Подводные аппараты и надводные суда — как беспилотные технологии изменили гидрографию

Развитие мирового технического прогресса позволило гидрографии выйти на новый уровень точности измерений и увеличения объема собираемых данных в единицу времени. Существенно возросли как запросы заказчиков, так и вычислительные мощности при сохранении компактных размеров техники. Но главным прорывом стало появление нового типа носителей оборудования, а именно — широкого внедрения автономных беспилотных аппаратов и автоматических роботизированных систем.

Но чтобы эффективно использовать все преимущества необходимо учесть несколько факторов, среди которых требования к судам-носителям подобной техники, юридическая база по контролю эксплуатации, сопутствующая инфраструктура и природные условия.

Какие решения закрепились в отрасли за последние годы, что гидрографы пробуют прямо сейчас и какие инновации в морских изысканиях еще впереди? «Медиапалуба» разбирались вместе с Дмитрием Крюковым — заместителем гендиректора по научно-исследовательской работе компании Tazmar Maritime.

Подводные аппараты

Подводные беспилотные аппараты могут использоваться в гидрографии для целого ряда задач. Например, для обследования инфраструктуры (гидротехнических сооружений, трубопроводов и др.) применяются ТНПА, которые в свою очередь различаются на классы. Крупные промышленные базируются на судах. Они способны погружаться на значительные глубины и выполнять не только визуальную инспекцию, но и ряд других задач под управлением операторов, которые находятся на поверхности. 

В последнее время появилось много компактных ТНПА, способных погружаться на глубину до 300 метров. Для спуска и управления таким аппаратом нужен всего один человек без каких-либо специальных навыков. Питание и управление ТНПА происходят по кабелю.

Также широко применяются автономные необитаемые подводные аппараты. На них заранее устанавливаются необходимые датчики и задается миссия/маршрут следования. По команде оператора АНПА погружается под воду и следует по маршруту, собирая данные, а затем всплывает в заданной точке.

Плюсы подводных беспилотников

Помимо безопасности и сокращения ресурсов при гидрографических операциях инженеры ценят аппараты-беспилотники за возможности автоматизации миссий. Они заранее программируются и способны выполнять задачи с высокой степенью точности и повторяемостью задания. Это особенно полезно при выполнении монотонных операций, например, при обследовании протяженных линейных объектов или большой площадной территории. Также аппарат умеет сам избегать препятствие в случае его внезапного возникновения.

ТНПА могут быть задействованы в течение продолжительного времени и при этом исследовать участки подводной среды, которые ранее были недоступны или слишком опасны для человека. Например места захоронения ядерных отходов, подводное обследование затонувших судов\разрушенных объектов, работы на глубинах 3-5 км.

Кроме того, многие беспилотники работают на электричестве, что оказывает гораздо меньшее воздействие на окружающую среду.

Какие есть проблемы с ТНПА 

• Подводные аппараты должны работать на больших глубинах с высоким давлением. Чтобы минимизировать риски конструктора постоянно ищут новые материалы и решения для создания более устойчивых и надежных корпусов.
• Оборудование требует эффективных источников энергии.
• Обеспечение надежной связи с подводными аппаратами на больших глубинах представляет сложности из-за ограничений в проникновении сигнала через воду.
• Точная навигация под водой требует специализированных высокоточных систем ориентации, способных удерживать аппарат по заданному маршруту следования без отклонений.
• Обслуживание подводных аппаратов является сложным и дорогостоящим процессом, требующим вмешательства высококвалифицированного персонала.
• Морская среда вызывает коррозию и износ материалов.

Надводные аппараты (USV) 

Надводные автономные суда также находят все более широкое применение в морских исследованиях: площадное обследование, поиск затонувших объектов, экологический мониторинг и другие задачи. Компактные размеры позволяют работать на экстремальном мелководье с минимальным риском повредить оборудование. Большие USV способны работать до 10-14 дней на значительном удалении от центра управления, в тяжелых погодных условиях имея при этом небольшие ( по сравнению с традиционно используемыми в таких районах судами) размеры, что заметно снижает внешнее воздействие (ветер и волнение) и повышает качество получаемых данных.

Преимущества:  

Как и подводные аппараты USV дает большое преимущество за счет автоматизации и маневренности. На проекты необходимо меньшее количество людей, а могут быть более стоимостно-эффективными в эксплуатации. Также использование беспилотных судов минимизирует риски для людей в условиях, опасных или труднодоступных. Оператор может управлять целой группой USV без вынужденной физической привязки к судну, в том числе дистанционно — за пару тысяч километров от района работ.

Недостатки:

USV имеют ограниченные возможности по полезной нагрузке в сравнении с традиционными судами. 

Ограниченная автономность и безопасность стабильности связи в сравнении с традиционными судами также является недостатком: аппарату требуются периодические остановки работ для технического обслуживания и из-за этого возникают проблемы с ограничением по удаленности работ.

Ближайший потенциал

Направление USV-судов активно развивается — новые технологии ложатся в основу стандартов за считанные месяцы. В частности проектанты активно внедряют возможности искусственного интеллекта: крупные USV от лидеров рынка имеют собственные системы предупреждения и избежания столкновения, которые получают на основе данных лазерных систем сканирования, радаров.

Но несмотря на наличие большого числа высокоточных сенсоров и огромные вычислительные мощности, каждый USV является сложным техническим средством, которое трубует контроля и переодического обслуживания.

Практика показывает, что профессиональные границы у персонала, который работает с USV, все больше размываются. Крайне редко требуются специалисты в конкретной области — инженеры-гидрографы, системные администраторы, механики. Операторы USV, как правило, должны обладать знаниями и навыками в каждой из этих областей.  

Зачем вообще нужны беспилотные технологии?

Подводные и надводные автономные аппараты призваны увеличить точность и эффективность измерений. И нет, они не лишат работы текущих сотрудников, чего многие опасаются. С каждым годом технологии совершенствуются. Аппараты становятся более компактными и мобильными, требуют меньше энергии и взаимодействий, а программное обеспечение становится проще и доступнее в использовании. Так что в конечном итоге новые решения должны упростить жизнь специалистов.

Риски при работе 

Но часто вопрос внедрения современных технологий связан не только с качеством и оперативностью при получении данных. Иногда это вопрос безопасности. Самым распространенным риском при работе является получение травм, увечий.

Можно делать высадку на берег для установки уровенных постов и неожиданно встретить медведя. Нередко приходится мобилизировать/демобилизировать гидрографическое оборудование на судне за бортом/на высоте; на территории судоремонтного завода; под действием палящего солнца или на Крайнем севере. Поэтому во время работ существует повышенный шанс травмироваться.

Всегда присутствует риск самопроизвольной поломки оборудования. Иногда приборы сами по себе выходят из строя из-за некачественной сборки, износа и временной переработки.

Конечно, беспилотная техника тоже несовершенна — в особенности сейчас, на начальном этапе развития. И все же постепенное внедрение автономных аппаратов и накопление опыта пользования позволяют значительно сокращать риски и повышать эффективность при работе в сложных и недоступных для человека условиях.