NO336085B1

NO336085B1 - Method and system for obtaining information about marine animals in the surroundings of a streamer cable towed in the sea

Info

Publication number: NO336085B1
Application number: NO20131731A
Authority: NO
Inventors: Per Christian Berntsen; Gard Flemming Ueland
Original assignee: Kongsberg Seatex As
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-05-11
Also published as: NO20131731A1

Abstract

Fremgangsmåte og system for å fremskaffe informasjon om sjødyr og deres posisjon i omgivelsene til en instrumentert tauet kabel i vann, hvor minst en lydenhet (30) omfattende minst en lydsensor eller hydrofon (31) innrettet i minst en av styringsinnretningenes vinger (22) innhenter lydsignaler fra sjødyr. Lydenheten (30) kan også benyttes til varsling til sjødyr ved hjelp av lydsignaler.Method and system for obtaining information about sea animals and their position in the surroundings of an instrumented towed cable in water, where at least one sound unit (30) comprising at least one sound sensor or hydrophone (31) arranged in at least one of the control device's wings (22) acquires sound signals from marine animals. The sound unit (30) can also be used to warn marine animals by means of sound signals.

Description

Fremgangsmåte og system for fremskaffelse av informasjon om sjødyr i omgivelsene til en instrumentert tauet kabel i vann Method and system for obtaining information about marine animals in the vicinity of an instrumented towed cable in water

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for fremskaffelse av informasjon om sjødyr i omgivelsene til en instrumentert tauet kabel i vann, i samsvar med innledningen til patentkrav 1. The present invention relates to a method for obtaining information about marine animals in the surroundings of an instrumented towed cable in water, in accordance with the introduction to patent claim 1.

Videre gjelder den foreliggende oppfinnelsen et system for fremskaffelse av informasjon om sjødyr i omgivelsene til en instrumentert tauet kabel i vann, i samsvar med innledningen til patentkrav 8. Furthermore, the present invention relates to a system for obtaining information about marine animals in the surroundings of an instrumented towed cable in water, in accordance with the introduction to patent claim 8.

Bakgrunn Background

En seismisk instrumentert kabel (streamer) er en langstrakt kabelliknende struktur (ofte opptil flere tusen meter lang), som omfatter et array av hydrofoner og assosiert med elektrisk utstyr langs dens lengde, og som brukes i marin seismisk kartlegging. For å utføre en 3D/4D seismisk kartlegging trekkes et flertall slike instrumenterte kabler bak et kartleggingsfartøy. Akustiske signaler produseres ved at de seismiske kildene er rettet ned gjennom vannet og inn i havbunnen under, hvor de reflekteres av de ulike lagene. De reflekterte signalene mottas av hydrofonkablene og blir så digitalisert og behandlet for å danne en representasjon av lagene i området som kartlegges. A seismic instrumented cable (streamer) is an elongated cable-like structure (often up to several thousand meters long), comprising an array of hydrophones and associated electrical equipment along its length, and used in marine seismic mapping. To carry out a 3D/4D seismic survey, a majority of such instrumented cables are pulled behind a survey vessel. Acoustic signals are produced by the seismic sources being directed down through the water and into the seabed below, where they are reflected by the various layers. The reflected signals are received by the hydrophone cables and are then digitized and processed to form a representation of the layers in the area being mapped.

De instrumenterte kablene er typisk trukket med en konstant dybde på omtrent fem og femten meter, for å fremme fjerning av uønskede "falske" refleksjoner fra overflaten av vannet. For å holde de instrumenterte kablene ved en konstant dybde, er styringsinnretninger kjent som "bird" festet til hver instrumentert kabel med intervaller på 200 til 300 meter. The instrumented cables are typically laid at a constant depth of approximately five and fifteen meters, to promote the removal of unwanted "false" reflections from the surface of the water. To keep the instrumented cables at a constant depth, guidance devices known as "birds" are attached to each instrumented cable at intervals of 200 to 300 meters.

Små variasjoner i dybde og sideveis bevegelse er unngåelig. Hovedårsaken til variasjoner i dybden er lange periodiske bølger og endringer i salinitet og dermed oppdrift langs kabelen. Generelt er den mest kritiske sitasjonen når det trekkes i den samme retningen som dønningene. Small variations in depth and lateral movement are avoidable. The main reason for variations in depth are long periodic waves and changes in salinity and thus buoyancy along the cable. Generally, the most critical citation is when pulling in the same direction as the swells.

Små variasjoner i dybde og sideveis bevegelse er uunngåelig. Hovedårsaken til variasjoner i dybden er lange periodiske bølger og endringer i salinitet og temperatur og dermed oppdrift langs kabelen. Varierende temperatur gir varierende oppdrift og kan dermed påvirke styringsinnretningens dybde. Videre vil variasjoner i temperatur føre til variasjoner i utbredelses-hastigheten for de akustiske signalene og dermed påvirke den akustiske avstandsbestemmelsen. Variasjonen for forplantningshastigheten for akustiske bølger i sjøvann ligger på ca. 4 m/s pr. grad celsius. Small variations in depth and lateral movement are unavoidable. The main reason for variations in depth are long periodic waves and changes in salinity and temperature and thus buoyancy along the cable. Varying temperature causes varying buoyancy and can thus affect the steering device's depth. Furthermore, variations in temperature will lead to variations in the propagation speed of the acoustic signals and thus affect the acoustic distance determination. The variation for the propagation speed of acoustic waves in seawater is approx. 4 m/s per degrees Celsius.

Generelt er den mest kritiske situasjonen når det trekkes i den samme retningen som dønningene. Sideveis bevegelse av instrumenterte kabler er hovedsakelig forårsaket av havstrømningskomponenter vinkelrett på trekkretningen. Relativt store avvik kan også forekomme i områder med brakkvann der elveløp med ferskvann flyter ut i sjøen noe som kan gi lagdeling av vannmasser med forskjellig tetthet. I tilfeller med både dønninger og sidestrømpåvirkning er det økt fare for at de instrumenterte kablene vikler seg inn i hverandre. In general, the most critical situation is when pulling in the same direction as the swells. Lateral movement of instrumented cables is mainly caused by ocean current components perpendicular to the pulling direction. Relatively large deviations can also occur in areas with brackish water where rivers with fresh water flow into the sea, which can cause stratification of water bodies with different densities. In cases with both swells and side currents, there is an increased risk of the instrumented cables entangling each other.

Kabelstrekket avtar proporsjonalt med avstanden fra trekkpunktet. Derfor vil små variasjoner i sideveis bevegelse og vertikal bevegelse tendere til å ha større amplituder nær halen av de instrumenterte kablene. Imidlertid vil ikke kreftene som virker vinkelrett på den instrumenterte kabelen fordeles uniformt over kabelens lengde og de vil endres over tid ettersom det trukne arrayet beveges fremover. The cable length decreases proportionally with the distance from the pull point. Therefore, small variations in lateral movement and vertical movement will tend to have larger amplitudes near the tail of the instrumented cables. However, the forces acting perpendicular to the instrumented cable will not be uniformly distributed over the length of the cable and they will change over time as the towed array is moved forward.

Under en seismisk kartlegging er de instrumenterte kablene tiltenkt å opprettholdes i en rett linje, parallell til hverandre, likt adskilt og på samme dybde. Imidlertid, etter utsetting av de instrumenterte kablene, må vanligvis fartøyet kjøre i en rett linje i minst tre kabellengder før kabelfordelingen er tilstrekkelig nært det ideelle oppsettet og kartlegging kan starte. Detteøker tiden det tar å utføre en kartlegging og derforøkes kostnadene ved kartleggingen. Imidlertid, pga. havstrømninger feiler de instrumenterte kablene i akkurat å følge banen til det seismiske kartleggingsfartøyet og noen ganger avviker fra denne banen med en vinkel, kjent som "feathering angle". Dette kan negativt påvirke dekningen av kartleggingen, hvilket ofte krever at deler av kartleggingen må repeteres. Ved veldig uheldige omstendigheter kan de instrumenterte kablene vikles inn i hverandre, spesielt ved enden av de instrumenterte kablene, som kan medføre betydelig skade og betydelig finansielt tap. During a seismic survey, the instrumented cables are intended to be maintained in a straight line, parallel to each other, equally spaced and at the same depth. However, after deploying the instrumented cables, the vessel usually needs to run in a straight line for at least three cable lengths before the cable distribution is sufficiently close to the ideal layout and surveying can begin. This increases the time it takes to carry out a survey and therefore increases the costs of the survey. However, due to ocean currents cause the instrumented cables to fail to exactly follow the path of the seismic survey vessel and sometimes deviate from this path by an angle known as the "feathering angle". This can negatively affect the coverage of the mapping, which often requires parts of the mapping to be repeated. In very unfortunate circumstances, the instrumented cables can become entangled with each other, especially at the end of the instrumented cables, which can cause significant damage and significant financial loss.

Den foreliggende oppfinnelsen er spesielt rettet mot styringsinnretninger med en hovedkropp og dertil innrettet avtakbare vinger, og da spesielt mot styringsinnretninger med såkalte "smartvinger" hvor elektronikk, styringsenhet, sensorer og batteri er innrettet i avtakbare vinger. Slike styringsinnretninger er blant annet kjent fra NO 20080145 ( Rinnan m. fl.), NO 20083830 ( Rinnan m. fl.) og NO 20092575 ( Rinnan m. fl.), alle i søkerens navn. I NO 20083830 beskrives det også at styringsinnretningen er forsynt med trådløs og kontaktløs kommunikasjon som muliggjør kommunikasjon med en ekstern enhet for kalibrering og diagnostikk, eksempelvis på akterdekket til et fartøy. The present invention is particularly aimed at control devices with a main body and removable wings arranged thereto, and then especially at control devices with so-called "smart wings" where electronics, control unit, sensors and battery are arranged in removable wings. Such control devices are, among other things, known from NO 20080145 (Rinnan et al.), NO 20083830 (Rinnan et al.) and NO 20092575 (Rinnan et al.), all in the name of the applicant. In NO 20083830 it is also described that the control device is provided with wireless and contactless communication which enables communication with an external unit for calibration and diagnostics, for example on the stern deck of a vessel.

Typiske sensorer i hovedkropp eller vinge for en slik styringsinnretning vil være akselerometer, rategyro, magnetkompass, dybdesensor (trykksensor), halleffektsensor, samt kan ha sensorer for temperatur, salinitet, m.fl. Typical sensors in the main body or wing for such a control device will be accelerometer, rate gyro, magnetic compass, depth sensor (pressure sensor), hall effect sensor, and may have sensors for temperature, salinity, etc.

I tillegg kan styri ngsi nn retningene være forsynt med andre anordninger som GNSS-enheter (GNSS-Globalt navigasjonssatellittsystem), akustiske kommunikasjonsmidler, radiokommunikasjonsmidler og lignende. In addition, the steering of the directions can be provided with other devices such as GNSS units (GNSS-Global Navigation Satellite System), acoustic communication means, radio communication means and the like.

Det skal også vises til at det finnes styringsinnretninger som omfatter avtakbare vinger, men hvor det ikke er anordnet elektronikk eller sensorer i de avtakbare vingene, så som f.eks. US 6,671,223 B2 ( Bittleston, Simon Hastings) og NO 20063182 ( Rinnan m. fl.). It must also be shown that there are control devices that include removable wings, but where no electronics or sensors are arranged in the removable wings, such as e.g. US 6,671,223 B2 (Bittleston, Simon Hastings) and NO 20063182 (Rinnan et al.).

Sjødyr, og spesielt hval, er følsomme for lydinntrykk og kan lett påvirkes av de kraftige lydbølgene som oppstår i vannmassene ved skyting av seismikk. Ved seismiske undersøkelser benyttes seismiske lydkilder (akustiske kanoner ("guns")) som sender kraftige akustiske signaler ned i grunnen slik at man kan identifisere undergrunnens oppbygning ved å studere refleksjonen av akustiske bølger fra ulike geologiske lag. De kraftige seismiske lydkildene setter opp trykk og lydbølger i havet som kan påvirke dyreliv i en stor omkrets rundt lydkilden. Det er innført restriksjoner med hensyn til bruk av slike lydkilder for å unngå at dyrelivet, og spesielt hval, skal ta skade av lydbølgene. Sea animals, and especially whales, are sensitive to sound impressions and can easily be affected by the powerful sound waves that occur in the water masses when seismic is fired. Seismic surveys use seismic sound sources (acoustic guns ("guns")) which send powerful acoustic signals down into the ground so that the structure of the subsoil can be identified by studying the reflection of acoustic waves from different geological layers. The powerful seismic sound sources set up pressure and sound waves in the sea that can affect wildlife in a large area around the sound source. Restrictions have been introduced with regard to the use of such sound sources to prevent animal life, and especially whales, from being harmed by the sound waves.

Det er kjent at hval og andre sjødyr kommuniserer ved hjelp av lyd eller akustiske bølger. Kommunikasjon mellom hval er spesielt kompleks og består av lange sekvenser av lavfrekvente lyder, høye skrik og klikkelyder. Disse signalene kombineres ofte i lange sanger som kan vare i mer enn en halv time. Sangene repeteres ofte om og om igjen og er sannsynligvis virkemidler i reproduksjonsprosessen. Videre kan disse lydene være signaler om avgrensing av revir og kan gi indikasjon på avstand til andre hvalers revir. Det har også blitt hevdet at seismiske undersøkelser kan forstyrre vital atferd hos delfiner og det kan skade pust, evnen til næringsopptak, parings-evnen og kommunikasjonsevnen. Lydmiljøet i havet er på grunn av dette meget viktig for sjødyrenes totale miljø, og ved stor grad av lydforurensing, som for eksempel fra seismiske undersøkelser, kan dyrene bli utsatt for meget negative og uheldige påkjenninger. It is known that whales and other marine animals communicate using sound or acoustic waves. Communication between whales is particularly complex and consists of long sequences of low-frequency sounds, high-pitched screams and clicking sounds. These signals are often combined into long songs that can last more than half an hour. The songs are often repeated over and over and are probably tools in the reproduction process. Furthermore, these sounds can be signals about the demarcation of territories and can give an indication of the distance to other whales' territories. It has also been claimed that seismic surveys can disrupt the vital behavior of dolphins and it can damage breathing, the ability to absorb nutrients, the ability to mate and the ability to communicate. The sound environment in the sea is therefore very important for the marine animals' overall environment, and in the case of a large degree of sound pollution, such as from seismic surveys, the animals can be exposed to very negative and unfortunate stresses.

Lyd beveger seg med en hastighet på ca. 1500 m/s i vann og påvirkes av temperatur, salinitet og lagdeling i vannmassene. Siden dempningen av lydbølgene i vann er relativt lav, vil lydinntrykkene spre seg over et stort område, typisk mange titalls kilometer fra lydkilden. Sound travels at a speed of approx. 1500 m/s in water and is affected by temperature, salinity and stratification in the water masses. Since the attenuation of the sound waves in water is relatively low, the sound impressions will spread over a large area, typically many tens of kilometers from the sound source.

For å unngå å forstyrre dyrelivet i havet er seismikkfartøy pålagt å holde vakt over mulige forekomster av sjødyr, spesielt hval, i operasjonsområdet. En egen offiser ("Maritime Mammal Officer - MMO ") har vanligvis ansvaret for å følge med på dette. Hvis hval observeres må undersøkelsene avbrytes og man må vente inntil hvalene er på trygg avstand fra operasjonsområdet før operasjonen kan fortsette. In order to avoid disturbing wildlife in the sea, seismic vessels are required to keep watch over possible occurrences of sea animals, especially whales, in the operational area. A separate officer ("Maritime Mammal Officer - MMO") is usually responsible for monitoring this. If whales are observed, the surveys must be interrupted and one must wait until the whales are at a safe distance from the operation area before the operation can continue.

Avbrutte seismiske undersøkelser på grunn av hval er en kostbar hendelse for operatørene. Kostnaden ved å avbryte og starte opp igjen seismiske undersøkelser er store. Kostnadene for drift er også store, så avbrudd eller utsettelse av operasjon på grunn av hval i området kan bli en meget kostbar affære. Interruption of seismic surveys due to whales is a costly event for the operators. The cost of interrupting and restarting seismic surveys is high. The costs of operation are also high, so interruption or postponement of operations due to whales in the area can be a very expensive affair.

I praksis er MMO avhengig av visuell observasjon for å kunne detektere hval eller andre sjødyr. I og med at man er avhengig av visuell observasjon er man avhengig av at sjødyrene befinner seg ved overflaten og at det er god sikt. I dårlig vær, i regn og tåke og om natten vil det være vanskelig å observere forekomsten av sjødyr med tilstrekkelig sikkerhet. In practice, MMO relies on visual observation to be able to detect whales or other marine animals. As you are dependent on visual observation, you are dependent on the sea animals being at the surface and that there is good visibility. In bad weather, in rain and fog and at night, it will be difficult to observe the occurrence of marine animals with sufficient certainty.

Det er følgelig et behov for å tilveiebringe systemer og fremgangsmåter som kan gi sikker varsling om hval og annet dyreliv i god tid og på god avstand fra de aktuelle forekomstene uten å være avhengig av visuell observasjon. Consequently, there is a need to provide systems and methods that can provide reliable notification of whales and other wildlife in good time and at a good distance from the relevant occurrences without being dependent on visual observation.

Gjenkjenning av lyd og spesielt lyd fra hvaler og andre sjødyr er kjent og beskrevet i litteraturen. Dokumenter fra en konferanse i Hyeres, French Riviera i 2008 -" New trends for Environmental Monitoring Using Passive systems" - beskriver en metode for gjenkjenning av hvalartene Balaentoptera physalus og Eubalaena glacialis basert på opptak av lydsignaturer i normal bakgrunnsstøy. Løsningen bygger på en flertrinns hypotesetesting som kan gi en deteksjons-sannsynlighet i størrelsesorden 80 %. (IEEE ISBN: 978-1-4244-2815-1). Recognition of sound and especially sound from whales and other sea animals is known and described in the literature. Documents from a conference in Hyeres, French Riviera in 2008 - "New trends for Environmental Monitoring Using Passive systems" - describe a method for the recognition of the whale species Balaentoptera physalus and Eubalaena glacialis based on the recording of sound signatures in normal background noise. The solution is based on a multi-step hypothesis test that can give a detection probability of around 80%. (IEEE ISBN: 978-1-4244-2815-1).

I tidsskriftet Journal ofAcoustics beskriver David K. Mellinger og Christopher W. Clark en metode for hvaldeteksjon basert på korrelasjonsanalyse av spektrogram av hvallyder. Metoden er oppgitt til å gi en treffprosent på over 97 % og egner seg spesielt godt i det tilfelle at en har et relativt lite antall referansesignaturer. (Recognizing transient low-frequency whale sounds by spectrogram correlation (J. Acoust. Soc. Am. 107 (6), juni 2000, side 3518). In the journal Journal of Acoustics, David K. Mellinger and Christopher W. Clark describe a method for whale detection based on correlation analysis of spectrograms of whale sounds. The method is stated to give a hit percentage of over 97% and is particularly suitable in the event that you have a relatively small number of reference signatures. (Recognizing transient low-frequency whale sounds by spectrogram correlation (J. Acoust. Soc. Am. 107 (6), June 2000, page 3518).

Signaturanalyse og deteksjon av hval er også beskrevet i Recognizing North Atlantic whale up-calls using Gaussian Mixture Model and Hidden Markov Models, av Stine Back Larsen and Morten Albeck Nielsen, Department of Computer Science Aalborg University. Dette dokumentet beskriver analyse av en undergruppe av hvalens lyder med tanke på identifisering og kartlegging av posisjon for å unngå kollisjon med fartøyer. Signature analysis and detection of whales is also described in Recognizing North Atlantic whale up-calls using Gaussian Mixture Model and Hidden Markov Models, by Stine Back Larsen and Morten Albeck Nielsen, Department of Computer Science Aalborg University. This document describes the analysis of a subset of the whale's sounds with a view to identification and mapping of position to avoid collision with vessels.

En metode for automatisk deteksjon av hval basert på termografi og skanning av havoverflaten er beskrevet i US 20130070079 (ZITTERBART DANIEL PARANHOS m. fl.) med tittelen Methodfor automated real- time acquisition of marine mammals. Patentpublikasjonen beskriver bruk av infra-røde kamera som er følsomme for varmeutstråling fra dyrene og som kan benyttes både dag og natt. Bildene analyseres automatisk i forhold til varmeutstråling og variasjon i etterfølgende eksponeringer. Ulempen med denne metoden er at sjødyrene må være over vannet og at dårlige værforhold med regn og tåke vil redusere dekningsområdet for kameraene. A method for automatic detection of whales based on thermography and scanning of the sea surface is described in US 20130070079 (ZITTERBART DANIEL PARANHOS et al.) with the title Method for automated real-time acquisition of marine mammals. The patent publication describes the use of infrared cameras which are sensitive to heat radiation from the animals and which can be used both day and night. The images are analyzed automatically in relation to heat radiation and variation in subsequent exposures. The disadvantage of this method is that the sea animals must be above the water and that bad weather conditions with rain and fog will reduce the coverage area for the cameras.

Lyd og talegjenkjenning er blant annet beskrevet i litteraturen og i US 20030101053 Al ( WASHIO NOBUYUKI) med tittelen Sound signal recognition system and sound signal recognition method, and dialog control system and dialog control method using sound signal recognition system. Patentpublikasjonen beskriver et system for gjenkjenning avtale og DTMF-toner ("Dual tone multi frequency") med lavfrekvent signalinngang og sammenligning av ukjente og kjente signaturer som ligger i en database. Sammenligningen tar som forutsetning at lydene er stemmer og at det tales et språk med ord som ligger i en ord-database. Stemmegjenkjenningen bygger på karakteristiske trekk i språket og ordene som benyttes og egner seg ikke for bruk mot andre typer lyder eller signaler. Sound and speech recognition are, among other things, described in the literature and in US 20030101053 Al (WASHIO NOBUYUKI) with the title Sound signal recognition system and sound signal recognition method, and dialog control system and dialog control method using sound signal recognition system. The patent publication describes a system for recognizing agreements and DTMF tones ("Dual tone multi frequency") with low-frequency signal input and comparison of unknown and known signatures located in a database. The comparison assumes that the sounds are voices and that a language is spoken with words that are in a word database. The voice recognition is based on characteristic features of the language and the words used and is not suitable for use against other types of sounds or signals.

Med andre ord vil ingen av disse publikasjonene være i stand til å gi sikker varsling av hval og annet dyreliv i god tid og på god avstand fra de aktuelle forekomstene uten å være avhengig av visuell observasjon, for på denne måten å bidra til å unngå kollisjon med sjødyr og sikre at operasjonen foregår i tilstrekkelig stor avstand fra disse. In other words, none of these publications will be able to provide reliable warning of whales and other wildlife in good time and at a good distance from the relevant occurrences without relying on visual observation, in order to help avoid collisions with marine animals and ensure that the operation takes place at a sufficiently large distance from them.

Fra US 5,883,858 er det kjent en fremgangsmåte og anordning for kontroll av adferden for sjødyr. Dette patentet handler om å påvirke sjødyr ved å sende ut predefinerte signaler under vann. Signalene genereres i dette tilfellet syntetisk fra en signalgenerator/syntetisator. Ved å gjøre eksperimenter med forskjellige signaltyper mht. frekvens, modulasjon og repetisjonsrate kan en i visse tilfeller oppnå påvirkning av fisk og andre sjødyr. Ved å observere hvilke signaler og signal-parametere som gir denønskede virkning kan man etablere et bibliotek av signaler som kan benyttes for å oppnå ønsket virkning. I dette patentet er det i første rekke tiltrekning for å øke fangstvolum som er tema, selv om avskrekking også nevnt. Videre beskrives bruk av signal-generator for å kontrollere adferden, hvilket ikke vil ha samme effekt som bruk av reelle og naturlige signaler fra den aktuelle arten eller fiender av denne. Videre så har denne publikasjonen mangler ved at den ikke er i stand til å utføre avstandsmåling eller posisjonsbestemmelse av en lydkilde. From US 5,883,858, a method and device for controlling the behavior of marine animals is known. This patent is about influencing sea animals by sending out predefined signals underwater. In this case, the signals are generated synthetically from a signal generator/synthesizer. By doing experiments with different signal types regarding frequency, modulation and repetition rate, in certain cases you can achieve an effect on fish and other marine animals. By observing which signals and signal parameters produce the desired effect, a library of signals can be established that can be used to achieve the desired effect. In this patent, it is primarily attraction to increase catch volume that is the subject, although deterrence is also mentioned. Furthermore, the use of a signal generator to control the behavior is described, which will not have the same effect as the use of real and natural signals from the relevant species or its enemies. Furthermore, this publication has shortcomings in that it is not able to perform distance measurement or position determination of a sound source.

US 2006268664 beskriver system, fremgangsmåte og anordning for å kontrollere adferden for sjødyr. Som i US 5,883,858 omhandler også som US 2006268664 tiltrekking av sjødyr for å øke fangst ved å sende ut signaler fra undervanns lydkilde. Signalene som benyttes er tidligere tatt opp under forhold som tilsvarer denønskede situasjonen, dvs. fisk som spiser eller signaler som varsler om at det finnes byttedyr i området. I motsetning til US 5,883,858 benyttes her virkelige signaler som den aktuelle arten er i stand til å tolke. Løsningen er videre tuftet på en enhet som man plasserer i vannet i forbindelse med fartøyet. Beregning av posisjon, retning og avstand skjer ut fra denne ene enheten. Dette vil gi høyst usikre bestemmelser av posisjon, retning og avstand. US 2006268664 describes a system, method and device for controlling the behavior of marine animals. As in US 5,883,858 also as US 2006268664 deals with the attraction of marine animals to increase catches by sending out signals from an underwater sound source. The signals used have previously been recorded under conditions that correspond to the desired situation, i.e. fish eating or signals that warn that there are prey animals in the area. In contrast to US 5,883,858, real signals are used here that the relevant species is able to interpret. The solution is further based on a unit that is placed in the water in connection with the vessel. Calculation of position, direction and distance is based on this one unit. This will give highly uncertain determinations of position, direction and distance.

US 7,123,548 omhandler en generell analyse av signaler med hensyn på retningsbestemmelse og rekonstruksjon av signaler. Metoden som beskrives bestemmer bare retning til kilden og har ingen beskrivelse av avstand eller posisjon. US 7,123,548 deals with a general analysis of signals with regard to direction determination and reconstruction of signals. The method described only determines the direction to the source and has no description of distance or position.

EP 1214907 Al omhandler analyse av sinnstilstanden (mental state) for pattedyr inklusive mennesker basert på analyse av akustiske signaler fra dyret. EP 1214907 Al fokuserer på "mental state", dvs. om dyret er rolig, opphisset, redd, trøtt, sulten eller utsatt for stress. Kunnskap om dette benyttes til å gi en alarm hvis en av aktuelleønskede eller uønskede tilstander opptrer. EP 1214907 Al nevner ingen ting om avstandbedømmelse eller bestemmelse av posisjon for kilden. EP 1214907 Al deals with analysis of the state of mind (mental state) of mammals including humans based on analysis of acoustic signals from the animal. EP 1214907 Al focuses on "mental state", i.e. whether the animal is calm, excited, afraid, tired, hungry or exposed to stress. Knowledge of this is used to give an alarm if one of the currently desired or undesirable conditions occurs. EP 1214907 Al mentions nothing about distance judgment or determining the position of the source.

US2010067326 beskriver et system som blant annet omfatter beskyttelse av hvaler under seismisk kartlegging og omhandler blant annet bruk av spesielle innsamlingsfrekvenser, samt posisjonsbestemmelse av sjødyr. US2010067326 describes a system which, among other things, includes the protection of whales during seismic mapping and deals with, among other things, the use of special collection frequencies, as well as the determination of the position of marine animals.

Fra US 2012120760 er det kjent et system for aktiv deteksjon av marine pattedyr under seismisk kartlegging omfattende innhenting av lydsignaler fra dyrene ved passiv lytting for å identifisere arten, samt posisjonsbestemmelse. From US 2012120760, a system is known for the active detection of marine mammals during seismic mapping comprising the acquisition of sound signals from the animals by passive listening in order to identify the species, as well as position determination.

I US 2009251991 beskrives et system for seismisk kartlegging i et maritimt miljø omfattende midler for å oppdage sjøpattedyr festet til seismiske streamere, samt beskriver passiv lokalisering av dyrene og at de seismiske kildene kan brukes for å skremme bort dyrene. US 2009251991 describes a system for seismic mapping in a maritime environment comprising means for detecting marine mammals attached to seismic streamers, as well as describes passive localization of the animals and that the seismic sources can be used to scare away the animals.

Følgelig er det et behov for å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som kan detektere sjødyr basert på mottak og analyse av akustiske signaturer fra lydenheter innrettet i vinger av en styringsinnretning og hvor dyrene befinner seg (retning, posisjon og avstand) i forhold til de de seismiske instrumenterte kabelene/kabel-spreadet. Consequently, there is a need to provide a method and a system that can detect marine animals based on the reception and analysis of acoustic signatures from sound devices arranged in wings of a control device and where the animals are located (direction, position and distance) in relation to those seismic instrumented cables/cable spread.

Formål Purpose

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som løser de ovenfor nevnte behovene og ulempene ved kjent teknikk. The main purpose of the present invention is to provide a method and a system which solves the above-mentioned needs and disadvantages of known technology.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for detektering av sjødyrs art og posisjon basert på måling av akustiske signaturer fra sjødyrene slik at seismiske undersøkelser kan foretas under betryggende omstendigheter i forhold til gjeldende lovverk om miljøvern og dyrebeskyttelse. It is also a purpose of the present invention to provide a method and a system for detecting the species and position of sea animals based on the measurement of acoustic signatures from the sea animals so that seismic surveys can be carried out under reassuring circumstances in relation to current legislation on environmental protection and animal protection.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for innhenting av informasjon om dyreliv i havet som kan brukes til å effektivisere og optimalisere driften av de seismiske undersøkelsene. It is also a purpose of the present invention to provide a method and a system for obtaining information about animal life in the sea that can be used to streamline and optimize the operation of the seismic surveys.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for å framskaffe informasjon om dyrelivet i havet som sammen med informasjon fra andre sensorer kan utfylle det operasjonelle bildet og gi bedre beslutningsgrunnlag for styring, dokumentasjon og drift av det seismiske kabel-spreadet. One purpose of the present invention is to provide a method and a system for obtaining information about wildlife in the sea which, together with information from other sensors, can complete the operational picture and provide a better decision-making basis for the management, documentation and operation of the seismic cable spread .

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system hvor man benytter akustiske sensorer og analyse basert på digital signalbehandling for å tilveiebringe informasjon om hvile typer sjødyr som befinner seg i området og hvor i området de befinner seg. Another purpose of the present invention is to provide a method and a system where acoustic sensors and analysis based on digital signal processing are used to provide information about resting types of marine animals that are in the area and where in the area they are located.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for innhenting av kunnskap om tilstedeværende dyrearter og deres avstand fra de seismiske lydkildene for å bidra til å beskytte dyrelivet i havet og sørge for at sjødyrene ikke utsettes for unødvendige påkjenninger, stress eller skader som følge av for kraftige akustiske signaler. One purpose of the present invention is to provide a method and a system for obtaining knowledge of the animal species present and their distance from the seismic sound sources in order to help protect the animal life in the sea and ensure that the sea animals are not exposed to unnecessary strain, stress or damage as a result of too strong acoustic signals.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet for utsending av lydsignaler som virker avskrekkende eller truende på sjødyr i nærheten, slik at sjødyrene finner det hensiktsmessig å forlate området. It is also an object of the present invention to provide a method and a system designed for sending out sound signals that act as a deterrent or threat to sea animals in the vicinity, so that the sea animals find it appropriate to leave the area.

Oppfinnelsen The invention

En fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er angitt i patentkravene 2-7. A method in accordance with the present invention is stated in patent claim 1. Advantageous features of the method are stated in patent claims 2-7.

Et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er angitt i patentkrav 8. Fordelaktige trekk ved systemet er angitt i patentkravene 9-19. A system in accordance with the present invention is stated in patent claim 8. Advantageous features of the system are stated in patent claims 9-19.

Et system for posisjonering av en instrumentert tauet kabel i vann, så som en marin seismisk streamer, og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array) omfatter typisk flere styringsinnretninger anordnet til instrumenterte kabler, en styringssentral anordnet ombord på et fartøy, fortrinnsvis et kartleggingsfartøy, hvilken styringssentral er innrettet for kommunikasjon med de instrumenterte kablene og de enkelte styringsinnretningene anordnet dertil. Dette er ofte referert til som et STAP-system (STAP - "Seismic Towed Array Positioning"). Videre omfatter kjente systemer vanligvis halebøyer anordnet til de instrumenterte kablene i kabel-arrayet, samt deflektoranordningerforå spre de instrumenterte kablene i et kabel-array. Styringssentralen innrettet for kommunikasjon med styringsinnretninger og halebøyer, enten via den instrumenterte kabelen eller trådløst, samt innrettet for kommunikasjon med fartøyet og eventuelt deflektor-anordninger. Som vil bli forklart nedenfor kan halebøyer erstattes av styringsinnretninger dersom de er forsynt med en GNSS-enhet (GNSS - Globalt Navigasjonssatellittsystem). A system for positioning an instrumented towed cable in water, such as a marine seismic streamer, and/or an instrumented towed cable array (streamer array) typically comprises several control devices arranged for instrumented cables, a control center arranged on board a vessel, preferably a surveying vessel, which control center is arranged for communication with the instrumented cables and the individual control devices arranged thereto. This is often referred to as a STAP system (STAP - "Seismic Towed Array Positioning"). Furthermore, known systems usually comprise tail bends arranged for the instrumented cables in the cable array, as well as deflector devices for spreading the instrumented cables in a cable array. The control center arranged for communication with steering devices and tail buoys, either via the instrumented cable or wirelessly, as well as arranged for communication with the vessel and possibly deflector devices. As will be explained below, tail buoys can be replaced by steering devices if they are equipped with a GNSS unit (GNSS - Global Navigation Satellite System).

Styringsinnretningene anordnet til de instrumenterte kablene er fordelaktig en styringsinnretning som omfatter: - en hovedkropp forsynt med en prosessorenhet, akselerometre, eventuelt rategyro og magnetkompass, trykksensor, samt induktive koblinger for trådløs (kontaktløs) kommunikasjon og energi-overføring til vinger eller mekaniske koblinger for kommunikasjon og energioverføring, - avtakbare vinger, fortrinnsvis minst to avtakbare vinger, hvilke vinger er forsynt med en prosessorenhet, induktive kobling eller mekanisk kobling for tilkobling til hovedkroppen, halleffektsensor, oppladbare batterier, intelligent ladeelektronikk, motor med momentsensor, The control devices arranged for the instrumented cables are advantageously a control device which includes: - a main body equipped with a processor unit, accelerometers, possibly rate gyro and magnetic compass, pressure sensor, as well as inductive couplings for wireless (contactless) communication and energy transfer to wings or mechanical couplings for communication and energy transfer, - removable wings, preferably at least two removable wings, which wings are equipped with a processor unit, inductive coupling or mechanical coupling for connection to the main body, hall effect sensor, rechargeable batteries, intelligent charging electronics, motor with torque sensor,

- lokal styringsinnretningssoftware som kjører på kroppens prosessorenhet, - local control device software running on the body's processor unit,

- lokal vingestyringssoftware som kjører på vingens prosessorenhet, - local wing control software running on the wing's processor unit,

- sensorer for ulike formål som for eksempel dybde, temperatur, salinitet, magnetfelt og bevegelse, samt eventuelt akustiske sendere og mottakere montert i vingen. - sensors for various purposes such as depth, temperature, salinity, magnetic field and movement, as well as possibly acoustic transmitters and receivers mounted in the wing.

Med andre ord inneholder styringsinnretningene sensorer for måling og kontroll av en eller flere av følgende: posisjon, retning, bevegelse, magnetfelt, trykk, temperatur, akustikk, sjokk og andre sensorer for karakterisering av sjø og havbunnsparametere. In other words, the control devices contain sensors for measuring and controlling one or more of the following: position, direction, movement, magnetic field, pressure, temperature, acoustics, shock and other sensors for characterizing sea and seabed parameters.

Styringsinnretninger som dette er f.eks. beskrevet i søkers norske patentsøknader NO 20080145, NO 20083830 og NO 20092575. Control devices such as this are e.g. described in the applicant's Norwegian patent applications NO 20080145, NO 20083830 and NO 20092575.

Den foreliggende oppfinnelsen introduserer et sensorsystem basert på lydsensorer eller hydrofoner som tilveiebringer ny funksjonalitet for overvåkning og deteksjon av sjødyr i nærheten av et seismisk kabel-spread. Dette oppnås ved at minst en lydenhet omfattende minst en lydsensor eller hydrofon innrettes i minst en av styringsinnretningens avtakbare vinger, eller i en separat anordning, innrettet for innretning mellom to kabelseksjoner på samme måte som en styringsinnretning. Ved å optimalisere lydenheten for aktuelle frekvensområder kan akustiske signaler fra sjøen, herunder karakteristiske lyder fra hval og andre sjødyr, mottas av lydenheten og behandles videre i et digitalt signalbehandlingssystem for overvåkning og detektering av sjødyr. The present invention introduces a sensor system based on sound sensors or hydrophones that provides new functionality for the monitoring and detection of marine animals in the vicinity of a seismic cable spread. This is achieved by at least one sound unit comprising at least one sound sensor or hydrophone being arranged in at least one of the control device's removable wings, or in a separate device, arranged for arrangement between two cable sections in the same way as a control device. By optimizing the sound unit for relevant frequency ranges, acoustic signals from the sea, including characteristic sounds from whales and other sea animals, can be received by the sound unit and further processed in a digital signal processing system for monitoring and detecting sea animals.

Det digitale signalbehandlingssystemet er innrettet for å foreta en frekvensanalyse av signalet, typisk Fast Fourier Transform (FFT) eller lignende, samt karakterisere og lagre de viktigste parameterne som signalnivå, frekvensinnhold, autokorrelasjonsfunksjoner og andre karakteristiske egenskaper for det mottatte akustiske signalet. Basert på sammenligning med akustiske signaler (signaturer) fra ulike sjødyr som hval, sel, delfiner eller lignende kan det gjøres en vurdering av hvilke dyrearter som finnes i området. Lydsignaturen fra ulike dyrearter er en karakteristisk parameter som kan benyttes til å identifisere arten. The digital signal processing system is designed to carry out a frequency analysis of the signal, typically Fast Fourier Transform (FFT) or similar, as well as characterize and store the most important parameters such as signal level, frequency content, autocorrelation functions and other characteristic properties of the received acoustic signal. Based on a comparison with acoustic signals (signatures) from various sea animals such as whales, seals, dolphins or the like, an assessment can be made of which animal species are found in the area. The sound signature from different animal species is a characteristic parameter that can be used to identify the species.

Videre kan man ved hjelp av signalstyrkeinformasjon og kunnskap om normalt lydnivå fra ulike arter estimeres avstand til lydkilden, og dermed til sjødyret som har produsert lyden. Furthermore, with the help of signal strength information and knowledge of normal sound levels from various species, the distance to the sound source, and thus to the sea animal that has produced the sound, can be estimated.

Videre kan signalinformasjon mottatt i forskjellige styringsinnretninger langs det instrumenterte kabel-spreadet, og som dermed ankommer lydenhetene til ulik tid, benyttes til å bestemme retning til signalkilden. Dermed kan man estimere både avstand, retning og posisjon til kilden (sjødyret). Ved å innrette lydenheter omfattende minst en lydmottaker også ombord i fartøyet, og innrette disse slik at det blir god dempning mellom signaler mottatt fra forskjellige sider av fartøyet, kan forskjellen i lydintensitet benyttes til å fjerne eventuelle tvetydigheter i estimert retning basert bare på lydsignaler fra selve styringsinnretningene eller anordningene. Furthermore, signal information received in different control devices along the instrumented cable spread, and which thus arrives at the sound units at different times, can be used to determine the direction of the signal source. This allows you to estimate both the distance, direction and position of the source (sea animal). By arranging sound units comprising at least one sound receiver also on board the vessel, and arranging these so that there is good attenuation between signals received from different sides of the vessel, the difference in sound intensity can be used to remove any ambiguities in estimated direction based only on sound signals from the vessel itself the control devices or devices.

Informasjon om mottatte lydsignaturerog analyseresultater lagres i en database ombord i kartleggingsfartøyet for etterprosessering og dokumentasjonsbehov. Information about received sound signatures and analysis results is stored in a database on board the mapping vessel for post-processing and documentation needs.

Eksempelvis er hvalens lyder et språk som sannsynligvis brukes i flere sammenhenger for å tiltrekke seg artsfrender, advare konkurrenter mot å trenge inn i eget revir og som advarsel til andre sjødyr. Videre er bruk av lyd og sanger en viktig del av reproduksjonsprosessen og benyttes for å tiltrekke seg aktuelle partnere eller advare konkurrenter. Så langt er betydningen av hvalens lydrepertoar lite forstått ut over den rent akustiske signaturen, men det er åpenbart at bruk av lyd og etterligning av lyder som betyr advarsel vil kunne brukes til å holde hval i en viss avstand fra et seismisk instrumentert kabel-spread. Følgelig, ved at lydenheten omfatter akustiske lydgivere, dvs. høyttalere, som kan generere slike varslingslyder, kan en oppnå utsending av et lydbilde som betyr "hold avstand" til hvaler i området. Tilsvarende kan man da gjøre for andre sjødyr. Med andre ord kan man ved å generere lyder som virker avskrekkende på sjødyr, eksempelvis lydsignaler som etterligner lydsignalene fra dyrenes naturlige fiender eller konkurrenter, for å unngå at aktuelle sjødyr kommer for nært inn til seismiske operasjoner. For example, the whale's sounds are a language that is probably used in several contexts to attract conspecifics, to warn competitors against encroaching on their territory and as a warning to other marine animals. Furthermore, the use of sound and songs is an important part of the reproduction process and is used to attract relevant partners or warn competitors. So far, the importance of the whale's sound repertoire is little understood beyond the purely acoustic signature, but it is obvious that the use of sound and imitation of sounds that mean warning could be used to keep whales at a certain distance from a seismically instrumented cable spread. Consequently, by the sound unit comprising acoustic sound generators, i.e. speakers, which can generate such warning sounds, it is possible to achieve the emission of a sound image that means "keep your distance" from whales in the area. The same can be done for other sea animals. In other words, by generating sounds that have a deterrent effect on sea animals, for example sound signals that imitate the sound signals from the animals' natural enemies or competitors, you can avoid the sea animals in question coming too close to seismic operations.

Lydenheter med både mottakere og sendere for lyd kan fordelaktig også plasseres på begge sider av selve fartøyet for å innhente tilleggsinformasjon om retning, samt sende ut lyder med høyt lydnivå/lydeffekt. Den instrumenterte kabelen medfører at det er en øvre effektbegrensning for effekten til lydgivere i styringsinnretninger og anordninger, noe som ikke vil være tilstede på fartøyet hvor tilgjengelig effekt er ubegrenset. Sound units with both receivers and transmitters for sound can advantageously also be placed on both sides of the vessel itself to obtain additional information about direction, as well as emit sounds with a high sound level/sound effect. The instrumented cable means that there is an upper power limitation for the power of sound generators in control devices and devices, which will not be present on the vessel where the available power is unlimited.

Ytterligere foretrukne trekk og fordelaktige detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen. Further preferred features and advantageous details of the present invention will appear from the following exemplary description.

Eksempel Example

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert med henvisning til de vedlagte figurene, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av et eksempel på et trukket seismisk instrumentert kabel-spread bak et kartleggingsfartøy, Fig. 2 viser en prinsippskisse av en utførelsesform av en styringsinnretning hvor vingene er forsynt med sensorer og elektronikk, og The invention will be described below in more detail with reference to the attached figures, where: Fig. 1 shows a schematic diagram of an example of a towed seismic instrumented cable spread behind a survey vessel, Fig. 2 shows a schematic diagram of an embodiment of a control device where the wings are equipped with sensors and electronics, and

Fig. 3 viser en prinsippskisse av en vinge forsynt med lydmidler, Fig. 3 shows a schematic diagram of a wing equipped with sound means,

Fig. 4 viser en prinsippskisse av en anordning forsynt med lydmidler, Fig. 4 shows a schematic diagram of a device equipped with sound means,

Fig. 5 viser et blokkskjema og signalflyt for en lydenhet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, og Fig. 5 shows a block diagram and signal flow for an audio unit in accordance with the present invention, and

Fig. 6 viser et blokkskjema som i Fig. 4 omfattende en lydgiver. Fig. 6 shows a block diagram as in Fig. 4 comprising a sound generator.

Henviser nå til Figur 1 som viser en prinsippskisse av et eksempel på et typisk instrumentert seismisk kabel-spread, hvor seismiske instrumenterte kabler 50 trekkes bak et kartleggingsfartøy 60. Hver instrumenterte kabel 50 er forsynt med styringsinnretninger 20 innrettet for tilkobling i serie mellom to tilliggende instrumenterte kabelseksjoner 50a av en multi-seksjonskabel 50, for styring av den instrumenterte kabelen 50. På enden av hver instrumenterte kabel 50 kan det enten anordnes en halebøye (ikke vist) eller en styringsinnretning 20 forsynt med en GNSS-enhet (ikke vist) (GNSS-Globalt Navigasjonssatellittsystem), hvilket vil bli ytterligere forklart nedenfor. Hele kabel-spreadet styres av en styringssentral 70 ombord på fartøyet 60. Referring now to Figure 1 which shows a schematic diagram of an example of a typical instrumented seismic cable spread, where seismic instrumented cables 50 are pulled behind a survey vessel 60. Each instrumented cable 50 is provided with control devices 20 arranged for connection in series between two adjacent instrumented cable sections 50a of a multi-section cable 50, for controlling the instrumented cable 50. At the end of each instrumented cable 50, either a tail buoy (not shown) or a control device 20 provided with a GNSS unit (not shown) can be arranged (GNSS -Global Navigation Satellite System), which will be further explained below. The entire cable spread is controlled by a control center 70 on board the vessel 60.

Henviser nå til Figur 2 som viser en prinsippskisse av et eksempel på en utførelsesform av en styringsinnretning 20 av kjent teknikk. Reference is now made to Figure 2, which shows a schematic diagram of an example of an embodiment of a control device 20 of known technology.

Styringsinnretningen 20 er dannet av en hovedkropp 21 og tre separate avtakbare vinger 22, fortrinnsvis såkalte smartvinger, hvilke er jevnt fordelt rundt hovedkroppen 21, og er en såkalt treakset bird. Hovedkroppen 21 er hovedsakelig et langstrakt strømlinjeformet rørformet hus, som ved sine ender omfatter tilkoblingsmidler 23a og 23b tilpasset for mekanisk og elektrisk tilkobling i serie mellom kabelseksjoner 50a i den seismisk instrumenterte kabelen 50. Tilkoblingsmidlene 23a-b er for dette tilpasset tilsvarende tilkoblingspunkter (ikke vist) i hver ende av hver kabelseksjon 50a, hvilke tilkoblingspunkter normalt brukes til å koble sammen to tilliggende kabelseksjoner 50a. Vingene 22 er videre separat avtakbart festet til hovedkroppen 21. The control device 20 is formed by a main body 21 and three separate detachable wings 22, preferably so-called smart wings, which are evenly distributed around the main body 21, and is a so-called three-axis bird. The main body 21 is mainly an elongated streamlined tubular housing, which at its ends comprises connection means 23a and 23b adapted for mechanical and electrical connection in series between cable sections 50a in the seismically instrumented cable 50. For this, the connection means 23a-b are adapted to corresponding connection points (not shown ) at each end of each cable section 50a, which connection points are normally used to connect two adjacent cable sections 50a. The wings 22 are further separately detachably attached to the main body 21.

Hovedkroppen 21 er videre forsynt med en prosessorenhet (ikke vist), trykksensor (ikke vist), samt tre induktive koblinger (ikke vist) for trådløs kommunikasjon og energioverføring til vinger 22 eller tre mekaniske koblinger (ikke vist) for kommunikasjon og energioverføring. I tillegg kan hovedkroppen 21 videre omfatte treghets-cluster (IMU) (ikke vist) omfattende ett eller flere akselerometre og eventuelt rategyro, samt eventuelt hastighetssensorer for å måle hastighet gjennom vann. The main body 21 is further provided with a processor unit (not shown), pressure sensor (not shown), as well as three inductive connectors (not shown) for wireless communication and energy transfer to wings 22 or three mechanical connectors (not shown) for communication and energy transfer. In addition, the main body 21 can further comprise inertial cluster (IMU) (not shown) comprising one or more accelerometers and possibly rate gyro, as well as possibly speed sensors to measure speed through water.

Vingene 22 er forsynt med en prosessorenhet (ikke vist), induktiv kobling (ikke vist) eller mekanisk kobling (ikke vist) for tilkobling til hovedkroppen 21 for kommunikasjon og energi-overføring, halleffektsensor (ikke vist), oppladbare bufferbatterier (ikke vist), intelligent ladeelektronikk (ikke vist), samt motor med gir for styring av vingene 22. The wings 22 are provided with a processor unit (not shown), inductive coupling (not shown) or mechanical coupling (not shown) for connection to the main body 21 for communication and energy transfer, hall effect sensor (not shown), rechargeable buffer batteries (not shown), intelligent charging electronics (not shown), as well as a motor with gear for controlling the wings 22.

Videre kan en styringsinnretning 20 som dette i minst en av vingene 22 være forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler (ikke vist) i form av et sender-/mottakerelement, i form av en transduser, samt forsynt med elektronikk for akustisk avstandsmåling. Furthermore, a control device 20 like this in at least one of the wings 22 can be provided with acoustic communication means (not shown) in the form of a transmitter/receiver element, in the form of a transducer, as well as provided with electronics for acoustic distance measurement.

Styringsinnretninger 20 som dette kan videre omfatte en GNSS-enhet (ikke vist) bestående av en GNSS-antenne og en GNSS-mottaker anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvor GNSS-antennen fortrinnsvis er anordnet i vingespissen. Control devices 20 such as this can further comprise a GNSS unit (not shown) consisting of a GNSS antenna and a GNSS receiver arranged in at least one of the control device's wings 22, where the GNSS antenna is preferably arranged in the wing tip.

Slike styringsinnretninger 20 kan også omfatte en radioenhet (ikke vist) for dataoverføring bestående av en radioantenne og en radiomottaker anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvor radioantennen fortrinnsvis er anordnet langs kanten av vingen 22 som vender fremover, dvs. i taueretningen. Such control devices 20 can also comprise a radio unit (not shown) for data transmission consisting of a radio antenna and a radio receiver arranged in at least one of the control device's wings 22, where the radio antenna is preferably arranged along the edge of the wing 22 which faces forward, i.e. in the towing direction.

Styringsinnretningen 20 kan videre omfatte et 3-akset magnetometer (ikke vist) i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvilket magnetometer fortrinnsvis er anordnet nær vingespissen. The control device 20 can further comprise a 3-axis magnetometer (not shown) in at least one of the control device's wings 22, which magnetometer is preferably arranged near the tip of the wing.

Videre kan styringsinnretningen 20 være forsynt med et treghets-cluster (IMU) (ikke vist) omfattende ett eller flere akselerometre og eventuelt rategyro, hvilket treghets-cluster er anordnet i minst en av styringsinnretningens 20 vinger 22. Furthermore, the steering device 20 can be provided with an inertial cluster (IMU) (not shown) comprising one or more accelerometers and possibly a rate gyro, which inertial cluster is arranged in at least one of the wings 22 of the steering device 20.

Som beskrevet ovenfor så omfatter styringsinnretninger 20 som dette en rekke sensorer og i tillegg kan nevnes magnetkompass, samt sensorer for ulike formål som eksempelvis dybde, temperatur, salinitet og andre sensorer for kartlegging av sjøens og sjøbunnens karakteristiske egenskaper. As described above, control devices 20 such as this comprise a number of sensors and in addition a magnetic compass can be mentioned, as well as sensors for various purposes such as depth, temperature, salinity and other sensors for mapping the characteristic properties of the sea and the seabed.

Henviser nå til Fig. 3 som viser en prinsippskisse av en vinge 22 for en styringsinnretning 10 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, hvilken vinge 22 er forsynt med en lydenhet 30 omfattende i det minste en hydrofon eller lydsensor31. Referring now to Fig. 3 which shows a schematic diagram of a wing 22 for a control device 10 in accordance with the present invention, which wing 22 is provided with a sound unit 30 comprising at least one hydrophone or sound sensor 31.

Henviser nå til Fig. 4 som viser en prinsippskisse av en anordning 40 dannet av et hovedsakelig langstrakt strømlinjeformet rørformet hus 41, som ved sine ender omfatter tilkoblingsmidler 23a og 23b for mekanisk og elektrisk tilkobling i serie mellom kabelseksjoner 50a i den seismisk instrumenterte kabelen 50, hvilke tilkoblingspunkter normalt brukes til å koble sammen to tilliggende kabelseksjoner 50a. Videre så er anordningen 40 forsynt med minst en lydenhet 30 som beskrevet ovenfor omfattende minst en hydrofon eller lydsensor 31. Anordninger 40 som dette kan innrettes hvor som helt i kabel-spreadet, også i forbindelse med styringsinnretninger 20 som ikke er forsynt med lydenheter 30. Anordningen 40 vil være forsynt med midler for kommunikasjon med en styringssentral 70 for lagring av data og etterprosessering om bord på ka rtleggi ngsf artøyet. Referring now to Fig. 4 which shows a schematic diagram of a device 40 formed by a substantially elongated streamlined tubular housing 41, which includes at its ends connecting means 23a and 23b for mechanical and electrical connection in series between cable sections 50a of the seismically instrumented cable 50, which connection points are normally used to connect two adjacent cable sections 50a. Furthermore, the device 40 is provided with at least one sound unit 30 as described above comprising at least one hydrophone or sound sensor 31. Devices 40 such as this can be arranged anywhere in the cable spread, also in connection with control devices 20 which are not provided with sound units 30. The device 40 will be provided with means for communication with a control center 70 for data storage and post-processing on board the mapping vessel.

Henviser også til Fig. 5 som viser et blokkskjema for signalbehandling i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Lydenheten 30 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter i tillegg til den ovenfor nevnte hydrofon eller lydsensor 31 en forsterker- og filterenhet 32 innrettet med minst en forsterker og minst ett filter for analog til digitalomforming. Etter at signalet fra hydrofonen eller lydsensoren 31 er digitalisert kan den videre prosesseringen skje enten i styringsinnretningen 20, i anordningen 40 eller i styringssentralen 70 om bord på kartleggingsfartøyet 60. I det viste eksempelet så skjer den videre prosesseringen i styringsinnretningen 20 eller anordningen 40 ved at den er forsynt med en analyseenhet 33 forsynt med midler (eks. en prosessor) og/eller programvare (eks. algoritmer) for signalkarakterisering, FFT og signalgjenkjenning. Videre vil den være forsynt med en database 34 som inneholder aktuelle lydsignaturer for sjødyr som benyttes både for lagring av nye signaturer og for sammenligning med eksisterende. Den samme analyseenheten 33 kan også være innrettet med midler og/eller programvare for analyse av avstand og posisjon til lydkildene eller dette kan være innrettet i en egen analyseenhet 35 som vist i eksempelet. Avstand og posisjon til lydkilden kan bestemmes ved hjelp av måling av signalstyrkenivå og triangulering i forhold til andre hydrofoner eller lydsensorer 31 plassert på andre styringsinnretninger 20 eller anordninger 40 et annet sted på det seismiske instrumenterte kabel-spreadet, samt lydenheter 30 innrettet i fartøy 60 eller arbeidsbåter (ikke vist). Also refer to Fig. 5 which shows a block diagram for signal processing in accordance with the present invention. The sound unit 30 in accordance with the present invention comprises, in addition to the above-mentioned hydrophone or sound sensor 31, an amplifier and filter unit 32 equipped with at least one amplifier and at least one filter for analog to digital conversion. After the signal from the hydrophone or sound sensor 31 has been digitized, the further processing can take place either in the control device 20, in the device 40 or in the control center 70 on board the mapping vessel 60. In the example shown, the further processing takes place in the control device 20 or the device 40 by it is provided with an analysis unit 33 provided with means (e.g. a processor) and/or software (e.g. algorithms) for signal characterization, FFT and signal recognition. Furthermore, it will be provided with a database 34 which contains relevant sound signatures for sea animals which are used both for storing new signatures and for comparison with existing ones. The same analysis unit 33 can also be equipped with means and/or software for analyzing the distance and position of the sound sources or this can be arranged in a separate analysis unit 35 as shown in the example. Distance and position of the sound source can be determined by measuring the signal strength level and triangulation in relation to other hydrophones or sound sensors 31 placed on other control devices 20 or devices 40 elsewhere on the seismic instrumented cable spread, as well as sound units 30 arranged in vessels 60 or workboats (not shown).

Videre omfatter lydenheten 30 et datagrensesnitt 36, via hvilket data kan sendes via den instrumenterte kabelen 50 til sentral lagring og prosessering ombord i fartøyet 60. Det skal også nevnes at dersom styringsinnretningen 20 er forsynt med en radioenhet kan data også overføres til aktuelle mottakere når styringsinnretningen 20 er i overflateposisjon, så som til kartleggings-fartøyet 60, arbeidsbåter eller andre aktuelle mottakere som skal gjøre nytte av slik informasjon. Furthermore, the sound unit 30 comprises a data interface 36, via which data can be sent via the instrumented cable 50 to central storage and processing on board the vessel 60. It should also be mentioned that if the control device 20 is equipped with a radio unit, data can also be transmitted to relevant receivers when the control device 20 is in a surface position, such as to the surveying vessel 60, work boats or other relevant receivers who will make use of such information.

Dersom data fra hydrofonen eller lydsensoren 31 skal behandles i styringssentralen 70 ombord på kartleggingsfartøyet 60 vil lydenheten 30 ikke trenge analyseenhetene 33, 35 og databasen 34. If data from the hydrophone or sound sensor 31 is to be processed in the control center 70 on board the mapping vessel 60, the sound unit 30 will not need the analysis units 33, 35 and the database 34.

Uansett hvor behandlingen av data fra hydrofonen eller lydsensoren 31 gjøres så vil resultatene fordelaktig gjøres tilgjengelige på et operatørkonsoll på kartleggingsfartøyet 60 hvor lyd-informasjon fra de enkelte styringsinnretningene 20/vingene 22 eller anordningene 40 kan vises sammen med estimater for posisjon og avstand til aktuelle lydkilder. Styringssentralen 70 er videre innrettet for lagring av informasjon for senere analyse, dokumentasjon og operativ planlegging. Regardless of where the processing of data from the hydrophone or sound sensor 31 is done, the results will advantageously be made available on an operator console on the mapping vessel 60 where sound information from the individual control devices 20/wings 22 or devices 40 can be displayed together with estimates for position and distance to relevant sound sources . The control center 70 is also designed for storing information for later analysis, documentation and operational planning.

I tillegg til den ovenfor nevnte hydrofonen eller lydsensor 31 så kan lydenheten 30 omfatte en lydgiver 37 i form av en eller flere høyttalere, som indikert med stiplet linje i Figur 3. Et blokkskjema omfattende lydgiver 37 er vist i Figur 6. Basert på de ovenfor nevnte resultatene kan man via en styringskommando fra styringssentralen 70 ombord på fartøyet 70 eller lokalt i styringsinnretningen eller anordningen 40 ved hjelp av lydgivere 37 i flere styringsinnretninger 20 eller anordninger 40 sende ut et lydsignal i en ønsket retning. Ønsket lydsignal kan være innrettet i databasen 34. Det gjør at man enten kontinuerlig eller ved gitte intervaller kan sende ut lydsignaler som gjør at sjødyr holder seg unna det seismiske kabel-spreadet. Avhengig av den detekterte avstanden til lydkilden og posisjon til lydkilden, samt art, så kan flere høyttalere 37 benyttes til å sende ut signaler samtidig for forlenget rekkevidde og styrke. In addition to the above-mentioned hydrophone or sound sensor 31, the sound unit 30 may comprise a sound generator 37 in the form of one or more loudspeakers, as indicated by a dashed line in Figure 3. A block diagram comprising sound generator 37 is shown in Figure 6. Based on the above said results, via a control command from the control center 70 on board the vessel 70 or locally in the control device or device 40 with the help of sound generators 37 in several control devices 20 or devices 40, a sound signal can be sent out in a desired direction. The desired sound signal can be arranged in the database 34. This means that either continuously or at given intervals sound signals can be sent out, which means that marine animals stay away from the seismic cable spread. Depending on the detected distance to the sound source and position of the sound source, as well as type, several speakers 37 can be used to send out signals simultaneously for extended range and strength.

I tillegg til det ovenfor nevnte så kan fartøyet også forsynes med både lydenheter som beskrevet ovenfor, samt at systemet kan omfatte arbeidsbåter forsynt med forsynt med lydenheter. Lydenhetene innrettet i fartøyet kan innrettes til dempning mellom signaler mottatt fra forskjellige sider av fartøyet, slik at forskjellen i lydintensitet kan benyttes til å fjerne eventuelle tvetydigheter i estimert retning basert bare på lydsignaler fra selve styringsinnretningene eller anordningene. I tillegg så vil lydgivere ha ubegrenset tilgang til effekt, noe som gjør at rekkevidden kan økes betraktelig. In addition to the above mentioned, the vessel can also be provided with both sound units as described above, and the system can include work boats equipped with provided with sound units. The sound units installed in the vessel can be arranged to attenuate signals received from different sides of the vessel, so that the difference in sound intensity can be used to remove any ambiguities in estimated direction based only on sound signals from the control devices or devices themselves. In addition, sounders will have unlimited access to power, which means that the range can be increased considerably.

Med arbeidsbåter forsynt med lydenheter kan man i tillegg til det ovenfor nevnte også bevege lydenheten nærmere detekterte lydkilder for bedre målebetingelser, samt at man kan komme nærmere lydkilden med lydgiveren for bedre effekt. With workboats equipped with sound units, in addition to the above, you can also move the sound unit closer to detected sound sources for better measurement conditions, and that you can get closer to the sound source with the sounder for better effect.

En styringsinnretning 20 eller anordning 40 i samsvar med oppfinnelsen vil i prinsippet klare seg med en lydenhet 30 omfattende en hydrofon eller lydsensor 31 og en høyttaler 37, men fordelaktig omfatter den minst to hydrofoner eller lydsensorer 31 og høyttalere 37 slik at det er innrettet en hydrofon eller lydsensor 31 og høyttaler 37 på hver sin side av vingens 22 overflate, dvs. tilsvarende på motsatt side av den siden som er vist i Figur 3. Det samme gjelder for anordningen 40. Fordeler med å benytte minst to av hver av disse komponentene på begge sider av en styringsinnretnings vinge 22 eller anordningen 40 er først og fremst bedre retningsbestemmelse av et detektert lydsignal, samt mulighetene til å sende ut lyd i ønsket retning. A control device 20 or device 40 in accordance with the invention will in principle manage with a sound unit 30 comprising a hydrophone or sound sensor 31 and a speaker 37, but advantageously it comprises at least two hydrophones or sound sensors 31 and speakers 37 so that a hydrophone is arranged or sound sensor 31 and speaker 37 on each side of the surface of the wing 22, i.e. correspondingly on the opposite side of the side shown in Figure 3. The same applies to the device 40. Advantages of using at least two of each of these components on both sides of a control device's wing 22 or the device 40 are primarily better direction determination of a detected sound signal, as well as the possibilities of sending out sound in the desired direction.

Det skal videre nevnes detektering av sjødyr ikke kan utføres samtidig med seismikkskyting, men siden det utføres ett skudd ca. hvert 10 sekund og at man i tillegg må vente litt for dempning av refleksjoner, så har man normalt ca. 5 sek mellom hvert skudd for detektering av sjødyr, noe som er mer en god nok tid. It should also be mentioned that detection of sea animals cannot be carried out at the same time as seismic shooting, but since one shot is carried out approx. every 10 seconds and that you also have to wait a bit for attenuation of reflections, so you normally have approx. 5 sec between each shot for detecting sea animals, which is more than enough time.

Det skal nevnes at siden lydenheten 30 er innrettet i avtakbare vinger 22 så medfører det at de enkelt kan tas av og skiftes dersom det oppstår feil eller behov for kalibrering av lydenheten 30. It should be mentioned that since the sound unit 30 is arranged in removable wings 22, this means that they can be easily removed and replaced if a fault or need for calibration of the sound unit 30 occurs.

Til slutt skal det nevnes at den beskrevne lydenheten 30 også kan innrettes i styringsinnretninger som ikke er forsynt med såkalte smartvinger, eksempelvis en styringsinnretning som vist i norsk patentsøknad NO 20063182 (i søkerens navn) som beskriver en styringsinnretning med avtakbare vinger, men hvor det ikke er innrettet elektronikk og sensorer i selve vingen. Det forutsetter imidlertid at det er innrettet datakommunikasjon mellom vingen og hovedkroppen. Finally, it should be mentioned that the described audio unit 30 can also be installed in control devices that are not equipped with so-called smart wings, for example a control device as shown in Norwegian patent application NO 20063182 (in the applicant's name) which describes a control device with removable wings, but where it is not Electronics and sensors are installed in the wing itself. However, this requires that data communication has been arranged between the wing and the main body.

Modifikasjoner Modifications

Lydenheten kan være forsynt med ulike filtre for å filtrere bort støy. The audio unit can be equipped with various filters to filter out noise.

Den foreliggende oppfinnelsen kan også benyttes til å danne en syntetisk apterture-hydrofon ved at et flertall (alle) hydrofoner i det instrumenterte kabel-spreadet benyttes samtidig. Ved å summere de flertall (alle) lydsignalene med riktig faseforskyvning/tidsforskjell vil den resulterende hydrofonens åpningsvinkel bli smal og styrbar. The present invention can also be used to form a synthetic apterture hydrophone in that a majority (all) hydrophones in the instrumented cable spread are used simultaneously. By summing the majority (all) sound signals with the correct phase shift/time difference, the opening angle of the resulting hydrophone will be narrow and controllable.

Bruk av høyttalere og hydrofon muliggjør også måling av temperatur og temperaturforskjeller på ulike steder i det instrumenterte kabel-spreadet, ved at man måler gangtid fra en høyttaler til en hydrofon et annet sted i det instrumenterte kabel-spreadet. The use of loudspeakers and hydrophone also enables the measurement of temperature and temperature differences at various locations in the instrumented cable spread, by measuring the travel time from a loudspeaker to a hydrophone at another location in the instrumented cable spread.

Claims

1. Method for obtaining information about marine animals in the surroundings of an instrumented towed cable in water or an instrumented towed cable array (streamer array), where control devices (20) are arranged for controlling the position of the individual cables both in form and position in relation to other instrumented cables and thereby counteract cross currents or other dynamic forces affecting a towed array behind a seismic mapping vessel, where the method includes: - obtaining sound signals from sea animals in the surroundings of an instrumented cable (50) using at least one sound device ( 30) comprising at least one hydrophone or sound sensor (31) arranged in at least one of the control device's wings (22), - perform frequency analysis of acquired audio signals for characterization of the audio signal, as well as determine signal strength level and frequency content, - perform signal recognition by comparing acquired audio signal with audio signals stored in a database for the determination of species, characterized in that the method further comprises estimating distance to the sea animal based on signal strength information and sound level or determining distance and position to the sea animal using signal strength level and triangulation in relation to other sound units (30) arranged in control devices (20) at another location on the seismic instrumented cable -array.

2. Method in accordance with patent claim 1, characterized in that it includes determining the direction of the sea animal based on signal information received in different control devices (20) along the instrumented cable array, and which thus arrives at the sound units (30) at different times.

3. Method in accordance with patent claim 1, characterized in that it further comprises emitting a sound signal using at least one sounder (37) arranged in the control device(s) (20) or sounders arranged in the mapping vessel (60) or work boats.

4. Method in accordance with patent claim 3, characterized by emitting a sound signal which has a deterrent effect on the species that has been detected.

5. Method in accordance with patent claim 1, characterized by optimizing the hydrophone or sound sensor (31) within relevant frequency ranges for relevant sea animals.

6. Method in accordance with patent claims 1, characterized in that it further comprises arranging audio units (30) comprising at least one audio receiver also on board the vessel, and arranging these so that there is good attenuation between signals received from different sides of the vessel and using the difference in sound intensity to remove any ambiguities in estimated direction based only on sound signals from sound units (30) in the control devices (20).

7. Method in accordance with patent claim 1, characterized by using a plurality of hydrophones in the instrumented cable array at the same time and summing the plurality of sound signals with the correct phase shift/time difference to make the opening angle of the resulting hydrophone narrow and controllable.

8. System for obtaining information about marine animals in the surroundings of an instrumented towed cable in water or an instrumented towed cable array (streamer array), where control devices (20) are arranged for controlling the position of the individual cables both in form and position in relation to other instrumented cables and thereby counteract cross currents or other dynamic forces affecting a towed array behind a seismic mapping vessel (60), on which vessel (60) a control center (70) is arranged, where the control devices (20) comprise a main body (21) and at least two wings (22), where the system comprises: - at least one control device (20) where at least one of the control device's wings (22) is provided with at least one sound unit (30) comprising at least one hydrophone or sound sensor (31) for acquisition of sound signals from sea animals in the vicinity of an instrumented towed cable (50), - the control center (70) is provided with means or software or that the sound unit (30) includes at least one analysis unit (33, 35) provided with means or software to: o perform frequency analysis of acquired audio signals for characterizing the audio signal, as well as determine signal strength level and frequency content, o perform signal recognition by comparing acquired audio signals with audio signals stored in a database (34) for the determination of species, characterized in that the control center (70) or the analysis unit (33, 35) is further provided with means or software to estimate the distance to the sea animal based on signal strength information and sound level for the species or to determine the distance and position of the sea animal using signal strength level and triangulation in relation to others audio units (30) arranged in control devices (20) at another location on the seismic instrumented cable array.

9. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the sound unit (30) comprises an amplifier and filter unit (32) arranged for amplification of sound signal from the hydrophone or sound sensor (31) and analog to digital conversion of the signal.

10. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the mapping vessel (60) is provided with at least one sound unit (30) comprising at least one hydrophone or sound sensor (31).

11. System in accordance with patent claims 8-10, characterized in that the sound unit (30) in the control device (20) or mapping vessel (60) is provided with at least one sound transmitter (37).

12. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control center (70) or the analysis unit (33, 35) is provided with means or software to determine the direction of the sea animal based on signal information received in various control devices (20) along the instrumented cable array , and which thus arrive at the sound units (30) at different times.

13. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control center (70) or the sound unit (30) comprises a database (34) comprising characteristic sounds for marine animals.

14. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control device (20) comprises a data interface (36).

15. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control device's main body (21) or at least one of the wings (22) is arranged for communication with a control center (70) for data storage and post-processing on board a mapping vessel (60).

16. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control center (70) is designed to present information on an operator console with a display showing analysis results, as well as distance and position information and alarms for operational use of the system.

17. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control center (70) is designed for storing information for later analysis, documentation and operational planning.

18. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the system comprises at least one working boat equipped with at least one sound unit (30) comprising at least one hydrophone or sound sensor (31) and/or at least one sounder (37).

19. System in accordance with patent claim 8, characterized in that the control center (70) is arranged to use a plurality of hydrophones in the instrumented cable array at the same time and sum the plurality of sound signals with the correct phase shift/time difference to make a resulting hydrophone's opening angle narrow and controllable .