Do pomiarów sonarowych

21 marca 2017

Pracownicy Uniwersytetu Śląskiego: dr Andrzej Woźnica, dr Bartosz Łozowski oraz dr hab. inż. Robert Koprowski, a także Jakub Karpiński z firmy MaxiMapa i Wojciech Szlęk są autorami wynalazku, który 6 marca 2017 roku decyzją Urzędu Patentowego RP został objęty ochroną patentową. Przedmiotem wynalazku jest brama kalibracyjna do pomiarów sonarowych stosowanych w analizach batymetrycznych i przy szacowaniu liczebności oraz wielkości obiektów, zwłaszcza ryb, w toni zbiorników wodnych.

 

inline

Dr Bartosz Łozowski oraz dr Andrzej Woźnica wykonują pomiary batymetryczne Zbiornika Goczałkowickiego

 

Tego typu analizy wykorzystywane są m.in. do budowania modeli hydrodynamicznych zbiorników wodnych. Wraz z monitoringiem oraz scenariuszami gospodarki wodnej, modele zintegrowane i szczegółowe stanowią podstawę systemu informacyjnego umożliwiającego bieżącą ocenę stanu jakościowego i funkcjonalnego zbiornika oraz prognozy jego krótko- i długoterminowych zmian.

Naukowcy zajmujący się opracowaniem modeli numerycznych zbiorników wodnych gromadzą wiele milionów danych z prowadzonych na obiekcie analiz oraz pomiarów. W bazach danych znajdują się wyniki badań warunków hydrologicznych, hydrogeologicznych oraz fizykochemicznych wody i osadów dennych, a także sparametryzowane wskaźniki ekologiczne i higieniczne odnoszące się do stanu flory i fauny w zbiorniku i w jego otoczeniu. Jednym z ważniejszych elementów umożliwiających analizę dynamiki takich zbiorników jest szczegółowa mapa batymetryczna (kształtu dna zbiornika). Dopiero połączenie ze sobą tych elementów pozwala naukowcom oraz zarządzającym zbiornikami na testowanie różnych scenariuszy wydarzeń wpływających na pracę zbiornika, takich jak: długi okres suszy, powódź czy zanieczyszczenie wód akwenu oraz efekty podejmowanych przez zarządców działań, w tym zmierzające do rekultywacji czy minimalizacji kosztów jego utrzymania. – Numeryczny model zbiornika pozwala na testowanie zachowania się wód zbiornika w różnych scenariuszach zdarzeń, takich jak na przykład zakwit sinicowy, wezbranie czy susza oraz minimalizowanie skutków tych zdarzeń. Aby testowanie było skuteczne, musimy m.in. odwzorować rzeczywisty kształt dna zbiornika. Podwodne nierówności mają bowiem wpływ na dynamikę i sposób przepływu wody – wyjaśnia dr Andrzej Woźnica z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska UŚ.

inline1

Łódź badawcza wyposażona w sonar

 

Dane pomiarowe będące podstawą analiz batymetrycznych gromadzi się przy użyciu sonarów, w które wyposażona jest łódź badawcza. Jak wyjaśnia naukowiec, okazało się, że urządzenie pomiarowe musi być odpowiednio skalibrowane, aby zminimalizować błędy uzyskiwanych danych. Na pomiary wpływały m.in. ładunek łodzi czy liczba osób, które podczas przeprowadzania badania znajdowały się na łodzi badawczej. – Aby rozwiązać ten problem, skonstruowaliśmy urządzenie, które pozwala zweryfikować uzyskiwane wyniki pomiarów sonarograficznych uwzględniając aktualne zanurzenie łodzi. Nazwaliśmy je bramą kalibracyjną do pomiarów sonarowych – wyjaśnia biolog. Taki punkt kalibracyjny to miejsce na jeziorze o ściśle określonej wysokości dna i średniej dla zbiornika głębokości. Za każdym razem, gdy naukowcy wypływali na badania zbiornika lub wracali z pomiarów, przepływali przez tzw. punkt kalibracyjny – bramę kalibracyjną. Po zewnętrznych stronach podstawy bramy kalibracyjnej, za pomocą sznura gumowego, zamocowane są dwie pływające po tafli zbiornika boje nawigacyjne. Takie rozwiązanie zapewnia łatwe pozycjonowanie bramy niezależnie od poziomu piętrzenia zbiornika wodnego. Dokonany w punkcie kalibracyjnym pomiar był następnie podstawą do wprowadzenia korekty uzyskiwanych pomiarów. Model zbudowany na podstawie skorygowanych przy użyciu bramy kalibracyjnej pomiarów odzwierciedla rzeczywisty kształt czaszy zbiornika. Dzięki temu pozwala na bardziej precyzyjne odwzorowanie dynamiki obiektu w odniesieniu do różnych scenariuszy gospodarki wodnej oraz rzeczywistych zmian mających wpływ na funkcjonowanie zbiornika.

inline3

Zbieranie danych batymetrycznych na Zbiorniku Goczałkowickim. Na ekranie sonaru po lewej stronie autorska nawigacyjna mapa zbiornika, po prawej obraz dna i toni wodnej uzyskany z użyciem StructureScan® (Lowrance)

 

Jak wyjaśnia dr Andrzej Woźnica, brama kalibracyjna do pomiarów sonarowych może być wykorzystywana do badania wszelkiego rodzaju zbiorników wodnych dokonywanych przy użyciu łodzi wyposażonych w sonar. Zastosowanie bramy kalibracyjnej umożliwia też weryfikację pomiarów uzyskanych z różnych sonarów i użyciem innych łodzi.

Małgorzata Kłoskowicz, Uniwersytet Śląski

Foto: Marek Grucka