Oil Spill Detection status Presentasjon på OLF beredskapsforum 2 februar 2011 Dr. ing. Øistein Grønlie Miros AS

Transkript

1 Oil Spill Detection status 2011 Presentasjon på OLF beredskapsforum 2 februar 2011 Dr. ing. Øistein Grønlie Miros AS

2 OSD anvendelser OSD-R (recovery) Radarbasert hjelpemiddel for bruk under oljeoppsamlings-operasjoner Muliggjør arbeid i situasjoner med manglende eller begrenset visuell sikt. Kan og brukes i søkmodus OSD-S (surveillance) Radarbasert system for lokal overvåkning av et begrenset område med høy risko for utslipp (oljeplattform, lastebøye, tankanlegg osv). Flere sensorer kan integreres i et system Sentral eller distribuert visning av data

3 Miros OSD-R (recovery) Utviklet i samarbeid med og i henhold til måletekniske og funksjonelle spesifikasjoner utarbeidet av NOFO: Oljedetekterende radar ombord i supplyfartøy Mål, delmål og funksjonskrav, rapport nr , NOFO 15 mars 2004 Basert på HW fra Wavex system for bølge og strømmåling Testet under OPV øvelser med ekte mineralolje årlig fra 2004 Godkjent av NOFO som ett av to systemer i henhold til NOFO Standard 2009 seksjon 4.3 :

4 Sammendrag av aktivitetsforskriftens 52, 57 med veiledning og 78 Operatørene skal samarbeide om overvåking av det ytre miljøet og det skal legges til rette for at personell som har overvåkingsfunksjoner, til enhver tid kan innhente og behandle informasjon om slike forhold på en effektiv måte Operatørene skal bidra til videreutvikling av retningslinjene og relevant overvåkingsverktøy inklusive fjernmålingsverktøy Operatøren skal etablere fjernmålingssystem som gir tilstrekkelig informasjon om forurensningen til at de riktige tiltakene blir satt i verk Et fjernmålingssystem kan bestå av sensorer og utstyr med tilhørende tjenester og prosedyrer, kompetanse for tolking av data og meteorologiske tjenester for å understøtte fjernmålingen Responstid for fjernmåling bør ikke overstige minste drivtid til sårbare ressurser ved kysten, på havoverflaten eller i vannsøylen.

5 Miros OSD-S Prototypesystem utviklet og testet på Bolærne Miros prosjekt støttet av NFR s MARUT program Styringsgruppe med medlemmer fra NOFO/Norconsult, Kystverket, Esso, Norcontrol IT AS Store mengder med testdata innsamlet Nye algoritmer for digital behandling av radarbilder utviklet Nye deteksjonsalgoritmer utviklet med tanke på å oppnå lav og kontrollert falsk alarm rate Gjennomført OPV øvelse med bruk av planteolje Kommersielt produkt er under utvikling

6 OSD-S prototype funksjonelle egenskaper Som for OSD-R, i henhold til NOFO s spesifikasjoner og i tillegg Automatisk alarm Konstruert for kontinuerlig drift 24/365 WMS server for integrasjon av data fra flere kilder (data fra andre radarer, kart, AIS, andre relevante data som er tilgjengelig på WMS format) Støtte for digitale radardata fra bl.a.norcontrol VTS (EM-129 format) Fjernstyring og programvareoppdatering via Internett Eksport av data til Norcontrol VTS (C-scope) og andre systemer som har støtte for WMS WEB basert GUI for visning av data i en standard nettleser

7 Skjermdump av OSD-S Bolærne WEB display Planteoljesignatur

8 Klargjøring av noen begreper Deteksjonstid Dekningsområde Instrumentert rekkevidde Deteksjonsrekkevidde Tilgjengelighet Radar sjøekko til støy forhold (CNR) Falsk alarm

9 Deteksjonstid Deteksjonstid kan defineres som den tiden det tar fra et utslipp av betydning har funnet sted og frem til det oppdages (alarm). Et oljeflak vil kunne detekeres dersom: Utslippet skjer innenfor det radarbaserte OSD systemets dekningsområde, oljeflakets areal er tilstrekkelig, og systemet er tilgjengelig (systemet er operativt og betingelsene for deteksjon ellers er tilstede) Oppnåelig deteksjonstid vi avhenge av ønsket kvalitet på den tilgjengelige informasjonen (antall feil-alarmer som kan aksepteres), behovet for evaluere data og verifisere utslippet samt hvordan fjernmålingen er organisert.

10 Dekningsområde og instrumentert rekkevidde Radar må plasseres i forhold til ønsket dekningsområde og på en slik måte at den har fri sikt til sjøen i alle ønskede retninger Dekningsområdet er gitt av fri sektor og instrumentert rekkevidde Instrumentert rekkevidde er den maksimale avstand systemet er i stand til å samle inn data fra. Dette er bl.a. gitt av begrensninger i den digitale billedbehandlingen (minnestørrelse og overføringskapasitet)

11 Tilgjengelighet OSD systemet er tilgjengelig dersom brukeren kan benytte det etter hensikten, dvs til detektere et oljeutslipp Vilkårene for å oppnå deteksjon avhenger av mange faktorer, i tillegg til radarens og programvarens egenskaper vil installasjonsgeometri, vind og sjøtilstand også ha betydning Et radarbasert OSD system vil være tilgjengelig når vind og sjøtilstand er slik at minimumskravene til sjøekko oppfylles. Tilgjengelighet kan da beregnes ut fra langtidsstatistikk for vind og bølger for den aktuelle lokasjonen Tilgjengelighet bør være med i vurderingen av om en sensor er egnet til formålet og vil gi føringer for valg av supplerende sensorer basert på alternativ teknologi

12 Deteksjonsrekkevidde Radaren ser ikke selve oljeflaket, bare effekten det har på sjøens ruhet (krusninger). Deteksjonsrekkevidden er bestemt av oppnåelig kontrast i BSI bildet som er gitt av vindstyrke og graden av kapillarbølgedempning oljen medfører. I tillegg er radar-parametrene, radarens monteringshøyde og oljeflakets størrelse i forhold til radarens romlige oppløsning av avgjørende betydning Krav til deteksjonsrekkevidde må defineres for en gitt installasjonsgeometri, for en gitt vind og sjøtilstand og en definert størrelse på oljeflaket. Bruk av større pulslengde for å oppnå stor rekkevidde gir redusert romlig oppløsning og derved redusert evne til å detektere små flak. Nødvendig flakstørrelse øker med avstanden fra radaren

13 Nødvendig flakstørrelse (minimum 4 pixel ) Flakstørrelse i m2 A( R, 50) A( R, 250) R Avstand i km Kort puls Medium puls 20

14 Radar sjøekko(cnr) mot vindstyrke for en typisk navigasjonsradar i mediumpuls modus og h. polarisasjon Sea Echo to Receiver Noise Ratio CNR_dB ( R, h, 2, φ, P) CNR_dB ( R, h, 3, φ, P) 15 CNR_dB ( R, h, 4, φ, P) CNR_dB ( R, h, 5, φ, P) CNR_dB ( R, h, 6, φ, P) 10 CNR_dB ( R, h, 7, φ, P) CNR_dB ( R, h, 8, φ, P) R v =2 m/s v = 3 m/s v = 4 m/s v = 5 m/s v= 6 m/s v = 7 m/s v = 8 m/s

15 Radar sjøekko(cnr) mot vindstyrke for en typisk navigasjonsradar i mediumpuls modus og v. polarisasjon Sea Echo to Receiver Noise Ratio CNR_dB ( R, h, 2, φ, P) CNR_dB ( R, h, 3, φ, P) CNR_dB ( R, h, 4, φ, P) CNR_dB ( R, h, 5, φ, P) CNR_dB ( R, h, 6, φ, P) CNR_dB ( R, h, 7, φ, P) CNR_dB ( R, h, 8, φ, P) R v =2 m/s v = 3 m/s v = 4 m/s v = 5 m/s v= 6 m/s v = 7 m/s v = 8 m/s 15000

16 Falske alarmer Ved all form for deteksjon, enten den er automatisk eller manuell vil en ha falske alarmer. Vi må veie konsekvensene av manglende deteksjoner opp mot uønskede falske deteksjoner Erfaringstall fra et OSD-S testsystem på Veslefrikk viser at vi til havs i gjennomsnitt kan forvente 1 falsk alarm per døgn Erfaringstall fra testsystemet på Bolærne viser at vi i kystfarvann i gjennomsnitt kan forvente 15 falske alarmer per døgn Falsk alarm raten kan reduseres, men da på bekostning av deteksjonssannsynligheten og deteksjonstid.

17 Falske alarmer forts. Falske alarmer kan forårsakes av Stillevannsområder Vindskygge fra øyer og holmer Strømskjær Fartøyskygger Nedbør Kjølvann fra passerende båter, bildet til høyre viser situasjonen en time etter at båten er passert En kan vaskelig basere seg på kun automatisk deteksjon, kompetent visuell tolkning av data er nødvendig

18 Andre eksempler som gir falske alarmer Fartøyskygge Nedbør Inhomogen sjø, strømskjær Ukjent fenomen

19 OSD-S fra prototyp til kommersielt produkt - leverandørens utfordringer Umodent produkt i et umodent marked Ivrige leverandører utvikler og markedsfører løsninger uten å lytte til kunder og uten å forstå deres behov (f.eks. spesialradarer der konvensjonelle radarer vi kunne gi tilstrekkelig ytelse) Kundene og deres konsulenter spesifiserer ofte løsninger i stedet for behov, dette kan ekskludere operativt tilfredstillende løsninger (krav til vertikal polarisasjon i stedet for ønsket deteksjonsrekkevidde, minimum flakstørrelse osv) Vanskelig å gi systemet de rette funksjonelle egenskaper da det foreløpig ikke finnes en etablert tidligdeteksjonstjeneste - den operative konteksten er ukjent. Skal OSD-systemet integreres i et VTS system, skal det være en del av et prosesskontrollsystem, del av et naturdatasystem eller som et selvstendig overvåkningssystem?

20 OSD-S fra prototyp til kommersielt produkt - leverandørens utfordringer forts. Vanskelig å vite hva slags data som skal presenteres og på hvilken form. Vi vet ikke hvilke operativ behov operatøren har og hva slags data og data-kvalitet han trenger som støtte for sine beslutninger Nesten umulig å få kunde eller bruker i tale om disse spørsmålene på grunn av formelle innkjøpsregler, resultatet er at en vil kjøpe utviklingsprosjekter i stedet for produkter Manglende kommunikasjon og varierende teknisk forståelse kan gi stort forventningssprik mellom kundens ønsker og krav og teknisk mulige løsninger Useriøse aktører i markedet kan påvirke forventninger hos brukere og myndigheter (KLIF) som det er teknisk umulig å innfri (jfr tykkelsesmåling med radar) og som er vanskelige å etterprøve

21 Konklusjon 1 hva vi har Miros OSD-R Utviklet i samarbeid med NOFO basert på spesifikke krav Grundig testet på øvelser og levert til over 50 fartøy Benyttet ifb med virkelige utslipp Funksjonelle egenskaper endres og utvides kontinuelig basert på erfaring fra operativ bruk Miros OSD-S prototypsystem utviklet med hovedvekt lagt på billedbehandling og algoritmer for automatisk deteksjon Spesielle utfordringer er falske alarmer og tilgjengelighet Uklart hvilken operativ kontekst et system skal inngå i og hvilke funksjonelle egenskaper systemet derfor må ha (visuell tolkning, automatisk alarm, interface mot andre systemer osv)

22 Konklusjon 2 hva vi ønsker oss Bedre samarbeid og standardisering av krav på brukersiden Bedre samarbeid mellom brukere, leverandører og andre premissgivere Bedre teknisk forståelse av de muligheter og begrensninger som ligger i et radarbasert OSD system hos brukere og myndigheter En tjeneste utformet og beskrevet slik at den operative sammenheng utstyret skal inngå blir klart for leverandøren Forståelse for at falske alarmer er uunngåelig og at tjenesten må derfor må inneholde en kompetent funksjon for tolking/validering av data Brukerspesifikasjoner som er forankret i tjenestens operative behov og ikke en beskrivelse av tekniske løsninger Et utviklingsprosjekt i samarbeid med en kompetent operatør på norsk sokkel