PROSJEKTSKJEMA OVERVÅKINGSPROGRAMMET

Transkript

1 PROSJEKTSKJEMA OVERVÅKINGSPROGRAMMET Prosjekt nr /V30 Prosjekttittel Autonomous target strength collector Prosjektansvarlig Havforskningsinstituttet institusjon Prosjektleder Egil Ona Web adresse Målsetting: Hovedmål: Å utvikle en frittstående, autonom rigg for detaljerte målstyrkemålinger av enkeltfisk. Delmål: 1. Utvikling av mekanisk rigg, med motorisert vinkelkontroll for toppsvinger 2. Utvikling av nytt batterisystem for langtids operasjon 3. Utvikling og datastyrt kontroll av ekkolodd og softwarebasert multipleksing av to svingere. 4. Programmering av dataseparasjon og målfølgingsrutiner for enkeltfisk for kamerakontroll 5. Tilpasse og datastyre digitalt kamera 6. Utprøvinger i felt Metode: Hva er innovative elementer inkl. figurer og tabeller. Bakgrunn : God kjennskap til fiskens målstyrke (TS) for alle størrelser er nødvendig nøkkelinformasjon for å utføre korrekt akustisk mengdeberegning. Dette er ofte vanskelig, fordi en er avhengig av gode forhold for målstyrkemåling (oppløste forekomster), samtidig som spredningen i lengde bør være liten, og helst bør en ha rene prøver (trålhal), uten forurensning av annen fisk. Variasjon i TS ved endret dyp og variasjon i naturlig adferd er andre kompliserende faktorer når en skal fastslå en korrekt TS - lengde relasjon. Et nytt instrument for bedre å kunne måle TS lengde relasjoner, in situ, er derfor utviklet i dette prosjektet. Virkemåte : En rigg med et digitalt fotoapparat og vitenskaplig ekkolodd kan slippes (og stå) nede i fisken man ønsker å måle. Ekkoloddet vil måle TS på enkeltfisk som passerer strålen, og basert på data fra ekkoloddet vil fotoapparatet fokusere, og ta bilde av fisken når den er rett foran kameraet. Ekkoloddet er koblet til to svingere som ser fisken fra siden og ovenfra. Systemet vil derfor måle følgende parametre : - TS for en fisk over en rekke ping - Fiskens art - Fiskens lengde - Fiskens tiltvinkel Systemet opererer frittstående på eget batteri, og kan ta f. Eks bilder og TS målinger før en tar opp riggen. En skal kunne instrumentet både på fisk, reker og krill. 1

2 Innovative elementer: 1. Rigg og horisontal svinger En mekanisk rigg skal plassere instrumenter i korrekt geometri, og samtidig skal en beholde et rimelig stort observasjonsvolum for toppsvingeren, som utfører den egentlige målstyrkemålingen. Høyden på riggen blir derved ca. 12 meter dersom en tilpasser stråleåpninger med kameraets observasjonsvolum. For å kunne observere på rimelig kort avstand i samme volum som kameraet måtte en spesialsvinger utvikles for prosjektet hos Simrad A/S. Dette er en 38 khz splitt stråle svinger med 30 graders åpning på 3 db punktene, slik at den kan observere enkeltmål over ca. 45 grader, horisontalt og vertikalt. Fordi en ikke ville bruke to ekkolodd pga. strømforbruk, men isteden multiplekse to svingere fra samme ekkolodd, ble riggen betydelig større en planlagt i søknaden. Det er derfor mest hensiktsmessig å sette den ut fra G.O.Sars, som har kranutstyr for slike rigger. For å ikke forstyrre vannvolumet foran svingeren, der fisken skal svømme, med støttestrukturer, er armen nå støttet i ryggen med ett oppheng. For at geometrien nå skal kontrolleres i detalj under varierende strømforhold er ryggstøtten motorisert, og styrt fra kontrollprosessoren ved hjelp av en vinkelsensor på armen. På figuren er det nå angitt et felles observasjonsvolum for dorsal og vertikal svinger, samt kamera (rødt), der fisk vil bli målfulgt av alle systemer samtidig. Kameraets fokusavstand og dybdesyn blir også justert i denne prosessen. Riggen står på bunnen med akustisk utløser, men vil rotere med strømmen. Systemet kan nå også benyttes til målstyrkemålinger i det pelagiske system, fritthengende fra overflaten, men hovedanvendelsen vil bli som bunnmontert rigg. Fig. 1. Mekanisk rigg med motorstyrt vinkelregulering, 2 splittstrålesvingere og digitalkamera. 2. UW-Digitalkamera Kameradelen i undervannshus er designet og konstruert av IMENCO A/S i Haugesund. De har 2

3 også levert en programvare for full kommunikasjon med kameraet, som vi videre har oppkoblet og styrt av kontrollprosessoren gjennom LabVIEW. Digitalkameraet står i egen trykksylinder, og kommuniserer på USB med datamaskinen i instrumentskulen. Når datamaskinen står mindre enn ca. 10 meter fra kameraet er det i praksis bare diskplass som begrenser antall bilder, men foreløpig kan bilder være en pekepinn. Nødvendigheten av å benytte ekstern blits vil bli avgjort etter første sjøtest. Forsøk i akvariet i Bergen viste at dette ikke var nødvendig på 5-7 meters avstand. Der kunne en fint benytte intern blits. Kameradelen er nå fullt ut ferdig, men med litt for lang intern forsinkelse i digitalkameraet. Digitalkamera, åpnet, demontert og tilpasset undervanns (3000m) trykkbeholder og datastyring. 3. Ekkolodd og datamaskin. Et vitenskaplig ekkolodd, Simrad EK60, 38 khz multiplexes imot de to svingerene via en liten, strømgjerrig datamaskin, begge montert i glasskule som tåler ca. 2000m trykk. Alle funksjoner som riggstyring, målt med tilt/roll sensor, målfølging av fisk og fotografering skjer gjennom dataprogrammer utviklet i LabView. Fig. 3. Ekoloddkule med datamaskin 3

4 Fig. 3. Ekkolodd-kule gjennomføringer til svingere, tilt/roll sensor, kamera og batteri. 4.Batteri Det er nyutviklet et komplett nytt batterisystem for TS måleren, basert på Li-ion teknologi. Dette for å forlenge systemets operasjonstid. Det nye batteriet består av tre batterienheter med egne systemer for overvåking av ladning, kraftregulering og inngang for landstrøm. Hver enhet består av 144 D celler, pakket i 4 lag, der hver celle er beskyttet imot kortsluttning /overbelastning. Hver D-celle gir nominelt Wh, som gir en total energi for hele systemet på over 8 kwh. Dette skulle i utgangspunktet for kraftberegningene gi nok energi til ca.6-7 dagers drift. Batterienheten er utviklet med finansiering fra to prosjekter, dette og NFR prosjekt Dødsonemåleren. Større batterikapasitet, til 14 dager 1 måned kan nå tilføres gjennom ekstra glasskuler. 4

5 Fig. 4. Batteri, fullt sammensatt, med ladeprosessorer. 5. Programmering av kontrollprosessor Programmering av kontrollprosessor er utført av Avdelingsingeniør Atle Totland, HI, og er utført med verktøyet LabView. Systemet er beskrevet i en foreløpig brukermanual. Der er nedlagt om lag 0.6 årsverk i programmering og testing. I prinsippet har en her programmert et styreverktøy for en standard AUV, men med spesialtilpassninger for styring av ekkolodd og kamera. Det her derved også tilført gruppen betydelig kompetanse i programmering av styresoftware, som kan benyttes i andre instrumentpakker. 6. Sammenstilling og testing Komplett system har vert sammenstilt og testet to ganger. Første gang i sjøen ved instrumentversktedet ved HI, og siste gang i desember 2004, i Ofoten om bord G.O.Sars. Et uhell under utsetting på G.O.Sars, medførte at instrumentkule av glass ble knust og fylt med sjøvann. Heldigvis maktet en å redde alle elektronikk- komponenter i kula og datamaskin uskadd, men skadene medførte at en utsatte nye sjøprøver til Lofottoktet i mars For å tegne og implementere ny elektronikksylinder i aluminium måtte prosjektet tilføres om lag kr. fra et strategisk program ved HI. Denne er nå ferdig og klar til bruk. 5

6 Resultater: Hva er nytt inkl. figurer og tabeller. Resultater fra feltbruk av riggen blir ikke tilgjengelig før April Men; prosjektet har konstruert en autonom målstyrkeinnsamler som lett vil kunne samle inn betydelige mengder med viktige målstyrkedata. Prosjektet har fått betydelig internasjonal oppmerksomhet under presentasjoner på ICES FAST WG, og i arbeidsgrupper og kurs i målstyrkemetodikk i Hellas, Spania og Russland. Måloppnåelse: a) Resultater i forhold til målsettinger En har fullt ut nådd målet med hensyn til konstruksjon av instrumentering, men har ikke fått gjennomført full felttesting av systemet. Målesystemet er betydelig med avansert en planlagt i søknad, og har fått tilført midler fra strategisk program ved HI, som også vil finansiere videre felttesting /publisering av resultater. b) Operasjonalitet Størrelsen av riggen, fullt sammensatt er så stor at den best settes ut fra G.O.Sars eller Johan Hjort. Armen er sammenleggbar for å forenkle transport c) Dr.grader, publikasjoner Ingen Dr. grader tilknyttet prosjektet. Instrumentet vil bli brukt av i PostDoc arbeid av Geir Pedersen, som avlegger Dr. grad på målstyrkemåling i desember Måleren og metoden er publisert internasjonalt på to symposier, og vist ved flere anledninger på NORFISHING 2004, på Underwater Techhnology Worskhop i Bergen Det forventes flere artikler publisert i internasjonale tidskrift når systemet er testet i felt. Perspektiver i overvåkingssammenheng: a) Nytte-behov Riggen vil bli aktivt brukt i årene som kommer for innsamling av målstyrke på mange av de viktigste fiskebestandene HI har ansvar for å forvalte. b) Nye utfordringer Etter uhellet om bord G.O.Sars gjøres systemet mye mer robust for slag under utsetting, som ofte må gjøre i dårlig vær. Mange av utfordringene under konstruksjonen av systemet er allerede implementert, og systemet er betydelig mer avansert en spesifisert under søknaden. c)spinoff 6

7 Det er betydelig internasjonal interesse for måleren, og alle arbeidstegninger, programvare og spesifikasjon er utført for å kunne konstruere flere enheter. En undervanns teknologibedrift i Bergen er allerede interessert i å kunne produsere systemet for salg. Dette forutsetter at full felttest gis gode resultater. Siden selve metoden for målstyrkemåling er etablert, er det bare gode opptak fra felt som trenges for en slik dokumentasjon. 7