ponedeljek, 23. junij 2014

Tretje oko - pogled v globino s pomočjo sonarja

Sonar (Sound navigation and ranging) je naprava, ki uporablja zvočno valovanje
za določanje položaja oziroma lege objektov in predmetov v vodi.”
Najenostavnejši sonarji uporabljajo oddajnik in sprejemnik (sonda). Naprava meri čas, ki ga ultrazvok potrebuje, da prepotuje razdaljo od sonde do ovire in nazaj. Od ovire se odbije kot odmev (podobno kot v
hribih, če glasno vpijemo). Iz časa in hitrosti zvoka v vodi (1464 m/s) računalnik (sonar) izračuna prepotovano razdaljo.

Sonar so razvili v času prve svetovne vojne, in sicer za iskanje podmornic in ledenih gora. Največji napredek, ki je pozneje pripeljal do tega, da so znanstveniki danes prilagodili občutljive naprave za uporabo raziskovanja oceanov, pa je bil narejen med drugo svetovno vojno.
Sonarji so s časom prišli tudi na ribiške ladje, kjer ribiči z njihovo pomočjo locirajo ribje jate. Z razvojem informacijske tehnologije in elektronike so tudi sonarji postali
komercialno dostopnejši. 
2d sonar
Najenostavnejša oblika sonarja je globinomer, s pomočjo katerega na čolnih ali ladjah določamo globino morja (globina morja se izpiše na majhnem LCD zaslonu).
Pri športnih ribičih je najbolj razširjen 2D sonar. Gre za napravo, ki je sestavljena iz LCD zaslona in zvočne sonde za oddajanje in sprejemanje signala, ki se jo namesti na zrcalo čolna in je usmerjena proti morskemu dnu. Na zaslonu lahko ribič spremlja globino morja ter relief in strukturo morskega dna (na muljastem dnu je »absorpcije« zvočnega signala veliko več kot na kamnitem).
Struktura morskega dna je na zaslonu ponazorjena z odtenki sivine, rastrom ali barvami. 

Ribiče pa pri teh napravah zanimajo ribe – ribje jate. 
Del zvočnega signala se odbije tudi od »predmetov«, ki plavajo med gladino in morskim dnom. To velja tako za ribe, morske klobuke in tudi smeti.
Ribje jate so običajno predstavljene s simbolom ribe ali v obliki loka (fish arches).
Tudi samo območje sondiranja je precej omejeno, saj zvočne sonde pod plovilom običajno pokrivajo stožec s kotom 20-60°.
Izris morskega dna na sonarju 
Z razvojem mikroprocesorjev in odprtokodnih operacijskih sistemov so napredovali tudi »komercialni« sonarji. Pred nekaj leti sta ameriški podjetji Humminbird in Lowrance tržišču ponudili komercialne modele sonarjev, ki poleg klasičnega 2D pregleda omogočajo panoramski pregled morskega dna (side immaging). Omenjena tehnologija je v povezavi z GPS-om in zaslonom visoke
ločljivosti zmagovita kombinacija za iskanje potopljenih objektov ali rib.
Ultrazvočna sonda poleg klasične 2D sonde vsebuje še dve »bočni« sondi. Zvočna sonda lahko deluje na frekvencah 455 kHz ali 800 kHz. Večja kot je frekvenca, večja je ločljivost sondiranja, manjša pa je operativna globina. 
Sam uporabljam frekvenco 800kHz do globine 15 metrov, sicer pa frekvenco 455kHz, saj povsem zadostuje za prepoznavo kamna 50x50 centimetrov na globini 18 metrov.

Kaj je »side imaging«?
Primer interpretacije sonarske slike
Gre za prikaz dna, ki se razteza levo in desno pod plovilom. Na napravi določimo širino zajema in s tem posledično »kakovost« izrisa. Širši kot je zajem, manjša je prepoznavnost objektov.









Zajem in obdelava podatkov
HumView, program za pregled sonarskega zapisa
Omenjene naprave so opremljene tudi s priključki za SD kartice, na katere lahko posnamemo sonarski zapis. Zapis lahko naknadno obdelamo in pregledamo z različnimi programi (komercialnimi ali odprtokodnimi).
Omeniti moram, da sonarski zapis vsebuje tudi GPS zapis. Sonar za vsako točko na SD kartico zapiše tudi koordinato »LAT/LON«. Do koordinat nekega potopljenega objekta lahko pridemo tudi med samim
izrisom sonarske slike (kurzor postavitena izrisani objekt in določite GPS točko (waypoint) ali koordinate objekta prepišete z ekrana).
Izris sonarske slike je bistveno natančnejši,v višji ločljivosti in bolj kontrasten, če ga prenesemo na računalnik. Omogočeno je merjenje velikosti potopljenega objekta, določanje višine objekta glede na senco potopljenega objekta ter izvoz točk v program »Google Earth« za nadaljnjo obdelavo ali arhiv pozicij.


Urejanje in prenos pozicij v Google Earth
Urejanje podatkov v Google Earth programu
Programsko orodje HumView omogoča določanje GPS točk. Seznam teh točk lahko prenesemo v program Google Earth, kjer imamo svojo bazo pozicij. 
Google Earth nam omogoča tudi urejanje točk v svoje podmape, dodajanje dodatnih podatkov in informacij, kot so globina, opis, ikona objekta. 
Programsko orodje omogoča tudi izvoz le določenega segmenta pozicij v poljubne GPS naprave (ročni GPS-i, ploterji, sonarji).
Poleg samega pregleda sonarskega zapisa je mogoče posnetke dna prenesti tudi v program Google Earth. 
Na ta način lahko preko satelitskega posnetka prilepimo posnetke sondiranega dna in si izoblikujemo svoje posnetke.
Na internetu obstaja veliko programov za obdelavo podatkov, med katerimi so tudi takšni za izris 3D oblike dna in objektov (Lake Master, Contour Elite, …), vendar s temi programi nimam izkušenj.


Kako se naprava obnese v praksi?
Potopljene jadrnice v Fiesi
Sam uporabljam sonar Humminbird 998c,ki omogoča bočni zajem slike. V nekaj mesecih sem odkril veliko novih predmetov,za katere sploh nisem vedel, da ležijo na dnu našega morja (cevi, potopljene konstrukcije,
potopljena plovila, splavi, ...).
Uporaba bočnega sonarja je izjemno občutljiva na motnje, kot so kavitacija morja v okolici sonde, valovanje, motnje izvenkrmnega motorja, motnje elise itd.
Za optimalno delovanje naprave je potrebno ločeno napajanje naprave (lastni akumulator), sonda mora biti oddaljena in postavljena na točno določeno pozicijo na zrcalu čolna (sicer sonar določeno stran slike izrisuje nepopolno), ki jo določimo s preizkušanjem, kar pa zna biti neprijetno in naporno. 
Potopljeni splav na Bernardinu
Zanemariti ne smemo vpliva izvenkrmnega motorja (pete motorja). V kolikor se ta nahaja v območju sonde, se na izrisu zaradi mehurčkov pojavljajo bele pike. Optimalna hitrost med bočnim sondiranjem je med 4 in 5 milj na uro (pri večjih hitrostih slika postaja vse manj ostra in neuporabna), vožnja pa naj bo čim bolj ravna in umirjena,
saj smer vožnje vpliva na sam izris morskega dna.




Kaj pa ribe?
Namen sonarja ni le iskanje potopljenih objektov (cevi, potopljena plovila, kamenje,konstrukcije), ampak tudi lociranje rib. V praksi je veliko lažje ribe locirati preko 2D pregleda kot preko bočnega sonarja. Bočni sonar je uporaben za iskanje rib do globine 10-15 metrov. Globlje ni več uporaben, saj se z globino poslabša tudi signal (odboj).
Kljub temu lahko preko bočnega sonarja lociramo potopljeni objekt in prikažemo še sliko nad potopljenim objektom v 2D obliki, kjer so jate rib razvidne iz senc nad objektom (slika spodaj).Bočni pogled (side scan, side imaging) je v uporabi že nekaj let. 
Sonarji in programska oprema se neprestano izpopolnjujejo ter uporabnikom omogočajo učinkovitejše in lažje raziskovanje morskega dna ter konec koncev tudi lažji izlov, kar po eni strani ni pohvalno. Komercialni sonarji (za ribiče) so cenovno dostopni od 1000 EUR naprej za osnovni model, 1500-2000 EUR za model z diagonalo do 10 palcev, nad 2000 EUR pa so
sonarji in tehnologija »touch screen«, kar pa ni primerno za podvodne lovce, saj z mokro roko ne moremo tipkati po ekranu (zato pozor pri izbiri!).
Priporočam sonarje, ki že imajo vgrajen modul za bočno sondiranje. Tako se izognete dodatnim napravam in žicam po plovilu, pa tudi stroškom. Ti sonarji so namenjeni »zabavi«, vendar jih z nekoliko truda lahko uporabimo tudi za kaj drugega kot le za ribolov in iskanja »podvodnih objektov«. 
Za profesionalne stvari pa se cena začne pri 5000 EUR.