning te bieden voor een Historisch Engeland (HE) financierde archeologisch onderzoek naar het wrak. Het onderzoek was bedoeld om de huidige toestand van de locatie te beoordelen, na een recent Multibeam Echosounder (MBES)-onderzoek, dat suggereerde dat beweging van zandgolven op de zeebodem de locatie in gevaar zou kunnen brengen. Akoestische tracking was een uitstekend hulpmiddel om tijdens het project te gebruiken om de duikers in staat te stellen naar kenmerken te worden geleid die in de MBES zijn geïdentificeerd en om de locatie van tijdens de duiken geïdentificeerde kenmerken vast te leggen. Met een MBES met hoge resolutie om als basiskaart voor de duikers te gebruiken, het gebruik van een dagboot, waarvoor het systeem elke dag snel moet worden gemobiliseerd bij het bereiken van de locatie en de gebruikelijke vereiste om duikers in het water te krijgen bij zwak water, betekende de site was een zeer goede proeflocatie in de echte wereld.

Om echt een idee te krijgen van het systeem en hoe gemakkelijk het te gebruiken is, werd de behuizing geopend om te controleren of alles aanwezig was en vervolgens werd het apart gezet om naar de locatie te worden gebracht, met het plan om het de avond ervoor op te zetten zonder de luxe van een kantoor! De enige overweging voorafgaand aan de mobilisatie was hoe het systeem op de duikboot moest worden gemonteerd. In overeenstemming met de filosofie van eenvoudige implementatie, hebben we een aluminium paal van 4 m gefabriceerd met een flens aan de onderkant om de transceiver te monteren en een aansluiting aan de bovenkant om de meegeleverde GPS-antenne te monteren. De paal was zo ontworpen dat hij lang genoeg was om de zendontvanger onder de romp van de boot en de GPS boven het stuurhuisdak te plaatsen, zodat akoestische of GPS-signalen beperkt zouden worden geblokkeerd. Het voordeel van een simpele oplossing als deze is dat alles in één vlak zit, waardoor er minder ruimte is voor fouten bij het meten van offsets of als de paal iets beweegt tijdens gebruik. Het kan ook snel en eenvoudig op elk vaartuig worden gemonteerd met behulp van spanbanden.

Niet helemaal dapper genoeg om het voor de allereerste keer op de boot op te zetten, deden we dit bij aankomst in de accommodatie de avond voor de eerste duikdag. Nadat we de Ranger 2-software op onze laptop hadden geïnstalleerd, haalden we de zak met ethernetkabels en een netwerkschakelaar tevoorschijn om heel snel te beseffen dat het systeem zijn eigen wifi-verbinding heeft en dat je alleen maar verbinding hoeft te maken. De Mini Ranger Transceiver (MRT) werd in een grote emmer water gezet, de GPS buiten gemonteerd en toen werd alles aangesloten en opgestart. Even later en de transducer en GPS zijn aangesloten en het systeem was operationeel. Op dit punt kunnen offsets van de MRT en de GPS worden ingevoerd, maar omdat deze in relatie moeten staan ​​tot een referentiepunt op het schip, werd dit tot de volgende dag gelaten.

Tot zover goed. De volgende klus was het toevoegen van volgbakens. Elk baken, Sonardyne noemt ze Nanos, werd in hun draadloze NFC-oplader-dockingstation geplaatst, dat ook dienst doet als interface tussen het baken en een computer, maar ook in- en uitgeschakeld kan worden. Beide Nano's werden ingeschakeld en met de transceiver in de emmer water gezet. Een snelle doorloop door de wizard voor het toevoegen van bakens en beide waren geconfigureerd en klaar voor gebruik. Beide bakens konden een positie weergeven, zowel visueel ten opzichte van de boot als een echte positie, zoals een GPS dat zou doen. Vanaf dit punt was het systeem, behoudens enkele metingen en verschuivingen voor invoer, klaar voor gebruik.

Voor algemene tracking ten opzichte van een vast punt of een vaartuig is dit alles wat nodig is om te beginnen met het volgen van duikers of een ROV. Voor onze behoeften moesten we echter duikers kunnen volgen in relatie tot de MBES-gegevens, en zo kwam het meest technische deel van onze opstelling. Gewoonlijk zouden we de Ranger 2-software configureren om de positie van de bakens en/of het schip naar een Com-poort te sturen, waarbij we een andere laptop aansluiten die de positie zou lezen en weergeven in een geografisch informatiesysteem (GIS – een programma waarmee u kaarten bekijken, positiegegevens en afbeeldingen met georeferentie beheren en deze gegevens vervolgens opvragen).

Om het systeem zo eenvoudig mogelijk te houden en de benodigde apparatuur op de boot te verminderen, wilden we alles op één laptop laten draaien. Een positie kan worden geëxporteerd vanuit de Ranger 2-software met behulp van het tabblad Telegram. Hier kunnen de posities van de bakens en het vaartuig worden uitgevoerd in een standaardformaat en in volgorde van prioriteit. Hier kan ook de Com-poort worden geselecteerd waar de gegevens naar toe gaan. Maar in plaats van een fysieke koppeling tussen twee laptops, hebben we een virtueel Com-poortpaar opgezet, één om de gegevens te verzenden en één om de gegevens allemaal op dezelfde laptop te ontvangen. Dit kan worden bereikt met behulp van gratis te downloaden software en kan, eenmaal ingesteld, eenvoudig worden geselecteerd in de Ranger 2-software.

Binnen de archeologie zijn er een aantal programma's die typisch worden gebruikt voor GIS-toepassingen. Met volgen, MSDS Marine gebruik over het algemeen Site Recorder van 3H-advies, omdat het functies bevat die zijn ontworpen om te helpen bij archeologisch onderzoek. Voor deze proef hebben we er echter voor gekozen om een ​​gratis te downloaden programma genaamd Quantum GIS (QGIS) te gebruiken, omdat het door veel organisaties wordt gebruikt, zowel binnen als buiten de archeologie. QGIS is gedownload en geïnstalleerd op de laptop en een nieuw project is gemaakt met het juiste coördinatensysteem. De MBES-afbeelding met georeferentie werd geïmporteerd en met een paar klikken, inclusief het selecteren van de juiste Com-poort, ontving het programma de positiefeed van de Ranger 2-software. Aan de wal was het niet mogelijk om de positienauwkeurigheid te vergelijken met de MBES-gegevens, maar we konden met behulp van een satellietbeeld controleren of de positie overeenkwam met de tuin van de accommodatie.

Het enige dat nog moest gebeuren, was de topside unit, bakens en laptop opladen, klaar om de volgende ochtend op de boot te worden ingezet. In totaal was de installatietijd ongeveer 90 minuten, 20 tot 30 minuten om de tracking in te stellen en ongeveer een uur om het GIS te downloaden, installeren, instellen en testen.

De boot die voor het project werd gebruikt was Roofdier, een 10 meter lange catamaran die redelijk typerend is voor het type boot dat wordt gecharterd voor duikprojecten. De boot heeft geen speciale bevestigingen voor onderzoeksapparatuur, dus het was een echte test van een installatie in de echte wereld. Een vroege start de volgende ochtend betekende dat we de transittijd naar de locatie moesten gebruiken om de MRT en GPS aan de paal te bevestigen en uit te zoeken hoe we deze veilig konden monteren. Ter plaatse, tussen het klaarmaken van de duikers, werd de paal stevig aan de boot vastgemaakt met spanbanden. Na installatie werd het systeem opgestart en werden de offsets gemeten en ingevoerd in de Ranger 2-software. Dit was een heel eenvoudig proces en omvatte het doorklikken van de transducer- en GPS-instellingen (GNSS) en het invullen van de informatie zoals vereist. De enige offset die een beetje nadenken vergde, was de magnetische offset tussen het ware noorden en het magnetische noorden, maar deze kan worden gevonden met een snelle zoekopdracht op internet.

Op dit punt is het vermeldenswaard dat er een aantal ingebouwde sensoren in de MRT zijn die helpen bij de nauwkeurigheid. Deze omvatten een kompas, zodat de zendontvanger weet in welke richting hij wijst, en een MRU (motion reference unit), zodat de eenheid ook zijn oriëntatie kent. De software neemt de waarden van deze sensoren, samen met de offsets tussen de transducer en de GPS, om een ​​nauwkeurige positie te berekenen. Het is om deze reden dat het hebben van de transceiver en de GPS op dezelfde paal een betere positionele nauwkeurigheid zal garanderen. Dit is ook de reden waarom de paal tijdens het gebruik niet perfect stil of verticaal hoeft te blijven.

Na installatie, maar vóór gebruik, moet het interne magnetische kompas worden gekalibreerd om ervoor te zorgen dat lokale variaties veroorzaakt door ijzerhoudend materiaal op de boot het niet storen. Kalibratie wordt bereikt door de kalibratie in de software in te stellen en vervolgens de boot gedurende drie minuten in een cirkel te draaien. De kalibratie wordt dan automatisch opgeslagen en toegepast. Er werd een kalibratie van de uitlijning van de transceiver uitgevoerd waarbij een baken op de zeebodem werd geplaatst, de positie werd gemarkeerd en de boot ongeveer 114 meter van de positie werd weggedreven. Elke fout in de uitlijning verscheen als een offset tussen de gemarkeerde positie van het baken en de gevolgde positie van het baken. De grootte van de offset werd gebruikt om een ​​kalibratiewaarde te berekenen, die vervolgens in de software werd ingevoerd. De kalibratie-opties zijn beperkter dan bij sommige van de duurdere volgsystemen, maar ze zijn geschikt voor het beoogde gebruik zolang de offset-waarden nauwkeurig zijn en correct worden ingevoerd.

Het systeem duurde ongeveer 30 minuten om te installeren en te kalibreren en was klaar om door de duikers te worden ingezet met bakens. De bakens worden niet geleverd met een bevestigingsmethode, dus we hebben sommige gemaakt met slangklemmen en zuigerclips die we gebruiken voor het bevestigen van andere duikuitrusting. Elke duiker in het paar kreeg een baken dat aan hen was bevestigd. Voor optimale trackingmogelijkheden moeten de Nano's worden gemonteerd op een plaats tussen het baken en de transceiver boven en uit de buurt van luchtbellen. Meestal kan dit bovenop de cilinderklep zijn of boven de duiker zweven. Voor deze inzet hebben we de bakens aan de voorkant van de duiker geklikt, zodat ze konden worden verwijderd en bovenop objecten konden worden geplaatst waarvan we de positie wilden vastleggen.

Binnen een paar seconden nadat de duikers het water waren ingegaan, begon de Ranger 2-software de bakens te volgen en de posities op het scherm weer te geven. De positie van de duiker was vervolgens realtime zichtbaar binnen het GIS-programma. Hoewel slechts één van de posities (duiker 1, duiker 2 of de boot) tegelijk in het GIS kan worden bekeken, kunnen ze worden geselecteerd door elk baken in of uit te schakelen in de Ranger 2-software. Nadat de duiker was gevolgd, kon de supervisor van bovenaf hen naar en rond de locatie leiden met behulp van spraakcommunicatie, opnemen waar ze waren geweest en interessante kenmerken en beschrijvingen in het GIS. Waar bepaalde objecten een nauwkeurigere positie vereisten, werd het baken gedurende 30 seconden bovenop de functie geplaatst, zodat een gemiddelde positie kon worden ingenomen. Na de duik werden de gegevens van het GIS gedownload en op basis van de resultaten werden verdere duiken gepland.

Het systeem werd gemobiliseerd en gebruikt zoals het uit de doos kwam, zonder extra externe sensoren. De meest nauwkeurige positionering wordt bereikt wanneer de transceiver niet mobiel is, zoals op een ponton of een verankerde boot. Vanwege de aard van het project was de boot constant mobiel en veranderde snelheid, afstand en oriëntatie, die allemaal de absolute positionele nauwkeurigheid kunnen beïnvloeden. Hoewel de relatieve nauwkeurigheid van de bakenpositie ten opzichte van de zendontvanger niet wordt beïnvloed door de GPS-nauwkeurigheid, zal de werkelijke positie dat wel zijn en hiermee moet rekening worden gehouden, aangezien dit fouten tot enkele meters kan veroorzaken. Over het geheel genomen kwam de positie van de bakens echter overeen met kenmerken die tot twee meter op de zeebodem werden geïdentificeerd, en dit nam aanzienlijk af wanneer het schip dichter bij de bakens was.

Het Micro-Ranger 2 draagbaar systeem was een zeer eenvoudige en gemakkelijke oplossing om duikers te volgen met minimale installatie en technische kennis. Gezien de omgeving en hoe het werd gebruikt, was het nauwkeurigheidsniveau indrukwekkend en geschikt voor de meeste algemene duikervolgwerkzaamheden. De komende maanden zullen we experimenteren met externe sensoren, zoals verbeterde GPS- en koerssensoren, en zullen we onze mening geven over gebieden waar we denken dat er verdere verbeteringen aan het systeem kunnen worden aangebracht.

Met dank aan Pascoe Archaeology Services voor het toestaan ​​van het systeem en de proef op de Northumberland project en Sonardyne voor het vertrouwen in ons!

Meer verhalen

Loading ...