NO334322B1 - En fremgangsmåte for å simulere streamerposisjonering og for å hjelpe ved navigasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt operasjoner utført til sjøs for å samle inn geofysiske data ved hjelp av et skip som sleper en eller flere kabler tilknyttet hydrofoner.

Mer nøyaktig angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å gjøre det mulig å forutsi effektivt deformasjonen til de kabler som slepes av et skip, og den gjør det mulig å trekke fordel av en slik forutsigelse.

Formålet med geofysikk er å beskrive strukturen til undergrunnen. Teknikken er mest utbredt i forbindelse med seismiske refleksjonsundersøkelser. Ved undersøkelser til sjøs er prinsippet å sende ut lydpulser med høy energi mot undergrunnen; de lydbølger som skapes på denne måten blir reflektert delvis ved grenseflater mellom de suksessive geologiske lag hvis slike påtreffes, og den reflekteres mot overflaten hvor hydrofoner omformer lydsignalet til elektriske signaler.

Patent GB2342081 «Controlling a streamer positioning device» omhandler en fremgangsmåte for å kontrollere en streamerposisjoneringsanordning konfigurert for å være knyttet til en marin seismisk streamer og tauet av et seismisk undersøkelsesfartøy og som har en vinge og en vingemotor for endring av orienteringen til vingen.

Ved undersøkelser til sjøs utgjøres lydkilden vanligvis av luftkanoner, og hydrofonene er gruppert sammen i grupper som er integrert i kabler, kjent som "slepekabler" eller "streamere" som blir slept av skipet.

Antallet lydkilder og slepekabler, samt lengdene av slepekablene, kan varieres. Avhengig av den oppløsning som kreves, varierer avstanden mellom to påfølgende grupper over området fra 12,5 meter (rn) til 25 m. En enkel konfigurasjon som har to slepekabler Sl og S2, en enkelt lydkilde Sa, og et antall grupper T er vist på fig. 1.

Denne figuren viser også de såkalte "fellesmidtpunkter"

(CMP'er, common midpoints) som for hvert {kilde, gruppe} par svarer til det undergrunns refleksjonspunkt.

I praksis gir vekselvirkning mellom havstrømmer og

neddykkede slepekabler opphav til geometriske deformasjoner i det system som utgjøres av slepekablene og settet med slepte elementer, for derved å ødelegge den jevne dekning i den sone hvis undergrunn skal undersøkes. Disse deformasjonene kan variere over tid og gi opphav til "dekningshull" som må utfylles ved ytterligere forbipasseringer av båten, en prosess kjent som "utfylling".

Dette utgjør en hovedulempe siden ytterligere passeringer øker den tid som er nødvendig for å utføre operasjoner, og kan gi opphav til meget betydelige økninger i kostnader (som kan være så meget som 20%).

Den ekstra tid og de ekstra kostnader som er forbundet med utfylling, kan i tillegg variere meget fra en operasjon til en annen, og det er derfor ikke mulig å forutsi dem nøyaktig, noe som derved hindrer operatører fra å gi nøyaktige forutsigelser vedrørende tid og kostnader ved en planlagt operasjon; dette utgjør en ytterligere ulempe for operatører.

Man vi således forstå at det finnes et absolutt behov for å redusere utfylling, og også for å forutsi mengden av den utfylling som vil være nødvendig i en planlagt datainnsamlingsoperasjon. For å tilfredsstille disse behovene er det nødvendig å karakterisere innvirkningen av strøm (havstrømmer) på deformasjonen av slepekabler.

I denne forbindelse har det vært gjort forsøk på å modulere deformasjonen av en slepekabel som slepes av et skip og som utsettes for strøm. Det kan for eksempel henvises til artikkelen "The shape og a marine streamer in a cross-current" av P.P. Krail og H. Brysk, publisert i vol. 54, nummer 3 av journal of the Society of Exploitation Geophysicists.

Slike forsøk reproduserer imidlertid ikke virkelige strømningsforhold (den nevnte artikkel antar spesielt at strømmen er stabil og at skipet følger en uniform, rettlinjet bane), og resultatene av dette er følgelig uegnet for direkte bruk, slik at de ovennevnte ulemper fortsatt er tilstede.

Formålet med oppfinnelsen er å redusere disse ulempene.

For å oppnå dette formålet tilveiebringer oppfinnelsen først en fremgangsmåte for å simulere posisjonen til en slepekabel som slepes av et skip under en operasjon med innsamling av geofysiske data til sjøs ifølge krav 1.

Andre foretrukne, men ikke-begrensende egenskaper ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for å simulere posisjonen til en slepekabel, er som følger:

- bestemmelsen omfatter:

- å motta hovedstrømverdier som målt og/eller forutsagt; - å bestemme vektorfelter eller "strømobjekter" for respektive typer som svarer til forskjellige representasjoner av strømmen og oppbygningen fra hovedstrømverdiene; og - å velge et "strømobjekt" som en funksjon av den tilsiktede anvendelse; "strømobjekt"-utvelgelsen tar hensyn til nærhet i tid mellom prediksjonsøyeblikket og det øyeblikk hvor prediksjonen blir utført; - "strømobjekt"~utvelgelsen tar hensyn til korrelasjon mellom tidligere "strømobjekt"-prediksjoner og målinger av strøm utført ved de øyeblikk hvor tidligere prediksjoner ble foretatt; koordinatene til i det minste noen "strømobjekter" omfatter verdier målt på stedet; koordinatene til i det minste noen "strømobjekter" omfatter ekstrapolerte verdier som predikerer strøm; - noen "strømobjekter" blir beregnet ved å bruke et prediktorfilter som gjør det mulig for en strømdatarekke å bli ekstrapolert fra målinger av strøm foretatt i innsamlingssonen; - de definerte "strømobjekt"-typer omfatter følgende typer: 1) totalstrøm målt ved hjelp av en strømningsmåler; 2) tidevannsstrømmer utledet fra meteorologiske meldinger eller utledet fra målinger av strømmer ved hjelp av harmonisk analyse; 3) summen av en tidevannsstrøm pluss en reststrøm, hvor tidevannsstrømmen er utledet fra meteorologiske meldinger eller er utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse, og hvor reststrømmen blir tatt fra meteorologiske meldinger; 4) en ekstrapolering fra total strøm målt ved hjelp av en strømningsmåler; 5) summen av en tidevannsstrøm og en beregnet reststrøm, idet tidevannsstrømmen er tatt fra meteorologiske meldinger eller er utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse, og hvor reststrømmen er fremskaffet ved å subtrahere tidevannsstrømmen fra den strøm som er målt i innsamlingssonen; 6) en historie over tidligere ekstrapoleringer av den totale strøm målt ved hjelp av en strømningsmåler; og 7) summen av en tidevannsstrøm og en historie over tidligere ekstrapoleringer av en rekke verdier som utgjøres av den totale strøm målt ved hjelp av en strømningsmåler, hvorfra en tidevannsstrøm er blitt subtrahert, idet tidevannsstrømmen er tatt fra meteorologiske meldinger eller er utledet fra målinger av strømmer ved hjelp av harmonisk analyse; - under beregning av "strømobjekter" av typene 4, 5, 6 eller 7, blir den behandlede datarekke betraktet som en annen ordens, ikke-sentrert, stabil tilfeldig prosess; - under beregning av verdiene av et "strømobjekt" av typene 4, 5, 6 eller 7 blir vekter gitt til målingene av datarekkene for ekstrapolering, idet vektene er omvendt proporsjonale med deres alder, for det formål å antisipere plutselige endringer som skyldes reststrømmen; - under beregning av en spesiell verdi av et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7, ble en variansfunksjon for differansen mellom den predikerte verdi og den eksakte verdi av strømmen eller reststrømmen ved prediksjonsøyeblikket, minimalisert, hvor variansfunksjonen har formen:

- under beregning av en spesiell verdi av et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7, blir en autokorrelasjonsfunksjon av strøm- eller

reststrømdatarekkene beregnet, og så blir et lineært ligningssystem satt opp og løst;

under beregning av en spesiell verdi av et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7 blir det lineære system som skal løses betinget ved å implementere en nedstigningsmetode, fortrinnsvis den konjugerte gradientmetode; - hvor fremgangsmåten gir mulighet til å beregne ekstrapolerte verdier av en rekke målte strømverdier hvorfra en tidevannsstrøm tidligere er blitt subtrahert for å beregne en ekstrapolert restverdi, og så å tilføye tidevannsstrømmen som svarer til det øyeblikk for hvilket ekstrapoleringen er blitt foretatt, til den ekstrapolerte reststrøm;

fremgangsmåten omfatter å estimere ytelsen til forskjellige prediksjoner av strøm ved sammenligning med en måling av strøm utført ved det tidspunkt som svarer til tidspunktet for prediksjonene;

fremgangsmåten omfatter å estimere oppførselen til et "strømobjekt" utledet fra prediksjoner og/eller målinger av strøm ved å sammenligne den målte slepekabelposisjon og den simulerte slepekabelposisjon, idet simuleringen tar hensyn til det "strømobjekt" hvis oppførsel skal estimeres; og

- oppførselen til "strømobjektet" blir beskrevet ved hjelp av kriterier som omfatter gjennomsnittet av absolutt verdien til differansen mellom måling og simulering av slepekabelposisjon, og/eller

differansen mellom predikerte og målte slepekabelposisjoner under den verdi for hvilken 90% av prediksjonspunktene blir funnet.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for å bidra ved navigasjon av et skip som sleper minst en slepekabel, for å redusere soner med underdekning og/eller overdekning generert under en geofysisk

datainnsamlingsoperasjon til sjøs under hvilken skipet seiler langs et antall linjer som strekker seg i en generell retning som definerer en abscisse og som utgjør en gruppe som dekker en ønsket sone, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat den implementerer en fremgangsmåte for å simulere slepekabelposisjon i henhold til noen av de ovennevnte trekk.

Foretrukne, men ikke-begrensende trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for å bidra til navigasjon, er som følger: - den omfatter å bestemme settet med {skipsposisjon;

øyeblikk}-par ved jevne mellomrom i rommet for å bestemme et spor langs hvilket orienteringen av slepekabelen ved en gitt abscisse langs den generelle orientering av linjene i gruppen, er nærmest mulig orienteringen til en tilknyttet slepekabel under en tidligere gjennomkjøring av skipet langs en tilstøtende linje;

- idet fremgangsmåten omfatter følgende trinn:

å velge et "strømobjekt" av passende type;

å bestemme optimaliseringsparametere;

å betegne posisjonen til en "referanseslepekabel"

fra data vedrørende slepekabelposisjonen til den tilstøtende profil og optimaliseringsparameterne;

å ta hensyn til skipets hastighets- og kursdata og slepekabelens posisjonsdata ved begynnelsen av optimaliseringsberegningen;

- å skape et tredimensjonalt optimaliseringsgitter med en første dimensjon (Y) parallell med den generelle retning, en annen retning (X) som er perpendikulær til den generelle retning og innbefattet i horisontalplanet, og den tredje

retning (DT) som representerer mulige tidsinkrementer mellom to noder adskilt med en gittercelle i den generelle retning (Y);

- å simulere variasjoner i posisjonen til slepekabelen som slepes av et skip som følger alle sporene som defineres av nodene i

optimaliseringsgitteret;

for alle de mulige spor, å beregne en norm for differansen mellom simulert slepekabelposisjon og referanseposisjon for slepekabelen; og

- å beregne et optimalt spor for hvilket den tilknyttede norm er ved et minimum: - optimaliseringstrinnet omfatter å minimalisere en norm for differansen mellom slepekabelens referanseposisjon og den simulerte slepe kabelpos i s j on; idet normalen som skal minimaliseres, har formen:

hvor

- XI er en rekke med J påfølgende verdier for posisjonen av slepekabelhodet langs den horisontale retning av optimaliseringsgitteret perpendikulært til

den generelle retning;

- 6tl er en rekke med J påfølgende verdier av varigheten av strømningshodets passering fra en node i optimaliseringsgitteret med koordinater (Xn, Yj, 5tki)

til en node med koordinater (Xi2, Yj+i, Stj^) /

- J er antall noder i gitteret i den generelle retning (Y); - K er antall krumlinjede abscissepunkter langs den diskretiserte slepekabel; - Xreference(k, j) er posisjonen langs X-aksen for punktet "k" på "referanseslepekabelen" når dennes hode er ved det j. plan i optimaliseringsgitteret langs Y-aksen; - Xpredictedtkf j) er posisjonen langs X-aksen for punktet "k" på den simulerte slepekabel når dennes hode ved det j. plan i optimaliseringsgitteret langs Y-aksen;

og

f(k) er en veiefunksjon som anvendes på differansen mellom den simulerte slepekabel og

referanseslepekabelen; og

fremgangsmåten implementerer et optimaliseringskriterium for differansen mellom de målte og predikerte slepekabelposisjonsdata; og

trinnet med å optimalisere sonedekning blir implementert i sann tid for å forsyne skipet med en rekke {øyeblikk;

skipsposisjon; skipshastighetj-tripletter og følge for å optimalisere skipets bane langs en linje som skipet skal undersøke.

Oppfinnelsen foreslår også en anvendelse av fremgangsmåten for å bidra med navigasjon som skissert ovenfor, for å bestemme en bane og en starttid tilknyttet en fremtidig linje som skal undersøkes av skipet, og også for å bestemme den beste fremtidige linje for undersøkelsen. I denne anvendelsen, ifølge en foretrukket utførelsesform, blir det søkt et linjestarttidspunkt hvorfra et gitt tidsvindu som svarer til å minimalisere underdekning og overdekning.

Oppfinnelsen tilveiebringer til slutt en fremgangsmåte for å prediktere dekningsandelen tilknyttet en operasjon for innsamling av geofysiske data som skal utføres til sjøs over en gitt sone, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat den implementerer simulering av skipets bane, omfattende en fremgangsmåte for å bidra til navigasjon, som skissert ovenfor.

Andre trekk, formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå klarere av den følgende beskrivelse av en foretrukket, men ikke-begrensende implementering av oppfinnelsen, gitt under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor, i tillegg til fig. 1 som er beskrevet ovenfor i

beskrivelsesinnledningen:

- fig. 2a til 2d er diagrammer for et skip som sleper slepekabler og av dekningssonene som genereres ved skipets passering; - fig. 3 viser den dekning som oppnås i en sone, som tjener spesielt til å vise utfyllingssonene; fig. 4 er et blokkskjema som viser strukturen for et system for å implementere oppfinnelsen; fig. 5a til 5d viser de forskjellige resultater av prediksjoner av strøm implementert ifølge oppfinnelsen; fig. 6 og 7 er blokkskjemaer som viser behandling av strøm og forutsigelse av strøm ifølge oppfinnelsen; fig. 8 viser et gitter som dekker en sone som skal undersøkes og de suksessive baner for skipet over gitteret, sammen med orienteringen av en slepekabel tauet av skipet: - fig. 9 og 10 er optimaliseringsdiagrammer realisert ved fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen;

fig. 11 er et diagram som viser to par med tilstøtende profiler, hvorav en er optimalisert for å redusere utfyllingsmengden;

fig. 12 er en grafisk representasjon av en funksjon

som skal minimaliseres ved hjelp av oppfinnelsen; og

fig. 13 viser tre forskjellige profiler for et ytelseskriterium vedrørende forutsigelse av

slepekabeldrift ved hjelp av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for å bidra til navigasjon.

Det vises nå til fig. 2a hvor det er vist et diagram over et skip 10 som beveger seg i retning av en pil F, langs en bane (også kalt en "linje" eller en "profil") Li. To slepekabler Sl og S2 er vist skjematisk bak skipet, idet hver slepekabel bærer grupper med geofysiske sensorer (ikke vist på figuren). Disse slepekablene kan svare til de to slepekabler som er plassert ved de ytterste sider av et sett som omfatter et større antall slepekabler.

Linjen Li utgjør en del av en gruppe (ikke vist) med linjer som dekker en sone Z (vist øverst på figuren) som skal undersøkes, idet gruppen utgjør et "bingegitter". Skipet beskriver således et sett med linjer som er hovedsakelig parallelle med hverandre (alle linjene i bingegitteret strekker seg i samme generelle retning), med avstanden mellom to tilstøtende linjer Li og Li+1 som vist på fig. 2a, er valgt for å oppnå den ønskede dekningskontinuitet mellom målinger av slepekabel S2 når skipet passerer langs linjen Li og målinger med slepekabel Sl i den etterfølgende passasje tatt at det samme skip langs linjen i+1.

Denne ønskede dekningskontinuitet er representert i den øvre del av fig. 2a hvor forskjellige individuelle soner innenfor sonen Z som skal dekkes, er vist, idet de enkelte soner er dekket av slepekablene til skipet 10 mens det beveger seg langs linjene Li og Li+1.

Mens skipet passerte langs linjen Li dekket således slepekablene en enkelt sone Zi, og mens skipet passert langs linjen Li+1 dekket slepekablene en enkelt sone Zi+1. De to enkeltsonene Zi og Zi+1 er tilstøtende hverandre.

Fig. 2a svarer til en ideell konfigurasjon hvor slepekablene strekker seg parallelt etter skipet og følgelig er dekningen av undergrunnen uniform og tilstrekkelig tett.

På fig. 2b kan det sees at i motsetning til det tilfellet som er vist på fig. 2a, har slepekablene ikke den samme orientering i forhold til skipet under de respektive passeringer langs linjene Li og Li+1, idet settet med slepekabler bare er innrettet med skipets bane under passering langs linjen Li, mens under den etterfølgende passering av skipet langs linjen Li+1 er den del av slepekablene som befinner seg lengst fra skipet, forskjøvet på tvers mot linjen Li. Dette skyldes vanligvis forekomsten av en strøm som flyter på tvers av linjene Li og Li+1 mens skipet passerer langs linjen Li+1.

Det kan følgelig sees i øvre del av fig. 2b at sonen Z er bare blitt delvis dekket, med en overlappingssone Ri generert (som svarer til "overdekning") mens en del li+1 av sonen Z ikke er skikkelig dekket under passeringen av skipet langs linjen Li+1, og svarer dermed til en sone som ikke er dekket ("underdekning").

Fig. 2c viser hva som skjer når forandringen i strøm mellom to påfølgende passeringer får de soner som dekkes av settene med slepekabler til å divergere under de to passeringer og dermed etterlater en sone 10av undergrunnen (dvs. under havbunnen under sonen) som forblir udekket mellom de to linjene Li og Li+1.

Det kan således sees at avhengig av strømkonfigurasjoner finnes det mange muligheter for soner som kan være dårlig dekket (lo, li+1). Disse sonene representerer arealer som må utfylles ved hjelp av ytterligere passeringer, kjent som "utfyllinger".

Man vil således forstå at under drift gir strømforhold ofte opphav til slike konfigurasjoner, og visse områder kan ha strømmer som er sterke og/eller variable.

Fig. 3 utgjør en illustrasjon av utfyllinger 1 frembrakt under suksessive passeringer ved endringer i orienteringen av slepekablene Sl og S2 som slepes av et skip 10 (representert av et punkt som beveger seg langs dets suksessive banelinjer Li, Li+1, Li+2).

Denne figuren (hvor bevegelsesretningen til skipet er indikert med en pil F og hvor skalaene langs X- og Y-aksene svarer til to horisontale retninger som ikke er den samme) viser også et område R med overdekning mellom tilstøtende passeringer Li og Li+1.

Fig. 2d viser det tilfellet hvor slepekablene er utsatt for den samme tverrstrøm under to påfølgende passeringer. Sonen Z0 er dekket med tilstrekkelig tetthet ved at sonen er blitt dekket med slepekabelgrupper som er lengst bort fra skipet under første passering, og med grupper som er nær skipet i den annen passering.

Det kan imidlertid sees en sone Zi som ble utilstrekkelig dekket under den første passering og en sone Zi+1 som ble utilstrekkelig dekket under den annen passering.

En tredje passering med strøm identisk med den for de to første passeringer vil gjøre det mulig å dekke sonen Zi+1 korrekt ved å tilføye dekning fra den manglende gruppe, dvs. de nærmeste grupper.

Suksessive identiske passeringer hvor strømmen er identisk (slik at slepekablene er parallelle) gjør det således mulig, ved anvendelse av det samme prinsipp, å dekke hele sonen som undersøkes og bare etterlate to marginale soner med utilstrekkelig dekning.

En konfigurasjon av den type som er vist på fig. 2 gir følgelig tilfredsstillende dekning av undergrunnen.

Som forklart nedenfor gjør oppfinnelsen bruk av dette prinsippet og gjør det mulig for det spor som skal følges av skipet ved hver passering å sikre at orienteringen av slepekablene under passeringen er så nær parallelle som mulig med orienteringen av slepekablene under passeringen langs den tidligere innsamlede, tilstøtende profil.

Som nevnt vil et middel prediksjon og reduserte utfyllinger være å karakterisere virkningen av strøm på slepekabeldeformasjon på en måte som er realistisk.

For dette formål følger en beskrivelse av en fremgangsmåte for å forutsi slepekabelorientering som i et første aspekt ved oppfinnelsen, tar hensyn til variasjoner i strøm over tid, og også variasjoner av skipets hastighet og kurs for å reprodusere, på en måte som er nærmere virkeligheten, de fysiske vekselvirkninger mellom strømmer og slepekabler.

GENERELLE PRINSIPPER

Vi begynner med å repetere visse fundamentale kjennetegn for havstrømmer; det er kjent at strømmer til sjøs i virkeligheten er en overlagring av en rekke komponenter: - tidevannsstrømmer blir kalt "gravitasjonsmessige" siden opphavet er gravitasjonsmessig tiltrekning; og strømmer som sies å være "strålingsaktige": deres mer eller mindre fjerntliggende opprinnelse er solstråling som er ansvarlig for fenomener slik som vindforhold, årstidssykluser, dårlig vær eller variasjoner av havdensitet i tre romdimensjoner som kan generere bevegelse inne i vannmasser. Strålingsstrømmer kan inndeles på følgende måte: - en permanent komponent som er resultatet av den midlere fordeling av klimaforhold over klodens overflate; - en årstidsmessig periodisk komponent som skyldes forskjellige årstider, som kan tolkes som syklisk modulasjon på den ovennevnte permanente komponent;

og

en ikke-periodisk komponent som stammer fra meterologiske effekter (værstrømmer).

De permanente og årstidsmessige strømmer blir konvensjonelt kalt generelle strømmer

Tidevannsstrømmer er deterministiske og kan forutsies over tid. Generelle strømmer er kjent og kan også forutsies. Tabeller over slike strømmer kan for eksempel finnes i diagrammer som produseres av United States National Oceanographic and Atmospheric administration (NOAA) og i Nautical Instructions publisert av den franske marines hydrografiske og oceanografiske tjeneste (SHOM).

Strømmer generert av væreffekter som i en første tilnærmelse kan oppsummeres som strømmer som skyldes vind, er derimot tilfeldige. Det er derfor fordelaktig å behandle dem ved å bruke statistiske metoder, og det er vist nedenfor i beskrivelsen at oppfinnelsen gir en original fremgangsmåte for å forutsi slike strømmer og for å ta dem i betraktning når det er riktig, ved forutsigelse av slepekabeldeformasjon.

Det er også kjent at variasjoner i de forskjellige strømkomponenter ikke alltid finner sted i samme tidsskala. Statistiske undersøkelser foretatt av søkeren i forskjellige geografiske områder fordelt over forskjellige steder på planeten, har vist at avhengig av den sone som betraktes, kan den relative viktighet av de forskjellige strømkomponenter variere betydelig.

Fra en sone til en annen er følgelig karakteristikkene til tidsvariasjoner i lokale strømmer ikke de samme,

sesongmessige variasjoner kan være fremherskende i noen soner mens kortsiktig variasjon (som hovedsakelig skyldes vind) kan ha større betydning i andre soner, og ytterligere andre soner kan ha strømforhold som hovedsakelig bestemmes av generell

sirkulasjon slik at de er forholdsvis stabile, osv.

Som beskrevet nedenfor kan prediksjon eller forutsigelse av slepekablers deformasjon realisert ved hjelp av oppfinnelsen, ikke oppsummeres bare som å koble en stabil strømmodell med en modell for å beregne slepekabeldeformasjon som en funksjon av gitte strømforhold.

Forutsigelsen tar tvert imot også hensyn til tidsaspekter i forbindelse med havstrømvariasjoner: - ved å gjøre det mulig, som en funksjon av den sone som skal dekkes (og fortrinnsvis også varigheten og fjernheten i tid for den periode som de geofysiske data skal innsamles over) å velge de strømkomponenter som vil ha en betydelig virkning på tidsvariasjoner av lokal strøm; og - å ta hensyn til de variasjoner som skyldes de nevnte komponenter.

Det faktum at varigheten av datainnsamlingsperioden taes i betraktning, er viktig, spesielt for anvendelser av oppfinnelsen på kort eller middels sikt. Det er umulig å forutsi variasjoner i værstrøm over en periode som er fjern i tid (dvs. som begynner en lang tid etter det tidspunkt da prediksjonen blir gjort), eller endog for en periode som er for lang.

Det er derfor fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjelner mellom strømkomponenter som skal taes hensyn til ved forutsigelse av slepekabeldeformasjon ved å definere forskjellige "typer" strøm og ved å gjøre det mulig for en bruker å velge en "strømtype" som passer til behovene.

Utover det foreslår oppfinnelsen også å gjøre bruk av i forbindelse med tre forskjellige tidshorisonter: - sann tid , under innsamlingsoperasjoner til sjøs. Her er forslaget å forsyne skipet med

navigasjonsassistanse slik at skipets bane kontinuerlig kan justeres slik at orienteringen av

slepekablene til enhver tid er så nær deres orientering ved samme nivå (dvs. i samme posisjon langs abscissen i Y-retningen på fig. 3) som mulig under passeringen av skipet over den tidligere undersøkte tilstøtende linje, idet dette er for det formål å redusere utfyllinger i sann tid. Denne anvendelsen er beskrevet nærmere lenger ut i beskrivelsen.

For å tilveiebringe slik navigasjonsassistanse er det nødvendig å ha en forutsigelse av strøm (ved de dybder som svarer til neddykkingen av slepekablene) for en tidshorisont hvis størrelsesorden er 1 time, idet foreliggende beskrivelse også beskriver karakteristikkene ved en forutsigelse av strømtrinn som implementerer en strømprediktor (eller kortsiktig

forutsigelse av strømmodul);

- middels sikt for å bestemme, fremdeles under innsamlingsoperasjoner, den beste bane som skal følges av skipet for å undersøke den etterfølgende linje. Mens skipet beveger seg langs en linje Li er derfor formålet med fremgangsmåten ved denne tidsskala (omkring 24 timer) å bestemme den beste bane som skipet skal bevege seg langs ved den kommende tilstøtende linje Li+1, og også det best egnede tidspunkt for å begynne på denne linjen. Det skal bemerkes at fremgangsmåter finnes for å utføre slike forutsigelser over midlere tidsrom. Å fremskaffe realistiske resultater ved forutsigelser av tidevannsstrømmer som implementert ved disse metodene, gjør det imidlertid nødvendig å ha nøyaktige batimetriske data med høy tredimensjonal oppløsning. Selv om denne type data noen ganger er tilgjengelig (for eksempel SHOM-data i forbindelse

med franske kystsoner), er de dessverre vanligvis ikke tilgjengelige for soner som skal undersøkes.

I alle fall er vindprediksjonsmodeller for slike midlere tidshorisonter ganske tilfeldige, og forutsigelsene av virkningene av vind på strøm er ikke pålitelige;

- langsiktig , under disse forhold er formålet ikke å forsyne skipet med en bane for å redusere utfyllinger under drift, men å tilveiebringe en total forutsigelse av utfyllingsmengden som vil være nødvendig for et skip som passerer over en gitt sone, og eventuelt ved en gitt tidsperiode (hvilken periode kan være langt inn i fremtiden). Denne langsiktige forutsigelse blir så brukt til å gjøre det mulig å ta hensyn til utfyllinger ved forutsigelse av kostnadene

og varigheten av en planlagt operasjon.

ANVENDELSER FOR BRUK I SANN TID 06 PÅ MIDDELS SIKT

Anvendelser i sann tid og på middels sikt av oppfinnelsen blir beskrevet nedenfor. Disse to anvendelsestypene er realisert i en fremgangsmåte for å gi assistanse til navigasjon som er tilknyttet det skip som sleper slepekablene, idet fremgangsmåten for navigasjonsassistanse benytter de forutsagte slepekabeldeformasjoner i sann tid eller på middels sikt for å gi skipet en optimalisert bane svarende til minimalisering av utfyllinger (for den nåværende profil eller for den neste profil som skal skytes, respektive). I alle fall blir disse anvendelsene realisert etter at skipet allerede har beveget seg langs en første linje.

Kjennetegn ved systemet som er realisert ved hjelp av fremgangsmåten for anvendelser i sann tid og på midlere sikt

Som nevnt ovenfor har søkeren utviklet et system som gjør det mulig å implementere fremgangsmåten for navigasjonsassistanse. Sett fra brukerens synspunkt gir systemet tre hovedfunksjoner: - strømmer og slepekabeldrift-differanser (slepekabelposisjoner og orienteringer) blir fremvist. Disse parameterne kan måles eller forutsies (ved hjelp av en utpekt modul hvis kjennetegne er beskrevet nedenfor så langt de vedrører strømmer). På denne fremvisningen gjør sammenligning av målte og forutsagte strømmer og driftsdifferanser det mulig å bedømme påliteligheten av meteorologiske varsler, av strømmålinger og av ekstrapoleringer gjort på disse; - å bestemme og fremvise den beste neste profil som skal skytes, dvs. den profil for hvilken den forutsagte drift av slepekablene er nærmest den målte drift av en allerede innsamlet tilstøtende profil ved samme Y-ordinatposisjon på bingegitteret; og

å bestemme og fremvise i sann tid, mens en profil registreres, den optimale bane som skal følges for å unngå å skape soner som er underdekket eller overdekket.

For å utføre disse tre funksjonene implementerer systemet også tre delenheter som vist på fig. 4: - en navigasjonsprogram-delenhet 51 som utfører innsamling i sann tid: - av skipets bane (ved å bruke konvensjonelle posisjonsbestemmelsesmidler, slik som anordninger som benytter en eller flere differensielle globale posisjonsbestemmelsesmottakere (GPS); - av strømdata. Disse data kan være i form av målinger fra en strømningsmåler som slepes av skipet eller ombord i skipet, eller som forutsagt på grunnlag av meteorologiske varsler. Disse data utgjør de "primære" data som blir behandlet på den måte som er beskrevet nedenfor, for å realisere oppfinnelsen; og - av den målte posisjonen til slepekablene, idet slike målinger blir utført ved hjelp av en passende anordning (for dette formål er hver slepekabel utstyrt med et antall innretninger fordelt langs dens lengde som gjør det mulig å måle dens deformasjon og orienteringen til hvert segment av slepekabelen ved å ha en innretning integrert i denne, idet innretningene for eksempel omfatter magnetkompass, siden bare de horisontale strømkomponenter blir tatt i betraktning); - et værlaboratorium 52 som leverer forutsigelser om strøm, vind, tidevann og/eller dønning; og - en delenhet 53 for beregning av dekning og for fremvisningsformål, omfattende: - et brukergrensesnitt slik som en PC-type eller en annen datamaskin forsynt med en skjerm, et tastatur og en mus, sammen med anordninger for lagring av data; og - en modul for å bestemme, beregne og fremvise forskjellige "strømobjekter" (definert nedenfor i beskrivelsen).

Delenhetene 51 og 53 er om bord i skipet 10, mens

værlaboratoriet 52 kan være adskilt fra skipet. De data som leveres av delenheten 51 blir overført til delenheten 53 via en forbindelse 54 av eternett-typen for eksempel, mens data fra værlaboratoriet 52 blir overført til samme delenhet 53 over en trådløs forbindelse 55, for eksempel en forbindelse som gjør bruk av Internett og omfatter en radiolinje.

Data mottatt av navigasjonsprogram-delenhet 53

Delenheten 53 mottar hovedsakelig fire typer data fra delenhetene 51 og 52:

- meteorologiske varsler og værvarsler levert av databaser; - målte strømdata innsamlet ved hjelp av strømningsmåleren; - posisjonsdata for slepekabler levert av måleanordningene tilknyttet en innsamlings- og behandlingsanordning; og

skipets bane.

Kjennetegnene ved disse fire typene data blir beskrevet mer detaljert nedenfor:

Væ r da ta

Værvarsler kan komme enten fra databaser eller fra meteorologiske meldinger mottatt over forbindelsen 55. - Databaser fremskaffer hovedsakelig langsiktige forutsigelser (flere måneder) over tidevannsstrømmer; Et eksempel på dataformatet er som følger: - Meteorologiske bulletiner vedrørende prediksjonsdata på kortere sikt (vanligvis 36 timer) angående strømmer, vind eller dønning. Generelt oppløser meteorologiske meldinger strømvektoren i en tidevannsstrøm og en reststrøm. Et eksempel på dataformatet er som følger:

Den hyppighet som bulletinene utstedes med, er av størrelsesorden en eller to ganger per dag. Filene blir reformatert, og om nødvendig behandlet og så lagret i en database B tilknyttet delenheten 53. Selv om de for tiden tilgjengelige værvarslingstjenester ikke kan utføre områdebestemmelse med oppløsning som er fin nok til å skjelne et antall enkelte soner innenfor mesteparten av de soner som dekkes av en innsamlingsoperasjon, kan systemet ta hensyn til den nøyaktige posisjon av det punkt for hvilket værvarselet er utført, for å kunne ta hensyn til mulige rommessige variasjoner i værdata innenfor en gitt dekningssone. Likeledes kan systemet ta hensyn til dybden av strømmer (for å utlede forutsigelse av strømverdier ved interpolasjon ved slepekablenes dybde når forutsigelsene er gitt for et antall dybder på hver side av slepekabeldybden).

I beskrivelsen blir uttrykket meteorologiske bulletin eller meteorologisk varsel brukt både om informasjon som kommer fra databaser og for virkelige meteorologiske varsler.

Databasen B lagrer generelle parametere (som inneholder informasjon omkring den organisasjon som utgjør det meteorologiske varsel, tidspunktet og datoen for varselet, datoene og tidspunktene for begynnelsen og slutten av forutsigelsen, den type data som er blitt forutsagt, og dataenes format), sammen med de aktuelle data.

To familier med data skal finnes i værdataene (strømfamilien og dønningfamilien): - Dataene i "strømfamilien" er kjennetegnet ved en vektor hvis komponenter (hastighet og retning) varierer med tiden, både for en gitt posisjon og for en gitt dybde. Denne typen data er brukbar for meteorologiske varsler som gjelder tidevannsstrømmer, for varsler om reststrøm (som hovedsakelig svarer til værstrøm) og for totale strøm- og vindvarsler. Lagring i databasen B kan utføres ved å bruke følgende format: Lengde, bredde, dybde (svarende til et målepunkt), Dato, tid, hastighet (m/s), retning (grader), Dato, tid, hastighet (m/s), retning (grader),

Osv. (en rekke suksessive tidsdata-elementer som lagres i forbindelse med hvert målepunkt),

Lengde, bredde, dybde (et annet målepunkt),

Dato, tid, hastighet (m/s) retning (grader),

Dato, tid, hastighet (m/s) retning (grader),

Osv.

Data av "dønningfamilien" blir utledet fra meteorologiske varsler om sjøtilstanden.

Dataene i denne familien blir skapt av en vektor hvis komponenter (høyde, retning og frekvens)varierer med tiden for en gitt posisjon. Lagring i databasen B kan være i følgende format:

Lengde, bredde,

dato, tid, høyde (m), periode (s), retning (grader), dato, tid, høyde (ra), periode (s), retning (grader), osv.

Lengde, bredde,

dato, tid, høyde (m) , periode (s), retning (grader), dato, tid, høyde (m), periode (s), retning (grader),

osv.

Målte strømdata

Disse data kommer fra strømningsmåleren om bord (målt strøm) og blir innsamlet i sann tid ved hjelp av delenheten 51 og gjort tilgjengelige for delenheten 53 via en dataforbindelse betegnet 54 på fig. 4. Disse data blir lagret i databasen B og blir brukt med periodisitet som ligger i området 1 minutt (min) til 10 min. Strukturen til de data som overføres over forbindelsen 54, er som følger:

Dato, tid, lengde, bredde,

Dybde 1 (m), hastighet (m/s), retning (grader),

Dybde 2 (m), hastighet (m/s), retning (grader),

Dybde 3 (m), hastighet (m/s), retning (grader),

Osv.

Slepekabelgruppedrift

Disse data blir beregnet i sann tid ved hjelp av deleenheten 51 og gjort tilgjengelige for delenheten 53 over forbindelsen 54.

Under innsamling i sann tid av posisjonsdata vedrørende en profil (dvs. en linje Li), blir de målte driftsverdier ekstrahert og lagret ved hjelp av delenheten 53. Når dataene er blitt importert av delenheten 53, blir de målte driftsverdier lagret i databasen B.

For å bestemme ved hvert punkt hvor lydkilden blir avfyrt, blir hele systemet som slepes av skipet, modellert som to visuelle slepekabler Sl og S2 hvis posisjoner og former svarer til en middelverdi av settet med slepekabler i systemet.

I det utbredte tilfellet hvor det slepte systemet i virkeligheten omfatter mer enn to slepekabler, blir de to virtuelle slepekablene Sl og S2 beskrevet på følgende måte: for posisjon ved hjelp av posisjonene til de fremre

ender av de ytre slepekabler i systemet; og

for orientering ved hjelp av middelverdien av formene til babordslepekablene (for Sl) og av middelverdien for formene til styrbordslepekablene (for S2).

Mer nøyaktig blir formen av hver slepekabel Sl og S2 modellert ved hjelp av posisjonen og orienteringen målt i et horisontalplan som omfatter tre slepekabelsegmenter.

Strukturen til dataene kan være som følger:

Dato, tid, skuddnummer, lengde, bredde, DXb, Dyb (posisjonen av den fremre ende av Sl) , <|>lb, <|>2b, <|>3b (orienteringer av tre segmenter av Sl i forhold til Y-retningen eller i forhold til nord), DXt, Dyt (posisjon av den fremre ende av S2), t|>lt, <|>2t, <j>3t (orienteringer av tre segmenter av S2).

Skipets bane

Banen til skipet blir lagret kontinuerlig ved en viss bestemt hyppighet, i følgende form:

Dato, tid, lengde, vanndybde.

Definisjon av de forskjellige "strømtyper"

Delenheten 5" har anordninger for å reagere på den importerte strømdata (målt eller varslet i meteorologiske bulletiner) for å bestemme forskjellige typer strøm i et klassifikasjonsskjema uttenkt av søkeren: - Type 1: målt strøm: dette er den totale strøm som er målt av en strømningsmåler; - Type 2: tidevannsstrøm: denne kommer fra meteorologiske varsler eller blir utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse; - Type 3: "tidevann + værlabrest"-strøm: dette er summen av en tidevannsstrøm + en reststrøm som levert av et værvarslingsselskap. Tidevannsstrømmen kan komme fra meteorologiske varsler, eller den kan være utledet fra strømningsmålinger. Reststrømmen kommer fra meteorologiske varsler; - Type 4: "ekstrapolert fremtidig totalstrøm": dette er en ekstrapolering {utført ved hjelp av en spesiell prediktormodul integrert i delenheten 53, hvis virkemåte blir beskrevet nedenfor, og som også tjener til å generere de ekstrapolerte strømverdier som er nødvendige for å beregne "strømobjekter" av typene 5, 6 og 7), av den totale strømvektor som målt av en strømningsmåler. Ekstrapolering av denne strømmen kan dekke de neste tre timer; - Type 5: "tidevann + ekstrapolert fremtidig rest"-strøm: dette er summen av en tidevannsstrøm pluss en reststrøm ekstrapolert ved hjelp av prediktoren som beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 6. Tidevannsstrømmen kan komme fra meteorologiske bulletiner eller den kan være utledet fra strømningsmetermålinger. Den ektstrapolerte fremtidige reststrøm blir beregnet ved hjelp av prediktoren ved å ekstrapolere strømningsmetermålinger hvorfra tidevannsstrøm er blitt subtrahert. Denne strømekstrapoleringen kan dekke de neste tre timer; - Type 6: "ekstrapolert historisk total"-strøm: ekstrapolert historisk strøm svarende til kortsiktige forutsigelser (settet med alle 1 times forutsigelser

for eksempel) som prediktoren har utført tidligere. Dette er en ekstrapolering av et gitt tidsrom (for eksempel 1 time) av den totale strømvektor målt ved hjelp av en strømningsmeter. Denne strømmen blir

beregnet mellom begynnelsen av operasjonen og det foreliggende øyeblikk; - Type 7: "tidevann + ekstrapolert historisk rest-strøm: dette er summen av en tidevannsstrøm og en tidligere reststrøm ekstrapolert ved hjelp av prediktoren. Tidevannsstrømmen kan komme fra meteorologiske bulletiner eller den kan være utledet fra strømningsmetermålinger.

Den ekstrapolerte tidligere reststrøm svarer til de kortsiktige forutsigelser (settet med alle 1 times forutsigelser for eksempel) som prediktoren har gjort tidligere.

Den ekstrapolerte historiske reststrøm blir beregnet ved å ekstrapolere målinger fra et strømningsmeter som har hatt tidevannsstrømverdier subtrahert bort for en forutsigelsesperiode (1 time i dette tilfellet). Denne strømmen blir beregnet mellom

begynnelsen av operasjonen og til nåværende øyeblikk.

Definisjon av " strømobjaktar" av brakaren

Datamaskinen i delenheten 53 er forsynt med brukerprogramvare som gjør brukeren i stand til å skape et "strømobjekt" som systemet skal behandle, ved hjelp av:

å velge en ønsket strømtype; og

å gi spesielle parametere til "strømobjekt", hvor en frembringelse av et "strømobjekt" av en gitt type krever at visse parametere blir valgt.

For dette formål fremviser brukergrensesnittet en dialogboks på dataskjermen som gjør brukeren i stand til:

- å spesifisere den valgte strømtype. Brukeren kan velge denne typen som en funksjon av varigheten av den ønskede forutsigelseperiode (i størrelsesorden 1 time) når det skal bidras til navigasjon i sann tid, i størrelsesorden 24 timer når det skal brukes til å slepe den neste profil), og også som en funksjon av karakteristikkene til strømmene i den sone som skal dekkes (predominans av visse strømkomponenter); - og også å skape i "strømobjektsystemet" som er definert, ikke bare ved type, men også ved hjelp av følgende parametere: - navnene på "strømobjektet"; - navnene til de organisasjoner som utsteder meteorologiske bulletiner eller strømningsmeterne som brukeren ønsker å velge til tidevannsstrømmer, reststrømmer eller andre strømtyper; - den valgte dybde eller de valgte dybder. Brukeren kan velge en av strømningsmeterne som er angitt i systemet; under slike forhold blir "dybdeinformasjon" definert av de første og siste celler mellom hvilke brukeren ønsker at systemet skal midle strømvektorer;

for strømtyper som innebærer historiske

ekstrapoleringer: forutsigelsesperioden; og

- et grafisk trekk som gjør det mulig å skjelne, i etterkant, på skjermen til brukergrensesnittet det "strømobjekt" som er bestemt på denne måten (for eksempel en farge eller et symbol tildelt nevnte "strømobjekt").

Avhengig av typen av "strømobjekt" behøver alle eller bare noen av de ovennevnte parametere å bli bestemt.

I en utførelsesform av oppfinnelsen må brukeren mer nøyaktig, i tillegg til navnet på "strømobjektet", dets type og to bestemte dybder mellom hvilke brukeren ønsker midlet de vektorer som representerer strømmen, og endelig de grafiske trekk som brukeren ønsker tilknyttet "strømobjektet"; også bestemme de parametere som er definert nedenfor for hver respektive strømtype:

Dialogboksen gjør det også mulig for brukeren å skape, modifisere, slette og duplisere disse "strømobjektene" hvis kjennetegn er lagret i et tilhørende minnested i systemet.

Når brukeren på denne måten har skapt et "strømobjekt", er det mulig, mens man operer over en sone, å bruke systemet til: - å fremvise variasjon over tid av et eller flere ønskede "strømobjekter". For dette formål informerer brukeren systemet om de karakteristikker som skal fremvises på skjermen, som beskrevet nedenfor. Systemet beregner så verdier for "strømobjektet" enten ved å bruke et tidsintervall som kan fastsettes av brukeren, eller forekomsten av en ny hendelse (ny måling av strøm, ankomst av en meteorologiske bulletin, modifikasjon/sletting/frembringelse av et "strømobjekt" av brukeren, ...); - å fremvise slepekablenes posisjonsdifferanser (posisjonen av en slepekabel som er definert av X-, Y-, Z-posisjonene til dets punkter som en funksjon av tid) ved å sammenligne simulerte posisjoner på grunnlag av "strømobjekter" valgt av brukeren og målte posisjoner;

å bestemme i sann tid det optimale spor som båten

skal følge; og

å optimalisere den neste profil som skal skytes ved

hjelp av båten.

For disse fire typene implementering utfører systemet gjentatte beregninger av det involverte "strømobjekt".

I de første to implementeringstyper målt ovenfor, viser systemet alltid på hvilken måte de målte verdier varierer (type 1 "strømobjekt" for den første implementering, forskjellen mellom målt posisjon og simulert posisjon for en slepekabel beregnet ved å bruke et "strømobjekt" av type 1).

En slik samtidig fremvisning av målte verdier gjør det mulig for brukeren å vurdere kvaliteten av de forskjellige "strømobjekter" som er blitt definert for fremvisningsformål og til å velge blant dem et "strømobjekt" for en eller annen av de siste to typer implementeringer.

For å kunne beregne "strømobjekter" basert på primærstrømmer angitt i meteorologiske bulletiner og/eller tidevannsstrømmen utledet fra målinger av strøm over sonen, er det nødvendig å begynne med å spesifisere de spesielle meteorologiske bulletiner og/eller den spesielle tidevannsstrømfil som er utledet fra målinger av strøm i sonen. Dette blir gjort ved å velge: - for meteorologiske bulletiner, det varsel hvis mottakstid har passert og som er det siste opptil det øyeblikk for hvilket en spesiell verdi skal beregnes for "strømobjektet"; og - for tidevannsstrømfiler utledet fra målinger strøm, den fil hvis skapelsesdato er forbi og som er den siste før det øyeblikk ved hvilket en spesiell verdi av "strømobjektet" skal beregnes.

Den måten et "strømobjekt" blir beregnet på, avhenger i tillegg: - av tiden mellom frembringelsesøyeblikket og det området med tider for hvilke det er beregnet; og - den type implementering som gjør at det må beregnes. Mer nøyaktig kan det oppstå tre situasjoner: - den situasjon hvor det øyeblikk ved hvilket systemet utfører beregningen av et "strømobjekt" er etter tidsområdet for hvilket "strømobjektet" er beregnet; i dette tilfellet er skipets posisjon som en funksjon av tid kjent, og for hvert øyeblikk blir i tidsbasisen for "strømobjekt"-interpolasjonen utført i rom og tid mellom strømvektorene til primærstrømmen eller primærstrømmene som brukes til å konstruere "strømobj ekter"; - når det øyeblikk ved hvilket systemet beregner "strømobjektet" er tidligere enn det tidsområde for hvilket beregningen er utført; i dette tilfellet er skipets posisjon som en funksjon av tid: - enten ukjent, for implementeringer av den type hvor variasjon over tid av "strømobjektet" blir fremvist. I dette tilfellet blir verdiene av "strømobjektet" beregnet ved å kreve at skipets fremtidige posisjon må være lik skipets posisjon ved det tidspunkt hvor beregningen utføres. Interpolasjon i rommet blir derfor den samme for alle øyeblikk i tidsbasisen for "strømobjektet"; - eller på anta, for implementeringer av "bestemmelse i sann tid av optimalt spor" og "optimalisering av neste profil"-typer. Dette tilfellet reduseres til det tilfellet som er nevnt ovenfor og for hvert

øyeblikk i tidsbasisen for "strømobjektet", interpolasjon blir utført i rom og tid mellom strømvektoren til den primære strøm eller de primære strømmer som benyttes til å konstruere "st rømobj e kte t";

det tilfellet da tidspunktet for systemets beregning av "strømobjektet" ligger innenfor det området med tider for hvilke det er beregnet; i dette tilfellet blir to delområder av tid tatt i betraktning, et delområde er tidligere enn beregningsøyeblikket og det andre ligger etter beregningsøyeblikket, og avhengig av hvilket av disse to delområder som inneholder det øyeblikk for hvilket en spesiell verdi av "strømobjektet" blir beregnet, reduseres beregningen til den ene eller annen av de to slag som

er nevnt ovenfor.

Fremvisningør av strømmar og avdrift

Dette gjelder de første to implementeringstyper av oppfinnelsen under virksomhet i soner.

Grensesnittet til delenheten 53 tjener til å fremvise, i form av kurver, ikke bare skipets bane, men også de strømmer som er målt og/eller forutsagt, og forskjellen mellom slepekabelposisjon som er målt og som er simulert. Sammenligning av målte og forutsagte verdier gjør det mulig for brukeren å vurdere i sann tid kvaliteten av forutsigelsene, og eventuelt å velge det gunstigste "strømobjekt" hvis den foreliggende ytelse bedømmes å være utilstrekkelig.

Kurver over forutsagte og målte strømmer

Disse kurvene er representasjoner av et antall kurver som kan overlagres som en funksjon av tid, sammen med en zoommulighet. En dialogboks gjør det mulig for brukeren å skape, modifisere, slette og duplisere disse kurvene. De er definert ved: - datoene og tidspunktene ved begynnelsen og slutten av en kurve; - en filterboks for å velge "strømobjektene" som skal vises; - en ideell Y-retning for profilene; - vektoren som skal vises; - "strømobjektene" som skal brukes; - projeksjonen av hastigheten til strømmen i forhold til den definerte retning; - projeksjonen av strømmens hastighet i forhold til X-perpendikulæren til den definerte Y-retning; og - de samme kurver, men etter at filtrering er blitt påført disse (glidende gjennomsnitt, standardavvik,

Grafen blir tegnet opp på nytt hver gang systemet på nytt beregner et av "strømobjektene" som er valgt til grafen. Tidspunktene på grafen er utledet fra tidsdifferansene som kan anvendes for strømningsmeterinnsamling. Et antall grafer kan vises samtidig.

Graf over forskjeller og avdrift

Formålet med denne grafen er å vise den laterale differanse fra en krumlinjet abscisse med lengde 1000 m mellom de målte posisjoner av slepekablene og en simulering av slepekablenes posisjoner ved å bruke et "strømobjekt" valgt av brukeren. Grafen vil være i form av et antall kurver som kan overlagres som en funksjon av tid med en zoommulighet. Grafen kan strekke seg fra begynnelsen av operasjonene opptil nåværende øyeblikk.

Brukeren definerer grafene. En dialogboks gjør det mulig for brukeren å skape, modifisere, slette og duplisere disse grafene. De er definert ved: - datoene og tidspunktene ved begynnelsen og slutten av en graf; og

en filterboks som gjør det mulig å velge "strømobjekter" for bruk ved beregning av samtidig avdrift, idet objektet blir valgt fra objekter av type 1, 2, 3, 6 og 7.

Grafen blir tegnet opp på nytt etter hver profil. Tidsintervallene for grafene blir utledet fra tidsdifferansene mellom profilene. Et antall grafer kan vises samtidig.

Forutsigelser av strøm på meget kort sikt

Det system som er utviklet av søkeren for realisering av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, omfatter, som nevnt ovenfor, en kortsiktig forutsigelse av en strømmodul (hvilken modul vanligvis kalles en "prediktor"), som systemet kjører hver gang det er nødvendig å beregne et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7.

Disse kortsiktige forutsigelsene blir frembragt i sann tid, og de blir hovedsakelig brukt til å frembringe navigasjonsmessig bistand i sann tid og for å fremvise "strømobjekter" og posisjonsdifferanser mellom en virkelig slepekabel og en simulert slepekabel. Prediktorkarakteristikker er beskrevet nedenfor for det tilfellet hvor inndata er i form av verdier målt for strøm opptil forutsigelsesøyeblikket.

Denne lineære prediktoren er nødvendig ved et øyeblikk t for å frembringe et estimat av strømmen ved et fremtidig øyeblikk t+TO, på grunnlag av bare en tidsrekke med strømdatamålinger utført på stedet opptil øyeblikket t (for eksempel ved hjelp av strømningsmetere som på forhånd er fortøyd i sonen eller er om bord i skipet).

Denne prediktoren betrakter innsamling av målte strømdata som en annen ordens ikke-sentrert, stabil tilfeldig prosess. Den forutsatte strøm er resultatet av anvendelse av lineær filtrering på de tilgjengelige måledata.

Komponentene i filteret blir utledet ved å løse et system av linære ligninger som igjen er resultatet av minimaliseringsfeilvariasjon utført på den forutsagte verdi.

Skissemessig operer prediktoren på følgende måte:

Hvis det er gitt en måling av strøm U(i) for i = til P, er det ønskelig å produsere det beste estimat av strøm 0{P+T0) fra U opptil øyeblikket P+TO.

For å gjøre dette blir det innledningsvis antatt at strømmen U er en annen ordens, ikke-sentrert, stabil prosess, og at følgende betegnelse blir anvendt:

Estimatet 0(P+T0) er resultatet av anvendelse av lineær filtrering på Up, dvs. skalarproduktet av en vektor Cp av dimensjon P multiplisert med

Up: 0(P+T0) = ejup

La e{P+T0) være differansen mellom U(P+T0) og den estimerte verdi U(P+T0). Den matematiske forventning kan så beregnes:

E[e{P+T0)] = E[U(P+T0) - 0(P+T0)]

= E[U(P+T0) - c};Up]

= aTE[Up+Tol

I denne beregningen blir en vektor a brukt for dimensjonen P+l, under den implisitte antagelse at dens første komponent er av verdi 1.

Estimering er basert på prinsippet med å minimalisere feilvarians under følgende begrensninger:

- middelfeilen må være null; og

- den første komponent i vektoren er lik 1.

Matematisk blir de parametere al, a2, ..., aP+1 bestemt som minimaliserer forholdet:

G = El_(e (P+TO) -E[e(P+T0) ]) 2J

= a<T>r„a

med følgende begrensninger:

Matrisen FDblir skrevet:

hvor Yi er autokovariansfunksjonen av U.

U antas å være stabil slik at dens forventning ikke varierer over tid. Derfor er:

Betingelse (2) blir derfor: og problemet dreier seg da om å minimalisere:

For å minimalisere G, blir dens gradient sagt å være

dG

null ( =0 for alle i i området 3 til P+l), noe som derved

da,

gir P-l ligninger. Etter beregning blir følgende system oppnådd:

hvor Amat( p. 1;p. i) er symmetrisk med Amat( i, j) =y/ j- i/-}" j- yi+ yo

Løsning av systemet med P-l ligninger gir vektoren a, hvis siste P-komponenter blir brukt for ligningsberegning.

I praksis blir prediktorens funksjon utført ved å utføre et dataprogram. Dette programmet krever innmating i form av målte strømdataserier samplet med et intervall dt.

Etter lesing av verdiene gjennomfører programmet prediksjon for hvert tidstrinn nt=ndt. For å gjøre dette beregner programmet, som har de n forutgående strømverdier, de statistiske elementer som er nødvendige for å beregne en autokorrelasjonsfunksjon av disse n-verdier, og deretter for å etablere det lineære system med ligninger som skal løses.

Ved å løse systemet frembringer systemet en prediksjon for strømmen ved nt+TO.

Det skal bemerkes at antallet n tidligere målinger som benyttes til beregning av autokorrelasjonsfunksjonen, kan reguleres. Programmet gir også vekter til de n-målinger i innmatingsrekken som er omvendt proporsjonale med deres alder, for å foregripe plutselige endringer som skyldes reststrøm {svarende til værstrøm) under beregning av forventninger som er nødvendige for å frembringe autokorrelasj onsfunksj onen.

For å stabilisere forutsigelsene fra prediktoren og unngå avvikende verdier, har søkeren implementert en fremgangsmåte for å tilpasse det lineære system som skal løses. I dette henseendet er det fordelaktig å bruke en avtagende metode, og mer spesielt den konjugerte gradientmetode.

Figurene 5a til 5d viser sammenligninger mellom målinger av strøm og forutsigelser P utført av prediktormodulen hvis lineære system ble løst ved hjelp av en gausisk metode {figurene 5a og 5c) og prediksjoner utført ved hjelp av den konjugerte gradientmetode (figurene 5b og 5d). Det kan sees at de deviantverdier som er frembragt ved hjelp av den gausiske metode, forsvinner ved bruk av den konjugerte gradientmetode. Metoden viser seg i tillegg å være gunstig med hensyn til beregningstid.

For å evaluere ytelsen til den lineære prediktor, dvs. differansen mellom den forutsatte strøm og den målte strøm (hvor en akseptabel feil kan være satt til en verdi på omkring 2 centimeter per sekund (cm/s) eller mer), har søkeren også gjort bruk av:

- to hovedkriterier:

- middelverdien av absoluttverdien til differansen mellom forutsigelsen og målingen, skrevet som "abs feil"; og - differansen mellom forutsigelsen og målingen under den verdi hvor hvilken 90% av prediksjonspunktene skal finnes; denne differansen skrives "(90% differanse)"; systemet beregner også middelverdien av differansen mellom forutsigelsen og målingen for å vise eventuell forspenning. Tabellen nedenfor viser 90% feil og absolutt feil for forutsigelsesområdene 1 time til 3 timer, idet radene i tabellen svarer til forskjellige forhold for utførelse av målinger av strøm på stedet. Derfor: - de første tre radene i tabellen svarer til ytelsen av den prediksjon som utføres på grunnlag av strømningsmetere av type "S4" fortøyd ved forskjellige punkter B, E, L og N i en sone, mens rad S4 representerer middelverdien av ytelsene i de første tre rader; og - raden ADCP svarer til ytelse relatert til målinger som kommer fra et instrument av typen "akustisk doppler-strømprofilerer" om bord i et skip som operer i nordsjøen med en hastighet på 10 knopp.

Det kan sees:

- at for en kortsiktig forutsigelse (til en horisont på omkring 1 time og mindre) er den absolutte feil vanligvis aksepterbar; - at det finnes ganske stor disparitet vedrørende 90% differansekriterie, og at nivået også er høyere; og

at forutsigelsesytelsen sammenlignet med ADCP-målingen er signifikant mindre god enn sammenlignet med strømningsmetere fortøyd i faste posisjoner.

Søkeren har funnet at feilene som var et resultat av sammenligninger mellom forutsigelser og ADCP-målinger, hovedsakelig kommer fra størrelsen av den meget store geofysiske sone som dekkes av skipet tilknyttet ADCP.

Under måling ble skipet seilt i kystsoner og også i soner til havs, og strømforhold er forskjellige i disse to sonetypene.

Prediktorens ytelse øker med implementering av stabile strømforhold, ved at en stabil trend fremkommer over et antall påfølgende målepunkter.

Søkeren har således integrert en forbedring i prediktoren for å oppvise en harmonisk del i den strøm som er målt på stedet, hvilken harmoniske har en lett forutsigbar, regelmessig oppførsel, for derved å gjøre det mulig å subtrahere denne harmoniske del fra den totale strøm og gjøre det mulig å anvende den lineære prediktor på restdelen av strømmen (dvs. målt strøm på stedet hvorfra den harmoniske del er blitt subtrahert.

Man vil forstå at når for eksempel en strøm har en stor tidevannskomponent, må restamplituden være betydelig mindre enn for den totale strøm, slik at prediksjonsfeilen som måles ved å bruke ovennevnte kriterier, blir minsket sammenlignet med totalstrømmen.

Den generelle prosedyre i denne behandlingen er vist skjematisk på fig. 6. Etter målinger på stedet av strømmen mellom et øyeblikk ntO i fortiden og et øyeblikk nt (trinn 701), blir en harmonisk strøm bestemt som antas å være tidevannsstrømmen (trinn 702), og så blir, i trinn 703, denne tidevannsstrømmen subtrahert fra den totale målte strøm for ved 704 å oppnå en reststrøm mellom tidspunktene ntO og nt (hvilken strøm i seg selv er ikke-harmonisk).

Deretter blir denne reststrømmen behandlet ved hjelp av den lineære prediktor ved 705 for å frembringe en forutsagt reststrøm ved et fremtidig tidspunkt nt+T0. Deretter, ved 707, blir denne forutsagte reststrøm addert til tidevannsstrømmen som ble forutsagt ved 708 for tidspunktet nt+T0, hvor denne forutsigelsen er deterministisk. Resultatet av denne addisjonen blir brukt i 709 som en forutsigelse av totalstrømmen ved nt+T0.

For å oppnå den harmoniske tidevannsstrøm, er det mulig å bruke en endelig digital elementmodell basert et gitter over den undersøkte sone ved å levere grensebetingelser på grunnlag av resultatene av en storskalamodell eller av målinger på stedet, eller også ved å uføre harmonisk analyse.

En slik harmonisk analyse kan utføres ved hjelp av den prosedyre som er skissert på fig. 7. Prosessen som er vist på denne figuren, er analog med den som er beskrevet ovenfor: trinn 802 svarer til beregning av tidevannsstrømmen etter et harmonisk analysetrinn 801 hvor hovedtidevannsstrømmene i strømmen målt ved 800 blir bestemt. Dette trinnet fører til ekvivalenten til det ovenfor beskrevne trinn 702; - trinn 808 svarer til det ovenfor beskrevne trinn 708.

For å forutsi tidevannsstrømmen, blir tidevann ekstrapolert (se nedenfor for en oppklaring på hvordan tidevann blir bestemt).

Søkeren har benyttet slik analyse på virkelige strømdata som dekker perioder på 5 måneder for strømningsmeter B og 3 måneder for strømningsmeter E.

For å utføre harmonisk analyse begynner systemet med å anvende en Fourier-analyse av dataseriene for å identifisere topper i frekvensspekteret over data som svarer til de kjente tidevannsgenererende hovedbølger {disse bølgene er for eksempel angitt i "Introductory dynamical oceanography" av Pond og Pickard, hvor hovedbølgene er halvdøgnsbølger {bølgene M2, 32, N2, K2), døgnbølger (bølger Kl, 01, Pl, Ql) eller for lengre perioder (Mf, Mn, Ssa)).

Det er således mulig å trekke ut de harmoniske hovedkomponenter fra totalstrømmen, og resultatene av den prosedyre som er beskrevet under henvisning til figurene 6 og 7, er oppsummert i tabellen nedenfor, hvorfra det kan sees en meget betydelig forbedring av kvaliteten på forutsigelsen.

Man vil forstå at under drift er det nødvendig å ha en historie over målinger av strøm for å kunne utføre en slik harmonisk analyse, som også vil bli utført på periodisk grunnlag (omkring en gang per dag).

Generelt er halvdøgnsbølger av type N2 fremherskende i harmoniske tidevannskomponenter. I praksis viser det seg at

etter slutten av en innledende strømmålingsperiode på stedet over en til flere dager, har systemet tilstrekkelig historie til å ekstrahere mer signifikante harmoniske komponenter fra strømningsmålingene.

Optimalisering av skipets bane i sann tid

Det følger nå en beskrivelse av de generelle prinsipper og trinnene i beregningen av en optimal bane for skipet i sann tid, for derved å danne den tredje implementeringstype av oppfinnelsen under operasjoner i en sone. Denne implementeringstypen gjør bruk av en algoritme for å søke den optimale bane.

I dette tilfellet er de anvendte strømdata kortsiktige prediksjonsdata valgt av brukeren fra de ovennevnte typer 2, 4 og 5, levert av den ovenfor beskrevne prediktormodul.

Formålet med denne optimaliseringen er å forsyne navigatøren med en viss gitt hyppighet, med en optimal bane å følge, dvs. den optimale posisjon for skipet som en funksjon av tid, idet den optimale bane eventuelt blir levert direkte av delenheten 53 til autopilotsystemet på skipet.

På grunnlag av kortsiktige forutsigelser av strøm fra prediktoren, og ved å bruke den hydrodynamiske kabeldeformasjonsmodell, vil dekningsoptimaliseringen gå ut på å finne den bane som skal gis den fremre ende av slepekabelen, dvs. til skipet, slik at fremtidige CMP'er blir forskjøvet med bredden av en celle i X-retningen til side fra den forutgående profil.

I en forenklet versjon kan det antas at systemet {skipet; slepekabelhode) ikke er deformerbart. Denne antagelsen kan utelates ved å implementere en hydrodynamisk modell som er i stand til å beregne de dynamiske deformasjoner som systemet er utsatt for, og for å gjøre dette hurtig nok til å være kompatibelt med algoritmen for beregning av den optimale bane som beskrevet nedenfor.

Navigasjonsalgoritma

Navigasjonsalgoritmen som er beskrevet nedenfor, blir brukt for de følgende tre anvendelser av oppfinnelsen: "navigasjon i sann tid"; "forberedelse av neste profil"; og "forberedelse og undersøkelse".

I denne delen begynner vi med å definere følgende begrep vedrørende den tilstøtende profil (dvs. den profil for hvilken data er kjent): (Xai,k, Yai(k) er koordinatene til de forskjellige punkter på den ytre slepekabel langs den tilstøtende profil. Under angår indeks "a" data for den tilstøtende profil, indeks "i" vedrører skuddnummer og indeks "k" vedrører de forskjellige punkter langs en slepekabel (den krumlinjede abscisse som utgjøres av slepekabelen, gjort diskrete). Etter konvensjon svarer k=l til slepekabelens hode og k=K svarer til slepekabelens bakre ende.

Følgende notasjon er bestemt vedrørende

referanseslepekabelen (dvs. den "virtuelle" slepekabel som det er ønsket å tilpasse), idet denne slepekabelen blir tilveiebragt ved å forskyve slepekabelpunktene i den foregående profil ved translasjon i X-retningen mens samme nivå (samme Y) beholdes, og også eventuelt et tilhørende sett med rotasjoner gjennom en identisk vinkel sentrert på hodet til slepekabelen ved hvert skuddpunkt. På konvensjonell måte svarer translasjonen til en forskyvning på en binge over CMP-linjen nærmest den profil som skal optimaliseres, men metoden dekker muligheten for å modifisere denne avstanden. Rotasjonsvinkelen er konvensjonelt lik null, men fremgangsmåten dekker muligheten for å innbefatte en annen vinkel.

(Xci,ic, Yci,i<) er koordinatene til de forskjellige punkter langs referanseslepekabelen på den profil som skal optimaliseres. Indeks "c" blir brukt nedenfor i betydningen "referanse".

Den følgende notasjon er definert for de kjente parametere tilknyttet de innledende

optimaliseringsbetingelser. Innledningsøyeblikket svarer for

eksempel til det aktuelle øyeblikk for utførelse av optimalisering i sann tid, og til forskjellige aksepterbare øyeblikk for begynnelsen av en profil ved optimalisering av den neste profil: (X0k, Yt)*) : koordinatene til de forskjellige punkter på slepekabelen. I en "profilpresentasjons"-anvendelse er alle disse punktene kjent, og de blir overført til systemet via posisjonsmåleanordningen. I en "neste profil"-anvendelse er bare YOikjent (dvs. Y-komponenten for slepekabelens hode og det første skudd på den del av banen som skal optimaliseres). I dette tilfellet blir slepekabelens form estimert ved å gjøre antagelser vedrørende skipets hastighet, og XOiblir en ukjent i problemet; - tO: øyeblikket for innledning av optimaliseringen.

Den følgende notasjon blir brukt for forutsigelser av strøm: (cxj,ix,iy,iz, Cyj,ix,iy,iz) : komponentene til strømmen ved øyeblikk etter tO. Indeks "j" svarer til rekken med øyeblikk vedrørende forutsigelser av strøm. Indeksene "lx", "ly", "lz" svarer til koordinatene i tre romdimensjoner av punkter på havet for hvilke strømforutsigelser er tilgjengelige.

Følgende notasjon er også definert for den optimale bane: (Xli,k, Yli,k) : koordinatene for de forskjellige punkter på den ytre slepekabel langs den del av profilen som undersøkes når skipet følger den optimale bane. Rekken Yli,], (dvs de suksessive Y-koordinater for slepekabelhodet) er kjent og faller sammen med rekken Yci,i. Rekken Xli,i(dvs. suksessive X-koordinater for slepekabelhodet) er en ukjent i problemet. Den rekke (Xli.k, Yli,k) for hvilken "k" er forskjellig fra 1, er resultatet av den hydrodynamiske modell av slepekabeldeformasjon;

- tiier rekken med skuddøyeblikk som svarer til det optimale spor. Det er en ukjent i problemet.

Den følgende notasjon er også definert i forbindelse med veiing av avstanden mellom referanseslepekabelen og de slepekabel som er tilknyttet den optimale bane som en funksjon av den krumlinjede abscissen til det punkt som betraktes på slepekabelen ("forskyvningsklasse"): Pker den vekt som skal tilordnes differansen mellom referanseslepekabelen og slepekabelen tilknyttet den optimale bane, som en funksjon av forskyvningsklassen til punktet med indeks "k" i hver av de to slepekabler.

Funksjonen som skal minimaliseres, må være en norm av differansen mellom referanseslepekabelen og den simulerte slepekabel langs den del av profilen som skal optimaliseres. Denne funksjonen kan for eksempel uttrykkes på de følgende forskjellige matematiske former:

iO og 1 er henholdsvis antallene av de første og siste avfyringspunkter på den bane som skal optimaliseres.

Flere metoder kan tenkes for å optimalisere denne funksjonen. Det følger en beskrivelse av en mulig løsningsmåte basert på å søke en optimal bane i en graf. I motsetning til uttrykket "bane" som betegner en rekke geografiske punkter som varierer over tid, blir uttrykket "vei" brukt til å betegne en spesiell vei gjennom optimaliseringsgrafen. Denne spesielle løsningsmetoden består i:

- innledningsvis å definere en tredimensjonal graf som har to dimensjoner som representerer geografiske koordinater og en tredje dimensjon som representerer tid mellom to påfølgende plan Y=Yn og Y=Yn+l; - å simulere variasjon av slepekabelen som en funksjon av alle veiene som kan tas av slepekabelhodet inne i grafen; og - å velge den bane (Xlifi, Yli(i, tii) for hvilken funksjonen H(Xli,i, tlj.) blir minimalisert.

Definisjon, av optimaJ. iseringsgra. fen

Vi begynner med å definere retningene tilknyttet grafens tre dimensjoner. Deretter betegner indeks "g" koordinatene og koordinataksene til optimaliseringsgrafen. De geografiske dimensjoner Xg og Yg for grafen er parallelle med og i samme retning som de tilsvarende akser X og Y som brukes i beskrivelsen. I optimaliseringsgrafen er således Yg parallell med den generelle retningen av banene som følges av skipet, og Xg er perpendikulær til denne. Tidsdimensjonen ATg er en tidsdifferanse for å gå fra et plan Yg=Ygnpå grafen til det deretter følgende plan Yg=Ygn+i.

Følgende notasjon blir også definert, tilknyttet det diskrete beskaffenheten av de tre aksene til

optimaliseringsgrafen:

- AXg og AYg er avstandene mellom to påfølgende plan for grafen i henholdsvis avstandene Xg og Yg. AXg er en optimaliseringsparameter som skal innføres av brukeren; - Atg er tidstrinnet mellom to påfølgende plan i grafen i retning ATg; og - NXg, NYg og NTg er antall punkter på grafen i de respektive retninger Xg, Yg og ATg. Følgende notasjon blir også definert vedrørende optimaliseringsparameterne som skal bestemmes av brukeren; - Vmin og Vmaks er minimums- og maksimumshastighetene for slepekabelens hode; - (pmaks er den maksimale differanse mellom kursen til slepekabelhodet og kursen til den ideelle retning for profilene; og - Xgmin, Xgmaks er minimums- og maksimumsgrensene for slepekabelhodet langs Xg-retningen.

Ved å bruke denne notasjonen gjelder følgende relasjoner:

Yg-aksen til grafen har som sitt første punkt Ygidet punkt som svarer til koordinaten Ycio,ived den del av profilen som skal optimaliseres, og som sitt siste punkt har punktet til koordinaten YgNyg slik at YgNyg<<>Yci,iog YgMYg + AYg > Ycifi.

Xg-aksen til grafen har som sitt første punkt Xgidet punkt hvor koordinaten Xgmin innføres av brukeren, og som sitt siste punkt det punkt for koordinaten XgNXg slik at XgNyg

< Xgmaks og XgNXg+AYg > Xgmaks.

Aksen ATg for grafen har som sine første og siste punkter punktene hvis respektive koordinater ATgiog ATgsxg er gitt av de ovennevnte relasjoner.

I tillegg gjelder følgende notasjon vedrørende projeksjonen av referanseslepekabelkoordinatene (Xci,k, Yci.k) på optimaliseringsgrafen: (Xcgig,)c, Ycgig,k) er koordinatene til de forskjellige punkter på referanseslepekabelen langs den profil som skal optimaliseres. Hodet til denne

"gitterreferanseslepekabelen" er innbefattet i planet Yg=Ygig. Det skal bemerkes at koordinaten Xcgig,ifor hodet til "gitterreferanseslepekabelen" nesten sikkert ikke er innbefattet i Xg-planet til optimaliseringsgrafen.

Projeksjonen av referansepunktene (XCi,k, YCj.,k) på optimaliseringsgrafen blir utført ved hjelp av linær interpolasjon basert på de to Yc-koordinatene for referanseslepekabelhodet til de skuddpunkter nummerert i og i+1 på hver side av et plan Ygig, dvs:

Eksempler på de funksjoner som skal minimaliseres, som uttrykt ovenfor ved hjelp av koordinater vedrørende skuddpunktnummer, blir uttrykt ved hjelp av indekser ixg og itg på optimaliseringsgitteret, på følgende måte:

Simulering av slepekabelvariasjon som en funksjon av de forskjellige mulig veier og valg av den optimale bane

De mulig veier inne i den ovenfor definerte optimaliseringsgraf har følgende begrensninger: Ylg-koordinaten til det første punkt eller de første

punkter på veien eller veiene er Ygi;

i anvendelsen for "baneoptimalisering i sann tid" er Xlg-koordinaten til det første banepunkt slik at dets ixg-indeks minimaliserer avstanden | Xlgi-Xcgi,i| ;

i "neste profil"~anvendelsen er det NXg-punktet for

gitteret Xg; og

ved å starte fra et punkt som har indeksene (ixgig,

itgig) i planet Ygig+i, er det mulig å komme frem til punkter som har indekser (ixgig+i, itgig+i) i planet Ygig+i, slik at: ixgig+i=min(NXg, ixgig+1) eller ixgig+i=ixgig eller ixgig+i=maks (1, ixgig-l) og itgig+i=niin (NTg, itgig+l) eller itgig+i=itgig eller

itgig+i=maks (1, itgig-l)

Grafen blir undersøkt på følgende måte:

- en vilkårlig "kostnad" (dvs. en verdi av funksjonen H som skal minimaliseres) lik null blir gitt til startpunktet eller startpunktene, dvs. H_total(ixgi, itga) =0; - alle baner som starter fra et plan Ygig og går til følgende plan Ygig+iblir simulert; for alle disse baner blir det beregnet en individuell kostnad, for eksempel uttrykt på følgende måte: H_uni (ixgig, itgig; ixgig+i,,

for hvert ankomstpunkt i planet Ygig+iblir den bane valgt for hvilken H_total (ixgig, itgig)+H_uni (ixgig, itgig; ixgig+i, itgig+i) er et minimum, og denne verdien

blir gitt til H_total (ixgig+1, itgig+i) ; og

når det siste planet YgNYg nåes, blir det ankomstpunkt valgt som har den minste verdi for H_total (ixgtiyg, itgNYg) •

Blant andre fordeler oppviser denne fremgangsmåten for undersøkelse av grafen følgende tre hovedfordeler: - siden antallet mulige veier er blitt gjort endelig og tellbart, blir en løsning funnet, og denne løsningen er den optimale vei; - ved å nå hvert nytt plan Ygig+ieliminerer fremgangsmåten et stort antall potensielle veier (ved anvendelse av det teorem ved hvilket "hver delbane i en optimal bane er optimal"), for derved å gjøre metoden lett å anvende ved bruk av foreliggende dataanordninger til beregning; og

søkingen etter den optimale bane blir utført sekvensielt, for derved å gjøre det mulig å stoppe beregningen til enhver tid og fremdeles oppnå en løsning som er en optimal løsning mellom planet Ygiog

planet Ygig der beregningen ble stoppet. Optimalisering av den neste profil som skal undersøkes av skipet

Dette utgjør den fjerde implementeringstype ifølge oppfinnelsen for operasjoner i en sone.

Under et oppdrag blir den neste profil som skal skytes,

bestemt i forhold til en av de profiler som allerede er blitt innsamlet og til hvilken den profil som skal skytes, vil være tilstøtende. Hovedformålet med denne annen hovedanvendelse av oppfinnelsen er å bestemme den neste profil og tidspunktet

for det første skudd fra lydkilden for profilen for å oppnå slepekabelavdrift som er så lik som mulig avdriften i den tilstøtende profil.

Fremgangsmåtene og beregningsmodulene som er beskrevet ovenfor for å tilveiebringe assistanse til navigasjon i sann tid, er også implementert i denne optimaliseringen. Likevel har anvendelse på middels sikt trekk som er spesielle for denne, siden:

- mer tid er tilgjengelig til å beregne den optimale bane (forutsigelsesperioden er nå i størrelsesorden en halv dag}; - siden perioden imidlertid er fjernere fra forutsigelsestidspunktet, er det større usikkerhet vedrørende strømmen; og - til slutt, i dette tilfellet, er systemet ikke fornøyd med bare å beregne en optimal banedel, men må beregne den optimale bane langs hele lengden av profilen for hver profil gitt av brukeren, og for hvert startøyeblikk for hvilket brukeren har definert minimums- og maksimumsgrensene for hver profil.

Som nevnt ovenfor, for å minimalisere utfyllinger, er det nødvendig at slepekabelavdrifter er parallelle ved passering gjennom den samme Y-ordinat på optimaliseringsgitteret på to tilstøtende profiler. Optimaliseringskriteriet er således å minimalisere det veide areal mellom slepekabelen i den tilstøtende profil som allerede er blitt utført og formen av slepekabelen forutsagt for den neste profil.

Fig. 11 illustrerer dette formålet. / / to tilstøtende profiler 121 og 122 hvor det kan sees at slepekablene ikke har den samme orientering ved passering gjennom den samme Y-ordinat; denne konfigurasjonen er ikke optimal og den genererer dekningshull.

I høyre del av figuren er slepekablene Sl og S2 parallelle for profilene 123 og 124, med profilen 124 optimalisert for å tilveiebringe en "beste tilpasning" til den tilstøtende profil 123 som allerede er blitt utført.

Et optimaliseringskriterium blir definert og er illustrert på fig. 12; det blir beregnet for hvert plan Y = en konstant i optimaliseringsgitteret og det er proporsjonalt med det veide areal mellom referanseslepekabelen og den simulerte slepekabel.

Summen av de individuelle arealer for alle skjæringspunktene mellom hodet av referanseslepekabelen og planene Y = en konstant av optimaliseringsgitteret for en profil som skal skytes, blir beregnet for evaluere optimaliseringsforholdet for en gitt forutsigelse.

For en gitt forutsagt profil er således en verdi tilgjengelig for et optimaliseringskriterium som gjør det mulig å forutsi kvaliteten av den dekning som bør tilknyttes profilen.

For hver profil gitt av brukeren og for hvert startøyeblikk for hvilket brukeren har definert et tidsvindu uttrykt ved minimums- og maksimumsgrenser, bestemmer programmet den optimale bane og utleder derfra det tilknyttede starttidspunkt og optimaliseringskriteriet.

Programmet gjør det mulig:

- å velge den tilstøtende neste kandidatprofil og profilendene hvis den neste profil ikke har de samme grenser i Y-retningen for skuddpunktet som de tilstøtende profiler; å velge "strømobjektet" med hvilket den forutsagte avdrift skal beregnes (i denne anvendelsen fra objekter av type 2 og 3); å definere et tidsvindu i hvilket det er mulig å begynne den neste profil (en anordning i delenheten 53 gjør det mulig å velge en eller flere fremtidige profiler og å beregne denne informasjonen); og - å mate inn generelle parametere og parametere vedrørende konfigurering av beregningen.

Programmet fremviser sine resultater og lagrer dem i et lager. For hver fåreslått profil og for hvert tidspunkt for det første skudd, vil lagringen omfatte: - verdien av optimaliseringskriteriet som er beskrevet under henvisning til fig. 12; - den optimale dato og det optimale tidspunkt for det første skuddpunkt;

den optimale hastighet og posisjon for skipet ved det

første skuddpunkt; og

- antall skuddpunkter som optimaliseringen gjelder, sammenlignet med antallet skuddpunkter i den neste profil.

Fig. 13 viser utseendet av de fremviste resultater av variasjon i det optimale kriterium som en funksjon av tid for tre profiler 141, 142 og 143.

Brukeren har også mulighet:

til å velge et sett (profil; starttid) og å fremvise dets karakteristikker (verdien av kriteriet; posisjon og hastighet ved det første skuddpunkt; antall skuddpunkter anvendt, ...) ; og - til å velge et sett (profil; starttid) og så lagre den teoretiske profil sammen med dens avdrift for

fremvisning på dekninsdiagrammet.

Langsiktig anvendelse

Det system som er beskrevet ovenfor kan realiseres som nevnt i sann tidsanvendelsene eller anvendelsene på middels sikt for å tilveiebringe assistanse ved navigasjon av et skip. Det kan også implementeres i en tredje anvendelse av oppfinnelsen til å utføre en annen fremgangsmåte med det formål å forutsi ytelse uttrykt ved dekning i forbindelse med et gitt bingegitter før en planlagt innsamlingsoperasjon foretas.

For denne type anvendelse vedrører de anvendte strømdata langsiktige komponenter ved strømmen, dvs. tidevannsstrømmen og generelle strømmer; i alle fall blir de ustabile komponenter av strømmen, dvs. komponenter hvis fysiske kjennetegn varierer på kort sikt (vanligvis værstrømmen som spesielt er et resultat av vekselvirkning med vinden) ekskludert fra denne langsiktige anvendelse.

Ideen er her å evaluere på forhånd ytelsen uttrykt ved dekning tilknyttet en gitt sone (dvs. å evaluere verdier av underdekning og overdekning).

For å utføre slik evaluering kan følgende gjøres tilgjengelig: - en ideell innsamlingsretning; - et sett med ideelle rettlinjede profiler; - geometriske og mekaniske karakteristikker for innsamlingsanordningen; og - eventuelt den periode som det foreslås å utføre datainnsamlingen.

Relevante strømmålingsdata er også tilgjengelige (tidevannsstrøm og generelle strømmer for sonen). I den absolutte, og ved fravær av noen spesifisert

innsamlingsperiode, omfatter de målte strømdata bare de ovennevnte langsiktige komponenter av strømmen.

Når en innsamlingsperiode er spesifisert, kan andre strømkomponenter som varierer på middels lang sikt, taes i betraktning hvis tidsintervallet mellom evalueringsøyeblikket og begynnelsen av innsamlingsperioden er kort.

Som nevnt ovenfor er det således mulig å evaluere ytelse uttrykt ved dekning for et sett med gitte ideelle profiler ved å beregne det optimaliseringskriterium som er beskrevet under henvisning til fig. 12 for nevnte sett med profiler.

I en variant av denne fremgangsmåten er det også mulig å bruke som inngangsdata, den generelle orientering Y av de profiler som skal skytes, sammen med målte strømdata for sonen, og på grunnlag av en første rettlinjet, ideell profil å implementere en simulering som reproduserer de beregningstrinn som er beskrevet under henvisning til fremskaffelse av assistanse til navigasjon i sann tid, for å bestemme et sett med veier som tar hensyn til den gjennomsnittlig målte strøm i sonen og som svarer til en optimalisert dekningsandel.

Claims (27)

1. Fremgangsmåte for å simulere posisjonen til en slepekable som taues av et skip (10) under en operasjon for innsamling av geofysiske data til sjøs, hvor innsamlingsoperasjonen gjør bruk av skudd fra minst en lydkilde (Sa) i et område som skal undersøkes,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: - å bestemme en representasjon av variasjoner i havstrømmen over tid i den sonen som skal undersøkes, fra primære strømverdier som er målt og/eller forutsagt; - å forutsi en deformasjon av slepekabelen fra nevnte representasjon av variasjoner i havstrømmen over tid og en hydrodynamisk modell av vekselvirkningen mellom havstrømmen, skipets vei og slepekabelen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat bestemmelsen av representasjonen av variasjonene i havstrømmen over tid i området som skal undersøkes, omfatter: å motta primære strømverdier som er målt og/eller forutsagt; å definere vektorfelter eller "strømobjekter" for respektive typer som svarer til forskjellige representasjoner av strømmen og bygd opp fra de primære strømverdier; og å velge et "strømobjekt" som en funksjon av den tilsiktede anvendelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat valg av "strømobjekt" tar hensyn til nærhet i tid mellom det øyeblikk for hvilket forutsigelsen er gjort og det øyeblikk ved hvilket forutsigelsen blir utført.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat valg av "strømobjekt" tar hensyn til korrelasjon mellom tidligere "strømobjekt"-forutsigelser og målinger av strøm ved de tidspunkter da de tidligere forutsigelser ble gjort.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2 til 4,karakterisert vedat koordinatene til minst noen "strømobjekter" omfatter verdier målt på stedet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2 til 5,karakterisert vedat koordinatene til minst noen "strømobjekter" omfatter ekstrapolerte verdier som kan forutsi en strøm.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat noen "strømobjekter" blir beregnet ved å bruke et prediktorfilter som gjør det mulig å ekstrapolere en rekke strømdata fra målinger av strøm foretatt i innsamlingssonen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat de definerte typer "strømobjekt" omfatter følgende typer:

1) total strøm målt ved hjelp av et strømningsmeter;

2) tidevannsstrøm utledet fra meteorologiske bulletiner, eller utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse;

3) summen av en tidevannsstrøm pluss en reststrøm, hvor tidevannsstrømmen er utledet fra meteorologiske bulletiner eller er utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse, og hvor reststrømmen er tatt fra meteorologiske bulletiner;

4) en ekstrapolering fra total strøm målt ved hjelp av et strømningsmeter;

5) summen av en tidevannsstrøm og en beregnet reststrøm, hvor den totale strøm er tatt fra meteorologiske bulletiner eller er utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse, og hvor reststrømmen er fremskaffet ved å subtrahere tidevannsstrømmen fra den strøm som er målt i innsamlingssonen;

6) en historie over tidligere ekstrapoleringer av den totale strøm målt ved hjelp av et strømningsmeter; og

7) summen av en tidevannsstrøm og en historie over tidligere ekstrapoleringer av en rekke verdier utgjort av den totale strøm målt ved hjelp av et strømningsmeter, hvorfra en tidevannsstrøm er blitt subtrahert, idet tidevannsstrømmen er tatt fra meteorologiske bulletiner eller er utledet fra målinger av strøm ved hjelp av harmonisk analyse.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat under beregning av "strømobjekter" av typene 4, 5, 6 eller 7, blir de behandlede datarekker betraktet som en annen ordens, ikke-sentrert, stabil tilfeldig prosess.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9,karakterisert vedat under beregning av verdier for et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7, blir vekter gitt til målingene av dataseriene for ekstrapolering, idet vektene er omvendt proporsjonale med deres alder, med det formål å foregripe plutselige endringer som skyldes reststrømmen.

11. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 8 til 10,karakterisert vedat under beregning av en spesiell verdi av et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7, blir en variansfunksjon for differansen mellom den forutsagte verdi og den nøyaktige verdi av strømmen eller reststrømmen ved det tidspunkt da forutsigelsen ble beregnet, minimalisert, hvor variansfunksjonen har formen

12. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 8 til 10,karakterisert vedat under beregning av en spesiell av et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7, blir det beregnet en autokorrelasjonsfunksjon for strøm- eller reststrømdatarekkene, og så blir et lineært system med ligninger satt opp og løst.

13. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav,karakterisert vedat under beregning av en spesiell verdi av et "strømobjekt" av type 4, 5, 6 eller 7, blir det linære system som skal løses, betinget ved å implementere en avtagende metode, fortrinnsvis den konjugerte gradientmetode.

14. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 7 til 13,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter den mulighet å beregne ekstrapolerte verdier for en rekke målte strømverdier hvorfra en tidevannsstrøm på forhånd er blitt subtrahert, for å beregne en ekstrapolert reststrøm, og så å addere tidevannsstrømmen som svarer til det tidspunkt for hvilket ekstrapoleringen er blitt gjort, til den ekstrapolerte reststrøm.

15. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 6 til 14,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å estimere ytelsen av forskjellige strømforutsigelser ved å sammenligne med en måling av strøm utført ved det tidspunkt som svarer til tidspunktet for forutsigelsene.

16. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 6 til 15,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å estimere ytelsen til et "strømobjekt" utledet fra forutsigelser og/eller målinger av strøm ved sammenligning av den målte slepekabelposisjon og den simulerte slepekabelposisjon, idet simuleringen tar hensyn til det "strømobjekt" hvis ytelse skal estimeres.

17. Fremgangsmåte ifølge de foregående krav,karakterisert vedat ytelsen til "strømobjektet" blir beskrevet med kriterier som omfatter middelverdien av absoluttverdien til differansen mellom måling og simulering av slepekabelposisjon og/eller differansen mellom forutsagte og målte slepekabelposisjoner under den verdi for hvilken 90% av prediksjonspunktene skal finnes.

18. Fremgangsmåte for å hjelpe til med navigasjon av et skip som sleper minst en slepekabel, for å redusere soner med underdekning og/eller overdekning generert under en geofysisk datainnsamlingsoperasjon til sjøs, under hvilken skipet forflytter seg langs et antall linjer (Li, Li+1, Li+2) som strekker seg i en generell Y-retning og definerer en abscisse, og danner en gruppe som dekker en ønsket sone,karakterisert vedat den implementerer en fremgangsmåte for å simulere slepekabelposisjon i henhold til et av de foregående krav.

19. Fremgangsmåte for navigasjon ifølge foregående krav, hvor skipet allerede har forflyttet seg langs en av linjene i gruppen, karakterisert vedå bestemme settet med (skipsposisjon; tidspunkt)-par ved jevne mellomrom i rommet for å definere en bane langs hvilken orienteringen av slepekabelen (9210) ved en gitt abscisse langs den generelle orientering av linjene til gruppen er nærmest mulig orienteringen av en tilknyttet slepekabel (9200) under en tidligere passering av skipet langs en tilstøtende linje.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18 eller 19,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å velge et "strømobjekt" av passende type; å definere optimaliseringsparametere; å beregne posisjonen til en "referanseslepekabel" fra data vedrørende slepekabelposisjonen til den tilstøtende profil og optimaliseringsparameterne; å ta hensyn til skipets hastighets- og retningsdata og posisjonsdataene for slepekabelen ved det tidspunkt da optimaliseringsberegningen påbegynnes; å lage et tredimensjonalt optimaliseringsgitter med en første dimensjon (Y) parallell med den generelle retning, en annen retning (X) som er perpendikulær til den generelle retning og innbefattet i horisontalplanet, og den tredje dimensjon (DT) som representerer mulig tidsinkrementer mellom to noder adskilt med en gittercelle i den generelle retning (Y) ; å simulere variasjoner i posisjonen til slepekabelen som taues av et skip som følger alle de baner som er definert av nodene i optimaliseringsgitteret; å beregne, for alle de mulige baner, en norm for differansen mellom simulert slepekabelposisjon og posisjonen til referanseslepekabelen; og å beregne en optimal bane for hvilken den tilknyttede norm er ved et minimum.

21. Fremgangsmåte ifølge foregående krav,karakterisert vedat optimaliseringstrinnet omfatter å minimalisere en norm for differansen mellom referanseslepekabelposisjonen og den simulerte slepekabelposisjon.

22. Fremgangsmåte ifølge foregående krav,karakterisert vedat den normal som skal minimaliseres, har formen: XI er en rekke med J påfølgende verdier for posisjonen av slepekabelhodet langs horisontalretningen til optimaliseringsgitteret perpendikulært til den generelle retning; 6tl er en rekke med J påfølgende verdier for varigheten som slepekabelhodet bruker til å passere fra en node i optimaliseringsgitteret med koordinater (Xil, Yj, 5tkl) til en node med koordinater (Xi2, Yj+1, 6tk2); J er antallet noder i gitteret i den generelle retning (Y); K er antallet krumlinjede abscissepunkter langs den diskretiserte slepekabel; Xrefereiice(^f j) er posisjonen langs X-aksen av punktet "k" på "referanseslepekabelen" når dennes hode er ved det j. plan i optimaliseringsgitteret langs Y-aksen; Xpredicted(j) er posisjonen langs X-aksen av punktet "k" for den simulerte slepekabel når dennes hode er ved det j. plan i optimaliseringsgitteret langs Y-aksen; og f(k) er en veiefunksjon anvendt på differansen mellom den simulerte slepekabel og referanseslepekabelen.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat fremgangsmåten implementerer et optimaliseringskriterium for differansen mellom de målte og forutsagte slepekabelposisjonsdata.

24. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 19 til 23,karakterisert vedat trinnet for optimalisering av sonedekning blir utført i sann tid for å forsyne skipet med en rekke (tidsøyeblikk; skipsposisjon; skipshastighet)-tripletter å følge for å optimalisere skipets vei langs en linje som skipet undersøker.

25. Anvendelse av fremgangsmåten for å hjelpe til med navigasjon i henhold til noen av kravene 19 til 23, til å bestemme en vei og en starttid tilknyttet en fremtidig linje som skal undersøkes av skipet, og til også å bestemme den beste fremtidige linje å undersøke.

26. Anvendelse ifølge foregående krav,karakterisert vedat et linjestarttidspunkt blir søkt fra et gitt tidsvindu som svarer til minimalisering av underdekning og overdekning.

27. Fremgangsmåte for å forutsi dekningsandelen i forbindelse med en operasjon for innsamling av geofysiske data som skal utføres til sjøs over en gitt sone, hvor fremgangsmåten er karakterisert vedat den implementerer simulering av banen til et skip, innbefattende en fremgangsmåte for å hjelpe til med navigasjon i henhold til noen av kravene 18 til 23.