27/01/2014 - Stereoskopische Vision zur Vorhersage großer Wellen und Gezeiten

Menéame

Forscher der UPM Sie arbeiten bei der Schaffung eines Beobachtungsinstruments zusammen, das Messung und Analyse des Meeresflusses durch Stereokameras.

Dieses ferngesteuerte Stereo-Beobachtungssystem, genannt WASS (Wave Acquisition Stereo System) ermöglicht eine vergleichende Bewertung der Gezeiten und deren Auswirkungen auf die Küste, die Schifffahrt und die Meeresplattformen, weit über dem klassischen Bojen oder andere traditionelle Instrumente.

Mit diesem in einer bestimmten Höhe installierten Werkzeug werden zuverlässige Daten aus der Topographie der Meeresoberfläche in weiten Gebieten des Ozeans gewonnen, aus denen charakteristische Parameter der Wellen entnommen werden können: repräsentative Höhe, Ausbreitungsrichtung, Spektrum usw.

Das Projekt wird neben dem Projekt Gruppe für die Behandlung von Bildern (GTI) Polytechnische Universität Madrid (UPM), die School of Civil and Environmental Engineering y die School of Electrical and Computer Engineeringdes Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA), und das Institute of Marine Sciences, Italian National Research Council (Venedig, Italien).

Die Initiative entstand im Georgia Institute of Technology aus einer Studie, die von der Chevron Corporation finanziert wurde und die die maximale Wellenhöhe in einer Region des Ozeans schätzen wollte. Das erklärt Dr. William Gallego vom GTI, einer der Pioniere dieses Projekts, zusammen mit Dr. F. Fedele, A. Yezzi und A. Benetazzo. Ziel war es, die Meeresoberflächentopographie zu erkennen, um den Spritzbereich (auf dem das Deck angebracht werden soll) seiner Betriebsplattformen zu entwerfen, damit sie nicht durch große Wellen während der Stürme geschädigt werden.

Das System funktioniert experimentell 15 km von der Küste Venedigs im Norden der Adria entfernt und könnte eingesetzt werden, um Alarme zu erzeugen und die beweglichen Barrieren des MOSE (Modulo Sperimentale Elettromeccanico) zu besteigen, die die Lagune schützen. "Wir verwenden es derzeit für die Durchführung von physikalischen Untersuchungen von Meereszuständen, indem wir charakteristische Parameter der Wellen messen (wie repräsentative Höhe, Wellenlänge und mittlere Periode, Ausbreitungsrichtung, dreidimensionales Spektrum usw.), die es uns ermöglichen, theoretische Modelle mit experimentellen Daten von echten, nicht simulierten Wellen zu vergleichen," so Dr. Gallego.

Dieser UPM-Forscher weist darauf hin, dass, obwohl er in der Versuchsphase ist, und die ausgewählten Gebiete (Venedig und Schwarzes Meer, in der Nähe der Krim-Halbinsel) nicht besonders turbulent sind, dieses Gezeitenmeßwerkzeug zur Erkennung von Fluten eingesetzt werden könnte. Sichert sogar, dass es erlaubt hätte, die bösen Auswirkungen von dem Sturm vorherzusehen, der die kantabrische Küste zu Beginn dieses Jahres 2014 mit Wellen von bis zu 20 Metern Höhe beeinflußt hat. Dies wäre möglich gewesen, wenn Kameras auf Plattformen oder küstennahen Scheinwerfern installiert worden wären, die mehr Wissen über das Ausmaß des Zeitabschnitts vermittelt hätten.
 

geeignet zum Aufspüren von Flutwellen

Darüber hinaus schlägt Dr. Gallego vor, dass sich WASS für die Installation in Hubschraubern oder DrohnenGroße Meeresgebiete könnten überwacht werden. Auf diese Weise würde es helfen, Anomalien auf der Meeresoberfläche zu erkennen, die auf Druckschwankungen unter dem Meeresboden hinweisen, die mit den Meeresschwärmen zusammenhängen.

Die Vorteile des Wellenmesssystems durch künstliche Sicht (Stereokameras) gegenüber traditionellen Bojensystemen sind unterschiedlich, aber hauptsächlich zwei: wirtschaftlich (sowohl installieren als auch instandhaltend) und wissenschaftlich. Was die letzte betrifft, so betont der Forscher, dass die Kameras räumlich die Wellen in einer Meeresregion beobachten und messen können, während die traditionellen Methoden nur an einem Punkt gemessen werden. Wenn man über die letzteren richtungsweisende Informationen erhalten will, braucht man ein Array von Beobachtungspunkten, was bedeutet, dass mehrere Bojen verwendet werden müssen, und dennoch sind die topographischen Informationen, die diese geben, nicht so reich wie die vom Sehsystem bereitgestellten, da sie nur an mehreren Stellen gemessen werden, anstatt die Karte zur Erhöhung der Meeresoberfläche über eine Region zu haben. Ein klares Beispiel dafür ist die Schätzung der maximalen Wellenhöhe in einer Region für einen bestimmten Zeitraum: Wenn der Wellenhang nicht gerade durch die Bojen geht, werden diese die maximale Höhe unterschätzen; das Sehsystem hingegen ermöglicht die Beobachtung des gesamten Gebiets unter Untersuchung, so dass seine Schätzung der maximalen Höhe genauer sein wird.

Im Gegensatz zu anderen Methoden ermöglicht dieses System eine vollständige Charakterisierung der Wellenhöhen (2D) und der Zeit (1D), was zu einem Datenvolumen (3D) mit allen relevanten Informationen über die Meeresoberfläche führt: Wellenhöhe, Ausbreitungsrichtung, Spektrum usw. Man muss nur wissen, wie man diese Informationen herausholt, sagt Dr. Gallego. "So kann z.B. in ähnlicher Weise wie bei einem grafischen Equalizer in einem Soundplayer die Energiemenge der Wellen in verschiedenen Frequenzbändern (spaces und temporarys) gewonnen werden. Die Analyse dieser Energieverteilung (3D-Spektrum) der Wellen liefert wertvolle Informationen über diese Wellen."

Um dies besser zu erklären, fügt der Forscher hinzu: "Wenn die Energie nicht nach dem Gesetz über die Verteilung in tiefem Wasser verteilt wird (das ein Verhältnis zwischen der Wellenlänge der Wellen und der Frequenzzeit der Wellen festlegt), sondern eine Frequenzverschiebung (Doppler-Effekt) beobachtet wird, kann dies auf das Vorhandensein eines Meeresstroms zurückzuführen sein, dessen Richtung und Größenordnung wir schätzen können, indem wir die Veränderungen an der Oberfläche analysieren, d.h. ohne dass dies durch Unterwasser-Instrumente gemessen werden muss." Und abschließend: "Die Schnitte oder Abschnitte des 3D-Spektrums ermöglichen die Analyse von zweidimensionalen Informationen: Wellenausbreitungsrichtung und -länge (Raum) gegenüber Raum), Streuungsverhältnis (Raum gegenüber Zeit) und nichtlineare Effekte, die auf andere Weise nicht offenbart werden können."

Dieses Instrumentarium könnte in Zukunft eine so wandelnde Darstellung der Meeresgewässer ermöglichen und sogar die Gezeiten verschiedener Meeresgebiete kartieren, doch wäre es notwendig, mehr Zeit und Speicherressourcen zu investieren, um Daten zu speichern, die den Forschern derzeit nicht zur Verfügung stehen. Sie schließen jedoch einen weiteren Schritt nicht aus, da ihr System Multi-Resolution-Analyse verwendet, um die Meeresoberfläche zu rekonstruieren, so dass Sie wählen können, wie detailliert Sie die Wellen schätzen möchten. Schließlich würde dies eine umfassendere Erforschung des Ozeans als unerschöpfliche Quelle der Forschung bedeuten, die dazu dienen würde, theoretische Modelle zu vergleichen und zu validieren, mit denen wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden könnten.

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UPM

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