NORBIT DCT - Hydrographische Vermessung leicht gemacht

Abb. 5 DCT-Standardabweichungsanzeige. Max. Qualitätsregel, die auf zwei überlappenden Zeilen angewendet wird und Daten mit besserer Qualität für die Anzeige beibehält. Bild: Norbit

USV läuft Umfrage mit DCT. Bild: Norbit

DCT-Vermessungsplanung. Bild: Norbit

Abb. 4 Die vier verfügbaren DCT-Displays. Bild: Norbit

Previous Next

Mit der zunehmenden Anzahl von Seeeinsätzen weltweit müssen immer mehr hydrografische Untersuchungen durchgeführt werden. Dies führt zu einer Nachfrage nach Hydrografieanbietern mit Vermessungsfunktionen, die von Einstrahl- bis zu Mehrstrahl-Echoloten, Profilern unter dem Boden, Lidar und Magnetometern reichen. Die entwickelten Märkte mit einer langen Geschichte von Bathymetrie- und Hydrographie-Untersuchungen sind gut vorbereitet, um die gestiegene Nachfrage mit professionellen Hydrographen, Ausrüstung und Software-Unterstützung zu bedienen. In Schwellen- und Entwicklungsländern erfordert der Markt für professionelle hydrografische Vermessung jedoch einen anderen Ansatz, da der Rückstand an professionellen hydrografischen Vermessungsingenieuren noch nicht feststeht. Die derzeit im Handel erhältlichen Tools erfordern eine umfassende Schulung und ein umfassendes Verständnis des Umfrage-Aufbaus und stellen für viele kleinere Unternehmen eine Hürde dar, die sehr schwierig, wenn nicht unmöglich zu überwinden ist. NORBIT hat das DCT - Data Collection Tool entwickelt, um diesen aufstrebenden Märkten und dem Bedarf an einfachen Werkzeugen für die Durchführung grundlegender Bathymetrie-Erhebungen gerecht zu werden.

Zeitgenössische hydrographische Bedürfnisse
Heutzutage werden hydrografische Vermessungen aufgrund der Vereinheitlichung von Anforderungen und Leistungen immer mehr zum Standard. Die gestiegene Nachfrage in verschiedenen Bathymetrie-Kartierungsprojekten treibt die Entwicklung von Standardwerkzeugen voran und erleichtert die Anpassung der hochauflösenden Kartierungstechnologien über die Branchen hinweg. Das reicht von der Sicherheit von Schifffahrtsprojekten über Baggerarbeiten bis hin zu verschiedenen Bau- und Umweltprojekten wie Habitatkartierung und Bodenklassifizierung. Es durchquert kommerzielle Märkte sowie Regierungs- und öffentliche Einrichtungen. Diese Entwicklungen erstrecken sich auf der ganzen Welt von Ozeanen und Seen über Flüsse und Stauseen bis hin zu Häfen, Kanälen und künstlichen Einzugsgebieten. Da die Technologie einfacher und kostengünstiger zu verwenden ist, hat die Anzahl der Anwendungen und Anwendungsfälle in den letzten Jahren dramatisch zugenommen. Insbesondere im Übergangsmarkt von Anwendern der Einstrahl- (oder Seitenscan-) zu Mehrstrahltechnologie ist ein dringender Bedarf an integrierter, einfach zu verwendender Kartierungs- und Bildgebungs-Hydrografie-Technologie entstanden. Dies wird durch eine breite Abdeckung mit mehreren Strahlen, hohe Genauigkeit, hohe Auflösung und Effizienz der Vermessung erreicht.

In den letzten Jahren war NORBIT führend in der Herstellung von hochauflösenden bathymetrischen Kartenlösungen mit gekrümmtem Array und seine Technologie wurde von den Seemärkten auf der ganzen Welt weithin akzeptiert. Die integrierten Hardwareangebote haben aufgrund der einfachen Mobilisierung und Bedienung der Hardware den großen Einstiegspfad für die Benutzer dieser Systeme festgelegt. Vermessungsorganisationen (Wirtschaft und Regierung wie die Marine) haben damit begonnen, kleine Vermessungsboote mit einer einzigen Person einzusetzen, die den Betrieb leitet, oder unbemannte Überwasserschiffe (USV) einzusetzen. Die mit der Durchführung dieser Umfragen verbundenen Kosten können dann begrenzt werden, und mehr Unternehmen können Bathymetrie-Missionen durchführen, die in der Vergangenheit nicht für sie erreichbar waren.

Die im Handel erhältlichen Umfragetools schränken jedoch aufgrund ihrer Komplexität sowohl bei Einrichtung, Installation und Betrieb als auch bei der Nachbearbeitung von Daten und den Endprodukten das gesamte Potenzial der neuen aufstrebenden Märkte ein.
Um diesen aufkommenden Marktbedürfnissen gerecht zu werden, hat NORBIT kürzlich ein Umfragedienstprogramm namens Data Collection Tool (DCT) entwickelt, um die Durchführung von Umfragen zu vereinfachen und die Erfassung hochwertiger bathymetrischer Daten zu ermöglichen, die nachbearbeitet und an den Endkunden geliefert werden können.

Was ist DCT?
Das Data Collection Tool (DCT) - ist ein Dienstprogramm zur Erfassung von Vermessungsdaten, das Teil des NORBIT-Angebots ist und die standardmäßigen Bathymetrie-Vermessungsvorgänge vereinfachen soll. Das allgemeine Bathymetrie-Raster wird in einem Webbrowser angezeigt und ermöglicht eine schnelle Abschätzung der Abdeckung und Datenqualität in Echtzeit, während die Umfrage ausgeführt wird.

DCT kann mit einem einfachen Touchscreen des Navigationsplotters, Tablets, Smartphones oder PCs von einer einzelnen Person bedient werden. Durch die Reduzierung des Konfigurationsaufwands für den Benutzer wird der Platz auf dem Bildschirm maximiert, sodass die Benutzeroberfläche klar, präzise und einfach zu verstehen ist. Mit einer einfachen Start / Stopp-Taste kann der Benutzer die benötigten Daten erfassen, die dann auf dem Vermessungs-PC aufgezeichnet werden. Der Skipper oder Bootsfahrer kann die Vermessung durchführen, ohne das System ständig neu konfigurieren zu müssen. So kann er sich bei der Durchführung der Vermessung auf Sicherheitsaspekte und andere Aufgaben konzentrieren. In Fällen, in denen die Hilfe eines erfahrenen Vermessers benötigt wird, kann von überall auf der Welt (z. B. über VPN über 4G-Zugang) und von jedem mit einem Webbrowser ausgestatteten Terminal aus auf die Anzeigen zugegriffen werden.

Mit einem Fingertipp oder einem Mausklick können Benutzer in Sekundenschnelle Linien zeichnen, eine Reihe von Flügellinien mit vorgegebenem Abstand erzeugen. Jede Zeile kann nach Bedarf angepasst, verschoben, gedreht, in der Größe geändert oder gelöscht werden. Die Einsatzplanung kann im Büro oder auf dem Boot durchgeführt werden. Anschließend kann das Vermessungsschema als Festplattendatei gespeichert und per E-Mail gesendet oder mit einem anderen PC geteilt werden, um in das Vermessungssetup geladen zu werden. Dies ermöglicht die Missionsplanung im Voraus und das Teilen der Vermessungspläne mit anderen Teammitgliedern. Die Einsatzplanung kann vom Büro aus überwacht werden, solange ein Netzwerkzugang (z. B. über VPN über 4G) zum Boot besteht und einfach mit dem Webbrowser zum Vermessungs-PC navigiert wird. Dann kann die Missionsplanung geteilt und nach Bedarf geändert werden.

Eine ähnliche Funktion ist für Karten verfügbar. Die Google Maps oder Open Street Maps können lokal zwischengespeichert und auf dem Umfrage-PC zur Verfügung gestellt werden, um die Hintergrundkarten auch ohne Internetzugang auszuführen.

Qualitätsorientierte Missionsausführung
DCT bietet vier Arten der Echtzeitanzeige, die durch einfaches Tippen oder Klicken unter der Menüschaltfläche "Ebene" aufgerufen werden können. Dies sind Tiefe, Standardabweichung, Schalldichte und Rückstreuung. Die Tiefe ist standardmäßig einfach die Tiefe vom Sonar bis zum Boden und kann auch in einem projizierten reduzierten Kartendatum angezeigt werden. Die Standardabweichung und die Schalldichte werden pro gegebener Gittergröße erzeugt. Standardmäßig ist eine Rastergröße von 0,5 m ausgewählt, die jedoch vom Benutzer geändert werden kann. Die Rückstreuung wird als durchschnittliche Intensität von jeder Gitterzelle angegeben.

Alle vier Anzeigen können gleichzeitig auf einem oder mehreren Clients ausgeführt werden (siehe Abb. 4), z. B. kann der Skipper die Tiefenanzeige und das Vermessungsgerät anzeigen oder die QA-Fernbedienung kann die Standardabweichung und die Anzeige der Schalldichte anzeigen. Die Hintergrundkarten (Google Maps oder Open Street Maps) können je nach Benutzereinstellung auf verschiedenen Clients unterschiedlich ausgewählt werden. Zoom-, Schwenk- und Bootsortungs- / Verfolgungsoptionen sind auch auf allen Displays verfügbar.
Der gesamte Datenerfassungsprozess wird von Max Quality Rule gesteuert, einem einzigartigen Angebot von NORBIT. Bei jedem Drücken der Aufnahmetaste werden alle Rohdaten des Sensors (Bathymetrie, Navigation usw.) im lokalen NORBIT-Datenrepository (als Datendatei) gesammelt und eine neue Gitterlinie (als Eintrag in der Datenbank) erstellt. Die überlappenden Gitterlinien konkurrieren um die Qualität, und die Gitterfächer mit geringerer Standardabweichung ersetzen die Daten mit hohem Rauschen (hohe Standardabweichung bedeutet normalerweise schlechtere Qualitätsdaten).

Die Max Quality-Regel ist in Abb. 5 dargestellt, in der sich zwei Linien überlappen. Die Mehrstrahldetektion von Außenstrahlen hat normalerweise eine höhere Standardabweichung (höhere Streuung) als im Nadir-Bereich. Die Daten der Nadir-Region haben somit Vorrang und ersetzen die gerasterten Daten mit geringerer Qualität durch Daten mit höherer Qualität. Diese Funktion erleichtert es dem Bediener, die Daten mit höchster Genauigkeit zu erfassen, da DCT immer Daten mit hoher Genauigkeit über Daten mit niedriger Genauigkeit anzeigt und die Standardabweichung auf dem Farbdisplay anzeigt, sodass der Bediener bei Bedarf Korrekturmaßnahmen ergreifen kann.

Die Tiefenanzeige wird auch von der Max Quality Rule gesteuert und folgt der Standardabweichungsanzeige in angemessener Weise und zeigt qualitativ hochwertige Daten gegenüber qualitativ schlechten Daten an. Auf diese Weise kann der Bediener schnell Korrekturmaßnahmen ergreifen und die Bereiche mit geringer Genauigkeit erneut ausführen, um eine vollständige Abdeckung mit ordnungsgemäß erfassten Daten zu gewährleisten. Es vereinfacht die Aufgaben im Zusammenhang mit dem Entfernen der fehlerhaften Daten und durch einfaches Überfahren der verrauschten Daten werden diese auf dem Display ersetzt (alle Originaldaten werden weiterhin sicher aufgezeichnet und aufbewahrt).
Im Rahmen von Mission Execution Tools können Benutzer bei Bedarf einen Teil des Gitters oder ganze ausgewählte Linien löschen. Diese Funktionalität ermöglicht es, die fehlerhaften überlappenden Gitterlinien aus der Anzeige zu entfernen, ohne dass alle zugrunde liegenden Daten neu erfasst werden müssen. Die Daten werden nur aus dem angezeigten Raster entfernt, damit die Bediener die Qualität der erfassten Umfragedaten besser einschätzen können. Das spart Zeit und verbessert die Effizienz der Umfrage erheblich.

Wo kann DCT verwendet werden.
Die Hauptanwendung für DCT ist eine einfache Standarduntersuchung, bei der das integrierte GNSS / INS-System mit mehreren Strahlen eine Komplettlösung darstellt. Die Unterstützung für NORBIT iLiDAR-Lasersensoren wird in zukünftigen Versionen hinzugefügt. Die einfache Bedienung qualifiziert das DCT jedoch für den Einsatz auf verschiedenen Plattformen, angefangen von Ein-Mann-Überwasserschiffen bis hin zum jüngst aufstrebenden USV-Markt.

Insbesondere für USVs bietet das DCT einen großen Vorteil, da die gesamte Datenerfassung auf dem lokalen Laufwerk an Bord des USV erfolgen kann und nur die HTTP-basierte Karte mit Abdeckungs- und Qualitätsindikatoren über ein beliebiges Webbrowser-Gerät an den Betreiber übertragen wird. Mehrere USVs können mit demselben Terminal oder PC überwacht werden, sofern sie über eine Funkverbindung verfügen. Selbst wenn die Funkverbindung zum Überwachungsterminal unterbrochen wird, werden die Daten sicher auf dem lokalen Laufwerk gespeichert, und sobald die Verbindung wiederhergestellt ist, wird das Bild erneut auf dem Überwachungsterminal angezeigt. Die USV-Hersteller können den Webbrowser direkt verwenden oder das HTTP-basierte DCT-Protokoll einfach über die Open Source Hydrography-Plattform von NORBIT integrieren, die ein DCT-Backbone ist und Tools und Dienstprogramme umfasst, die den Datenzugriff und die Manipulation ähnlich den Operationen des Webbrowsers ermöglichen. Der Zugang wird durch Open-Source-Frameworks erleichtert, die von der GIS-Community auf der ganzen Welt unterstützt werden. Das DCT unterstützt sowohl Windows- als auch Linux-Betriebssysteme, sodass eine Integration in mehrere Plattformen und Hersteller möglich ist.
Nachbearbeitung und Produktlieferung

Es ist wichtig zu beachten, dass DCT keine Bathymetrie-Verarbeitungssoftware ist. Mit diesem Dienstprogramm können hydrografische Vermessungen sicher und effizient durchgeführt, hochwertige Vermessungsdaten gesammelt und für die Verarbeitungssoftware verfügbar gemacht werden. Das DCT zeichnet die Daten sowohl in der NORBIT * .wbm-Datei als auch in der gängigen * .s7k-Datei auf. Die s7k-Datei enthält alle unformatierten Bathy-Punkte und Navigations-Datagramme, sodass Sie ganz einfach auf Verarbeitungssoftware wie CARIS HIPS & SIPS oder Qimera ziehen und sofort mit der Datenverarbeitung beginnen können. Es ist auch möglich, automatisierte Tools wie CARIS on Board oder Qimera Live zu verwenden, um die Ergebnisse sofort zu verarbeiten. Die Daten werden immer in WGS84-Koordinaten erfasst, und alle Daten werden in der NORBIT-Hardware mit einem Zeitstempel versehen. Das Schallgeschwindigkeitsprofil wird ebenfalls in derselben Datei gespeichert (oder kann bei Bedarf zur Verarbeitungssoftware hinzugefügt werden). Gleichzeitig werden die rohen GNSS / INS-Observablen aufgezeichnet und ermöglichen die Navigationsnachverarbeitung einer vollständigen Navigationslösung, selbst wenn der RTK-Ausfall während der Umfrage auftritt oder zu einem Umfragezeitpunkt kein RTK verfügbar war.
Schlussfolgerungen

Das neueste Datenerfassungstool (Data Collection Tool, DCT) von NORBIT ist ein einfaches und nützliches Tool, mit dem neue Märkte in die Welt der hydrografischen Erhebungen vordringen können. Die Webbrowser-Oberfläche ermöglicht eine effiziente Durchführung der Umfrage. Es eignet sich für kleine Boote und den Einzelpersonenbetrieb sowie für unbemannte Fahrzeuge mit einer Funkverbindung mit geringer Bandbreite zum Bediener. DCT konzentriert sich auf die Datenqualität und hilft dem Bediener, hochwertige Daten zu erfassen, wobei die Max Quality Rule in Echtzeit arbeitet. Über webbasierte Displays ermöglicht DCT den Zugriff auf die Umfrageergebnisse und die Überwachung des Fortschritts von jedem Terminal im Netzwerk aus, entweder lokal oder remote.