Norsk oljevernforening for operatørselskap - NOFO. Fjernmåling av akutt oljeforurensning på sjøoverflaten. - Evaluering av teknologi med tilrådninger

Norsk oljevernforening for operatørselskap - NOFO Fjernmåling av akutt oljeforurensning på sjøoverflaten - Evaluering av teknologi med tilrådninger 19. januar 2009

Side: 2 av 44 RAPPORT SAMMENDRAG NOFO besluttet at 2008 skulle være et konsolideringsår for fjernmåling. Etter mange års verdifull operativ erfaring med frittstående sensorer, var tiden inne for å evaluere eksisterende teknologi, nye produkter under utvikling og å legge føringer for fremtidens fjernmålingssystem. En ekspertgruppe for fjernmåling ble etablert. NOFOs fjernmåling skal innfri to behov: Regelmessig overvåking av hele sokkelen for å oppdage akutt oljeforurensning fra innretninger, og overvåking under en oljevernaksjon for å sikre optimal disponering av ressurser. Prosjektet har som formål å utarbeide funksjonskrav til NOFOs fremtidige fjernmåling - herunder identifisere type sensorer og bærere av sensorer (plattformer) som NOFO bør satse på i et 5-10 års perspektiv. Prosjektet har kommet frem til følgende fire hovedtilrådninger: 1. NOFO bør satse på satellitt, fly og skip som sine primære plattformer for fjernmålingssensorer. Avhengigheten av helikopter bør reduseres. Aerostat bør vurderes opp mot bruk av stasjonær IR på skip. 2. I samordning med myndighetene bør NOFO argumentere for en kombinasjon av SLAR og Synthetic Aperture radar i den nye flytjenesten når denne lyses ut. Sistnevnte kan kartlegge både olje, lenser og skip uavhengig av lys, sikt og vær (med unntak av helt flat sjø der olje ikke vises). Dette vil gi vesentlig økt nytte av flyet. 3. Det bør utvikles et sann-tids system på broen til OR fartøy som kombinerer skipsbasert radar, IR og sjøkart 4. Det bør utvikles et nær sann-tids system for kartbasert situasjonsplott i NOFOs operasjonssentral der fjernmålingsdata, meteorologiske data, prognoser fra modellverktøy og forvitringsdata inngår. Det dynamiske plottet bør være tilgjengelig for alle involverte i aksjonen (web-basert grensesnitt). Tilrådningene vil bli fulgt opp i Oljevern 2010 - NOFOs teknologiutviklingsprogram. NOFOs ekspertgruppe for fjernmåling 2008: - Hans V, Jensen, NOFO (prosjektleder) - Jørn Harald S. Andersen, Norconsult (koordinator) - Camilla Brekke, FFI - Øystein Nordstrønen, StatoilHydro ASA - Jens Hjelmstad, Jens Hjelmstad AS - Ketil Karstad, Apto Maritime AS - Kjetil Aasebø, Kystverket Jon Rødal, Torger Reve og Karl Henrik Bryne (NOFO) deltok innenfor utvalgte tema. Fjernmåling av akutt oljeforurensning på sjøoverflaten - Evaluering av teknologi med tilrådninger

Side: 3 av 44 Innhold 1 BAKGRUNN...5 1.1 Introduksjon...5 1.2 Hovedmål...5 1.3 Delmål...5 2 FJERNMÅLINGSSENSORER...6 2.1 Generelt om mikrobølgesensorer...6 2.2 Aktive mikrobølgesensorer...7 2.2.1 Tilrådninger til NOFO - satellittbasert SAR...13 2.2.2 Tilrådninger til NOFO - flybasert SAR...18 2.2.3 Tilrådninger til NOFO - flybasert SLAR...22 2.2.4 Tilrådninger til NOFO - navigasjonsradar på skip (1. generasjon OSD)...23 2.2.5 Tilrådninger til NOFO - stasjonær radar på innretninger...24 2.3 Passive mikrobølgesensorer...25 2.3.1 Tilrådninger til NOFO - flybasert MWR...25 2.4 Infrarøde sensorer...26 2.4.1 Ikke nedkjølte sensorer...29 2.4.2 Nedkjølte sensorer...29 2.4.3 Tilrådninger til NOFO - infrarøde sensorer...30 2.5 Andre sensorer...31 2.5.1 Tilrådninger om andre sensorer...31 2.6 Plattformer for sensorer...31 2.6.1 Tilrådninger om plattformer...33 2.7 Integrerte system...33 2.7.1 Tilrådninger om integrerte system...33 3 REFERANSER...34 VEDLEGG 1. Synthetic Aperture Radar (SAR), virkemåte og eksempler 2. Observasjon av olje med infrarøde sensorer, fakta

Side: 4 av 44 Bakgrunn NOFO besluttet at 2008 skulle være et konsolideringsår for fjernmåling. Etter mange års verdifull operativ erfaring og utvikling av frittstående sensorer, var tiden inne for å evaluere eksisterende teknologi, nye produkter under utvikling og å legge føringer for fremtidens fjernmålingssystem. Det ble derfor nedsatt en ekspertgruppe bestående av personell med operativ erfaring med fjernmåling, spisskompetanse innen radar, infrarøde- og ultraviolette sensorer samt generell kompetanse innen fyiskk. Gruppens mandat og mål var å utarbeide funksjonskrav til NOFOs fremtidige fjernmåling - herunder identifisere type sensorer og bærere av sensorer (plattformer) som NOFO bør satse på i et 5-10 års perspektiv Arbeidet ble organisert gjennom 9 heldagsmøter i Stavanger, Sandvika og Tromsø. Vi inviterte også enkelte eksterne utviklingsmiljø til å holde foredrag - disse var KSAT, Norut og Triad. NOFO vil følge opp gruppens funn og tilrådninger gjennom kurs, øvelser, daglig drift og kunngjøringer i Oljevern 2010, NOFOs teknologiutviklingsprogram. Terminologi Rapporten inneholder en del forkortelser som leseren bør kjenne til: AIS AP ASAR ASI CSA DLR ESA FFI GMES IFR IR ISR MDA MoD MWR SAR SLAR UAV UTC UV VFR WS Automatisk Identification System Alternating Polarisation Advanced Synthetic Aperture Radar Italian Space Agency Canadian Space Agency Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt European Space Agency Forsvarets forskningsinstitutt Global Monitoring for Environment and Security Instrument Flight Rules Infrarødt Intelligence, Surveillance and reconnaissance MacDonald Dettwiler and Associates Italian Ministry of Defense MicroWave Radiometer Synthetic Aperture Radar Side-Looking Airborne Radar Unmanned Aerial Vehicle Universal Time Coordinated (tidligere GMT) Ultraviolett Visual Flight Rules Wide Swath Denne rapporten inneholder 3 kategorier tekster: - Ordinær tekst rettet mot beslutningstakere på strategisk nivå - Kursiv, mørke rød tekst rettet mot beslutningstakere på teknisk nivå - VEDLEGG som inneholder teknisk-vitenskaplig detaljinformasjon

Side: 5 av 44 1 Bakgrunn 1.1 Introduksjon NOFO besluttet at 2008 skulle være et konsolideringsår for fjernmåling. Etter mange års verdifull operativ erfaring og utvikling av frittstående sensorer, var tiden inne for å evaluere eksisterende teknologi, nye produkter under utvikling og å legge føringer for fremtidens fjernmålingssystem. Et integrert fjernmålingssystem må kunne oppdage, posisjons- og arealbestemme oljeforurensningen (deteksjon) samt klassifisere den (bekjempbarhet, mengde, type olje mv.). I tillegg er det naturlig å benytte prognoseverktøy (værvarsel, oljens forflytting og oljebudsjett dvs. nedblanding, fordamping mv). NOFOs fjernmåling må innfri to behov: Regelmessig overvåking av hele sokkelen for å oppdage akutt oljeforurensning fra innretninger, og overvåking under en oljevernaksjon for å sikre optimal disponering av ressurser. Prosjektet har som formål å utarbeide funksjonskrav til NOFOs fremtidige fjernmåling - herunder identifisere type sensorer og bærere av sensorer (plattformer) som NOFO bør satse på i et 5-10 års perspektiv. Følgende føringer ble utarbeidet for utredning av fremtidens fjernmålingssystem: NOFOs fjernmålingssystemer skal sikre kost/nytte-effektiv deteksjon og klassifikasjon av olje på sjø under alle lys- og siktforhold. Systemet skal både kunne ivareta løpende overvåking av hele sokkelen, og overvåking under aksjoner. Fjernmålingssystemet skal i sann tid, eller nær sann tid, gi nødvendig informasjon slik at mekanisk og kjemisk oljevernmateriell kan styres og posisjoneres optimalt i forhold til oljeforurensningen. Fjernmålingssystemet skal ha definert grensesnitt mot modelleringsverktøy (meteorologi, oljespredning/drift) slik at både nå-situasjon og situasjon frem i tid kan vises løpende. Fjernmålingssystemet skal inneha en funksjonalitet som gjør at informasjonen via web skal kunne benyttes på skip, i NOFOs operasjonssentral på land og hos andre aktører. 1.2 Hovedmål Prosjektet skal etablere funksjonskrav til NOFOs fremtidige fjernmålingssystem - herunder identifisere type sensorer og bærere av sensorer (plattformer) som NOFO bør satse på - i et 5-10 års perspektiv. 1.3 Delmål Prosjektets hovedmål kan innfris ved at følgende delmål oppnås: 1. Hver kategori fjernmålingssensorer evalueres med hensyn på muligheter og begrensninger for deteksjon og klassifikasjon av olje. Denne produktuavhengige utredningen tar utgangspunkt i fysikkens lover, teknologi og fremtidig utvikling. 2. Det gjennomføres en evaluering av plattformer for sensorer: Satellitt, fly, helikopter, aerostat, droner og skip. Valg av plattform styrer observasjonsavstand og vinkler, samt fjernmålingssystemets geografiske bruksområde. Plattformene påvirker også sensorsystemenes maksimale vekt, energiforbruk og driftskostnader. De plattformer som velges må muliggjøre overføring av sensordata til det integrerte systemet i sann til eller nær sann tid. 3. Utvikling av krav til integrert system for håndtering av sensordata. På basis av (1) og (2) utarbeides funksjonskrav til det integrerte systemet og de fjernmålingsproduktene som skal levere data til disse systemene.

Side: 6 av 44 2 Fjernmålingssensorer 2.1 Generelt om mikrobølgesensorer Vi skiller her mellom aktive 1 og passive 2 mikrobølgesensorer 3. Innen kategorien aktive vil Synthetic Aperture Radar (SAR), Side-Looking Airborne Radar (SLAR) og navigasjonsradar bli drøftet, mens innen kategorien passive mikrobølgesensorer omhandles MicroWave Radiometer (MWR). Grunnlaget for bruk av all radarteknologi for oljedeteksjon har vært at radarekkoet fra sjøoverflaten blir dempet når det ligger en oljefilm på sjøoverflaten. Dette gir en kontrast som sammen med teksturmessig/ romlig vurdering under gitte forhold gir en god deteksjonsevne for mulige oljefilmer. Viktige forhold som må optimaliseres for å sikre god oljedeteksjon: Radarekkoet fra selve sjøoverflaten skal være sterkt eller ha gjenkjennelig signatur, og være godt synlig over intern støy Radarekkoet fra oljefilmen må være svekket i forhold til sjøen for øvrig, eller ha signatur som gjør at det gjenkjennes i forhold til radarekkoet fra sjøoverflater uten olje. Radarbildet må ha god tekstuell/romlig informasjon for å understøtte deteksjonen og tolkningen Tilleggsinformasjon fra radarekkoet vil være kritisk for oljefilmdeteksjon utenfor optimalt værvindu, dette inkluderer polarisasjonsinformasjon og dopplerinformasjon Etterprosesseringen og formidling av dataene må innrettes og implementeres. Generelt kan vi si om dagens systemer: Frekvensbåndene er ikke nødvendigvis valgt ut ifra oljedeteksjonsbehov, men andre bruksområder. Polarisasjonsegenskapene til antennene er typisk valgt for å gi lav sjøsignatur slik at harde mål (skip, land) blir synlig. Dette er motstridende i forhold til ønsket oljedeteksjon Systemene bruker antenner som er optimalisert for objektdeteksjon med lav kostnad. Større antenner og antenner med elektronisk styring kan gi bedre egenskaper Radarløsningen bruker ikke koherent deteksjon for bevegelsesanalyse. Bruk av dopplerdomenet vil kunne gi utvidet værvindu for god oljedeteksjon Radarsystemene bruker, med unntak av satellittsystemer, ikke syntetisk aperture prosessering. Syntetisk prosessering, spesielt fra fly, vi gi bedret avbilding av olje og oljevernressurser på sjø. Dette betyr at valget av sensorer og parametersett bør vurderes nøye ved kjøp, spesielt om det er nye metoder som må testes ut, enten ved modifikasjon eller bruk av ny type sensor. Nedstrøms etterprosessering må også videreutvikles og tilpasses brukernes behov.. Tabellen på neste side viser en oversikt over parametre som kan måles med de ulike mikrobølgesensorene som er omtslt i denne rapporten, og en vurdering av kvalitet på de målte parametrene med hensyn på olje. 1 2 3 Aktive fjernmålingssensorer har en egen energikilde. Sensoren sender ut energi mot målet. Energien som reflekteres fra målet detekteres. Passive fjernmålingssensorer måler energi som er naturlig tilgjengelig/avgitt fra målet. Mikrobølger har bølgelengder mellom 1 mm til 1,3 m.

Side: 7 av 44 Måleparametere Satellittbasert SAR Flybasert SAR Mikrobølgesensorer Flybasert SLAR Skipsbasert NAVradar Flybasert MWR Areal [m 2 ] Bra Svært god Bra Middels Svært god Posisjon [lat, lon] Bra Svært god Bra Middels Svært god Dempning [db] Svært god Svært god Bra Middels Dårlig Oljetykkelse [mm] Dårlig Dårlig Dårlig Dårlig God Parametre målt med ulike mikrobølgesensorer med tilhørende vurdering av ytelse. 2.2 Aktive mikrobølgesensorer SAR - Synthetic Aperture Radar SAR kan kùn benyttes fra plattformer i bevegelse for å avbilde relativt lite mobile objekter. I denne rapporten omtales satellittbasert og flybasert SAR. Teknisk virkemåte er beskrevet i vedlegg 1. Satellitt-basert I SAR-bilder skiller områder med olje seg ut ved å fremstå som mørkere enn omliggende sjø. Olje kan avbildes av SAR fordi mineralsk olje demper de korte bølgene på havoverflata (gravity-capillary waves). Viktige egenskaper i forhold til oljedeteksjon er radarens bølgelengde og polarisasjon. SAR sender ut elektromagnetiske pulser i mikrobølgespekteret. X-bånd har bølgelengder fra 3-5 cm, mens C- bånd har bølgelengder fra 5-7 cm, L-bånd fra 19-77 cm og P-bånd fra 77-133 cm. Bølgelengden til radaren har betydning for hvor mye forstyrrelser det blir på signalet fra atmosfæren. Kortere bølgelengder (f.eks. X-bånd) kan påvirkes av atmosfæriske effekter. Ettersom dempingen av resonerende Bragg-bølger (se vedlegg 1) er mer effektiv ved kortere bølgelengder, egner X- og C-bånd seg likevel bedre for oljedeteksjon enn L- og P-bånd [6]. Med hensyn på satellittbasert oljeovervåking, har vi mest erfaring med C-bånd. Båndet har så lang vært regnet som best egnet til overvåking av olje. ERS-1/-2, RADARSAT-1 og ENVISAT ASAR er eksempler på C- bånd SAR. Med den nye TerraSAR-X satellitten vil vi også få mer erfaring med X-bånd SAR. TerraSAR-X er en tysk satellitt (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)/Astrium). Den ble sendt opp sommeren 2007 - se illustrasjoner neste side. Polarisasjon Vertikal-Vertikal (VV) polarisasjon gir best kontrast (best signal-til-støy forhold) når olje flyter på havoverflata. ERS-2, RADARSAT-2 og ENVISAT ASAR tilbyr denne polarisasjonskombinasjonen, mens det leveres kùn produkter i HH-polarisasjon fra RADARSAT-1. Valg av VV og HH polarisasjon er langt mindre kritisk for satellittbasert radar enn for radarer i fly og på skip. Dette skyldes den "bratte" observasjonsvinkelen fra satellittene. VV polarisasjon gir best ytelse for oljedeteksjon. HH kan også benyttes, men er ikke optimal selv om operativ erfaring er tilfredsstillende. Kryss-pol kombinasjoner forekommer fra mer komplekse refleksjons-mekanismer, og er ikke egnet til oljedeteksjon, noe som ble operasjonelt bekreftet ved Troll-C forsøkene i desember 2008.

Side: 8 av 44 TerraSAR-X Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) TerraSAR-X opptaksmoder er vist i figuren over, lite areal gir høy oppløsning, stort areal gir lav oppløsning.

Side: 9 av 44 Følgende eksempel gir en god illustrasjon på betydningen av polarisasjon. Den 19. november 2007 mottok Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) to bilder over samme sted utenfor vestkysten av Norge. Det ene SAR opptaket er gjort med RADARSAT-1 ScanSAR HH moden (kopolarisasjon), mens den andre scenen er fra ENVISAT ASAR AP VV/VH mode (kryss-polarisasjon). RADARSAT-1 bildet ble tatt 17:02 UTC, mens ENVISAT ASAR AP bildet ble tatt 21:15 UTC. Dersom vi sammenlikner bildet nedenfor med de på neste side, kan vi se hvordan oljeflaket har endret form og forflyttet seg i løpet av de 4 timene som har gått mellom satellittpasseringene. Ved å sammenlikne de to bildene på neste side ser vi tydelig at VH er en lite egnet polarisasjonskombinasjon for å avbilde oljeforurensning på havoverflata. Med denne polarisasjonen vil ikke oljen være synlig, mens menneskelagde objekter som skip og oljerigger ofte er godt synlige. Ved å kombinere både kryss-polarisasjon og ko-polarisasjon kan evi derfor danne oss et godt bilde av både oseanografiske fenomener (olje) og harde mål. På hvilket tidspunkt utslippet inntraff og kilde til utslippet ble ikke avklart i dette tilfellet. Ved tidspunktet det første bildet ble tatt (nedenfor), hadde sannsynligvis forurensingskilden allerede beveget seg ut av scenen. Ved å analysere AIS datalogger vet vi at det var mye skipstrafikk i området timene før det første SAR opptaket ble gjort. Mulig oljeutslipp utenfor vestkysten av Norge. Opptaket er gjort 19. november 2007. RADARSAT-1 SCANSAR HH, 17:02 UTC. ESA/KSAT/FFI

Side: 10 av 44 Mulig olje utenfor vestkysten av Norge. Opptaket er gjort 19. november 2008, ENVISAT AP VV, 21:15 UTC. ENVISAT bildet er lagt over RADARSAT-bildet som er såvidt synlig øverst. ESA/KSAT/FFI Samme scene som over, men her gjengis VH kanalen. Opptaket er gjort 19. november 2007, ENVISAT AP VH. 21:15 UTC. RADARSAT bildet ligger underst, såvidt synlig i overkant. ESA/KSAT/FFI På tross av de satellittbaserte SAR-systemenes unike egenskaper med hensyn på oljedeteksjon av store areal, foreligger det i dag følgende begrensninger:

Side: 11 av 44 Oppløsning: Wide Swath (WS) scener fra satellittbasert-sar gir oss en unik mulighet til å overvåke store havområder kostnadseffektivt, men på bekostning av høy oppløsning. Med den såkalte ScanSAR teknikken kan det genereres scener opp til 500 km x 500 km (Radarsat-2) med en romlig oppløsning på 100 m. Ved overvåking av mindre areal i begrensede områder med f.eks. en pågående oljevernaksjon, kan HiRes moder med 25 x 25 km areal og 8 meter oppløsning fra Radarsat 2 tas i bruk. Look-alikes: Look-alikes er fenomener som kan skape falske oljedeteksjoner i et SAR bilde. Naturlige filmer (substanser fra plankton og fisk), tynn is, områder med lav vind, regnceller, sandbanker, strømskjær og interne bølger er eksempler på fenomen som vi vet kan skape mørke strukturer i et SAR bilde. Satellittbildene kan bare avdekke mulige oljeutslipp. Satellitter utnyttes derfor best i kombinasjon med verifikasjon fra fly, helikopter eller skip. Sistnevnte kan kan bekrefte at det er olje og vurdere tykkelse, bekjempbarhet mv. Naturlige filmer som oppstår ved algeoppblomstring i sommerhalvåret kan være en utfordring i perioder av året, men dette er liten problemstilling på norsk sokkel. Det samme gjelder mørke flekker forårsaket av tynn, nydannet is som ofte forekommer i nærheten av iskanten i Arktis og i Østersjøen. Værvinduet: En annen begrensning for satellittbasert SAR er værvinduet. Deteksjon av olje er mulig fra 3 m/s opp til omtrent 12-18 m/s, noe avhengig av oljetype, oljemengde og tykkelse på utslippet. SAR kan imidlertid observere olje gjennom skydekke, og avbildning kan foregå like bra om natten som om dagen. Eksempler på "Look-alikes" i SAR-bilder Dekningsgrad: Hvor ofte en havområde kan sjekkes med satellittbasert SAR styres av antall radarsatellitter, deres baner og type radarsensorer. For tiden er (teoretisk maksimalt) antall passeringer over områder i Barentshavet ca. 2 pr døgn, mens det for Nordsjøen er ca. 1,5. Dekningsgraden forventes å øke vesentlig i årene som kommer som følge av flere satellitter, satellitter som flyr i formasjon og radarsensorer som vris mot ulike deler av sjøoverflaten.

Side: 12 av 44 NOFOs tjeneste Radarsatellitter har frem til nå hatt en helt marginal operativ rolle under en oljevernaksjon. Dette skyldes lav oppløsning kombinert med lav dekningsgrad for et gitt område. Under en aksjon har radarsatellitter være et taktisk verktøy for å sjekke ut store områder og erklære disse "frie for olje", eventuelt oppdage at noe olje har kommet på avveie. Om noen år kan konstellasjoner av radarsatellitter åpne for nye muligheter, med flere passeringer av samme område i løpet av få timer. Et viktig strategisk valg er om NOFO ønsker å delta - eller påvirke - fremtidens operative muligheter gjennom å stille krav til tjenesten, eventuelt delta eller bidra til F&U. Når det gjelder Aktivitetsforskriftens 50 om å avdekke akutt forurensning fra innretninger på norsk sokkel, herunder fra undervannsinstallasjoner og rørledninger langt fra bemannede innretninger, er radarsatellitter i dag eneste reelle alternativ for å oppnå det som i veiledningsteksten til paragrafen heter "innretningen skal overvåkes regelmessig". Dagens radarsatellitter kan dekke innretninger fra 1,5 (i sør) til 2 (i nord) ganger pr. døgn. Dette innfrir trolig SFTs forventninger om "regelmessighet". Satellittovervåkingen består hovedsaklig av å sjekke ut om et område er fritt for bølgedempning, dvs, høyst sannsynlig fritt for olje. Å forvisse seg om at olje ikke finnes på havet, representerer også en nytteverdi - om enn mer taktisk. Tjenesten kan og bør derfor ikke måles på antall deteksjoner eller varsel, men på faktisk arealdekning og regelmessighet i sjekk av innretninger. For året 2007 hadde NOFOs tjeneste en dekningsfrekvens som vist nedenfor. Tjenesten og fremstilling av dekning som vist her kan bli tillagt vekt når myndighetene vurderer om operatørene på sokkelen oppfyller intensjonen i 50 i Aktivitetsforskriften. Illustrasjonen nedenfor viser at norsk sokkel i 2007 radarovervåket ca. hver 2-3 dag i sør, og 1-2 i nord. I 2007 var det kontraktfestet 78 bilder fra Radarsat, mens det ble levert hele 411, For ENVISAT var det kontraktfestet 453 bilder, men levert 427. Overskuddsleveransen skyldes synergi med andre brukere av tjenesten. Overvåkingens radardekning tilsvarer om lag 2600 flytimer (kjøpsverdi over kr. 50 mill )

Side: 13 av 44 Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv: I de senere år har vi sett en økning i antall satellitter med SAR-sensorer som er skutt opp, godkjent eller planlagt. Dette viser at i et 5-10 års perspektiv vil sannsynligvis tilgangen på satellittbasert SAR-data styrkes. Med stadig flere satellitter i bane, samt høyoppløslige opptaksmoder, vurderes satellittbasert SAR å ha et stort utviklingspotensial for effektiv tidlig-deteksjon av oljeutslipp, men også som supplement under aksjoner. Dette bør utnyttes av NOFO. 2.2.1 Tilrådninger til NOFO - satellittbasert SAR 1. Dersom NOFO ønsker å rendyrke sin operativ rolle dvs. å mobilisere på basis forurensning som er oppdaget av operatørene eller andre, vil satellittjenesten fortsatt bare være et nyttig supplement. 2. Tjenesten er derimot meget interessant ut fra et taktisk og strategisk perspektiv - dvs. alle metoder tas i bruk for å sikre tidlig-deteksjon av oljeforurensning, som supplement under aksjoner, som støtte til norsk næringsliv i Nord-Norge (KSAT) og deres arbeid med å bli verdensledende innen denne sektoren mv. 3. Dersom NOFO på vegne av operatørene skal ivareta kravene i 50, vil en satellittjeneste trolig være den eneste som oppfyller myndighetenes krav til "regelmessig overvåking" av hele sokkelen, herunder rørledninger og undervannsinstallasjoner. Alternativene er enten for kostbare (flere tusen flytimer), eller har for liten rekkevidde (stasjonære radarer på innretninger, max 15 km ved 70 m antennehøyde - sist verifisert gjennom Troll-C testen 5 desember 2008). 4. Dersom tjenesten opphører, bør dette vurderes i samråd med operatørene i forhold om Aktivitetsforskriftens 50 da kan oppfylles. Det må forventes at myndighetene ved nedleggelse av tjenesten på nytt vil presse operatørene i forhold til 50. SFT hadde en egen kampanje på dette i 2004, og som roet seg etter at NOFO iverksatte satellittjenesten. 5. NOFO bør vurdere mer aktiv bruk av høyoppløslig radarsatellittdata når rapporterte oljeutslipp skal følges over tid, eller i de tilfeller der høyoppløslige scener i tilstrekkelig grad omfatter innretninger. På denne måten kan man flytte fokus fra store arealer (der en betydelig areal er "uinteressante" ) over på høyere kvalitet og en mer målrettet arealdekning. I NOFO-sammenheng vil ofte området som ønskes overvåket være avgrenset og godt definert. 6. Ved Kongsberg Satellite Services (KSAT) i Tromsø har det siden 1994 eksistert en operasjonell tjeneste for satellittovervåking av olje. NOFO bør i sin dialog med KSAT ta initiativ til å ta i bruk moder for høyoppløslig overvåking av mindre områder innenfor NOFOs interesseområde. 7. De neste 5-10 årene vil vi se en økning i antall fjernmålingssatellitter med SAR-sensor i bane rundt jorda. Dette vil øke tilgjengeligheten på satellittbilder samt gi en forbedret dekningsgrad av et gitt geografisk område. SAR-satellitter vurderes derfor å ha et stort utviklingspotensial de neste 5-10 årene, noe som bør utnyttes. NOFO bør derfor videreføre og videreutvikle dagens radarsatellittovervåking av norsk sokkel så lenge de ivaretar selskapenes behov for tidlig-deteksjon. Flybasert SAR Teknisk virkemåte: Flybasert SAR baserer seg på bruk av moderne radarteknologi i en kompakt innpakning. Det foreligger et bredt utvalg av operasjonelle modi. Dette betyr at en flybasert SAR kan programmeres til å virke som en SLAR i tradisjonell forstand, en høyoppløselig SAR som likner en satellitt-sar, eller den kan programmeres til å virke i et stort antall andre moder som kan skreddersys brukerens behov. Eksempler på dette er moder som stripmap, spotmoder, wide area search moder eller spesielle måldeteksjon og avbildningsmoder.

Side: 14 av 44 Virkemåten for denne radartypen er som følger: En kompakt sender-enhet sender preprogrammerte digitale bølgeformer med høy duty cycle, hvilket innebærer at utsendt spisseffekt er lav og opptatt effekt også er begrenset. Signalet er også koherent, hvilket er grunnlaget for at denne radartypen kan generere meget høy oppløsning med små dimensjoner på apparatur og antenne. Et tredje vesentlig aspekt er at båndbredden i signalformen er meget høy, slik at veldig små detaljer kan avbildes (helt ned i dm- området, f.eks. lenser). I motsetning til en konvensjonell radar (SLAR eller navigasjonsradar) genereres ikke data for hver utsendt puls, men en tidssekvens av pulser settes sammen til å generere et mer detaljert bilde. Denne sammenstillingen gjøres i en digital prosessor, en meget spesialisert enhet frem til nå. I dag realiseres denne type løsninger på enkle PC baserte systemer. Denne prosesseringen er også meget raskt, slik at bildet/data foreligger umiddelbart etter at de er samlet inn. En viktig fundamental egenskap ved flybasert SAR er at detaljoppløsningen i prinsippet er helt uavhengig av avstanden. Dette betyr at skarpe bilder kan oppnås på veldig store avstander med samme kvalitet som de som hentes inn på korte avstander. Integration time for airborne SAR imaging 10,00 Data integration time - sec 1,00 0,10 1m 2m 5m 10m 20m 50m 100m 0,01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Observation range - km Figur 1 Integrasjonstid (Observasjonstid) for å oppnå en ønsket detaljoppløsning (parameter-skala til høyre) som en funksjon av avstand. (X-bånd radar ved ca 80m/s flyfart). Den korte måletiden gjør at en innen visse begrensinger ift avstand og oppløsning kan oppnå kontinuerlige video type bildedata.

Side: 15 av 44 Denne egenskapen oppnås ved å samle inn data over et tidsintervall som øker proporsjonalt med avstanden til observasjonsområdet. Lengden av dette tidsintervallet er indikert i figuren på foregående side. Kartlegging på lang avstand med god oppløsning (for eksempel 5 m oppløsning på 25 km avstand) krever lang observasjonstid (1,3 sekunder), mens midlere oppløsning på kortere hold (20 m på 10 km) krever kun kort observasjonstid (0,13sekunder). Radar-operatørene vil normalt ikke merke disse oppdateringstidene da radaren gjerne kjører flere av disse modene i parallell. En ytterligere egenskap ved SAR er at prosesseringen bruker koherente data, dvs. at bevegelsesinformasjonen for bølgene er tilgjengelig i dataene. Dette muliggjør en utvidelse av værvinduet for oljedeteksjon utover et ikke-koherent system av type SLAR eller navigasjonsradar. Typisk monteres en SAR på siden av et fly eller helikopter. Dersom begges sider skal betjenes, benyttes en enkel pod under flyet. Denne typen utstyr er godt egnet for av/på montering og flytting mellom ulike fly/flytyper dersom monteringsbraketter etableres. De 3 nye svenske overvåkingsflyene fastmontert SAR. Egnethet mhp fjernmåling av olje på sjø: Flybasert SAR er en interesant mulighet for fjernmåling av olje på sjø. Potensialet ligger først og fremst i følgende forhold: - SAR radaren kan gi radarbilder av samme type som med satellitt, men også med høyere oppløsning. - En SAR vil kunne observere olje, skip og lenser i sjøen uavhengig av lys og sikt. - SAR kan også fungere som en SLAR radar med stor arealdekning. - SAR kan programmeres med moder som optimaliserer områdedekningen. - En SAR vil kunne programmeres til å avbilde i tilnærmet alle retninger i forhold til flyet. - En SAR kan også med gitte begrensninger gi bilder med tidshistorie (lik en "video-film") En SAR kan enkelt flyttes mellom installasjoner. Status i dag: En flybasert SAR er et verktøy som allerede er tilgjengelig (ref. Kustbevakningens 3 nye fly), og vurderes som en interessant ressurs der både olje, skip og lenser kan fjernmåles. Pr i dag finnes det kompakte systemer som brukes hovedsakelig i følgende sammenhenger: - Militær overvåkning av sjø og bakke. - Search and Rescue, fra helikopter og fly. - Forskningsmessig bruk, også for verifisering av SAR-satellittdata. Eksempel av en kompaktversjon og normalversjon av SAR-radar for fly/helikopter fra samme leverandør. Til venstre PicoSAR, til høyre SeaSpray 7500, begge fra SELEX SAS, Edinburgh. Begge antennene er fasestyrte, dvs elektronisk styrte. Mekanisk dreining brukes kùn for å utvide søkeområdet utover 90 grader

Side: 16 av 44 Som et eksempel på dagens system viser figuren nedenfor en kompaktversjon som veier kun 10 kg, og med en antenne på 33 x 23 cm. Til høyre på foregående side vises en større SAR med egenvekt 80 kg. Disse systemene representerer to alternativer som begge gir samme type data med samme detaljeringsgrad, forskjellen ligger kùn i maksimal rekkevidde. Den minste SARen har, som en illustrasjon, følgende egenskaper: - Maksimal oppløsning: 30 x 30 cm på alle avstander - Maksimal rekkevidde: 20 km - Dekningsområde i vinkel: Med fast montasje: 90 grader Med dreibar plattform: 360 grader - Operasjonelle moder o Spot SAR for kontinuerlig høyoppløselig dekning av lokalt område o StripSAR som gir SLAR type avbildning, men med høyere oppløsning o GMTI mode som avbilder bevegelige objekter o Wide Area Image and Search moder o Isfjell-detesksjon/oljedeteksjon o To-akse elektronisk scanning Figuren viser blokkskjema for SARsystemet med radar skanner (antenne-enhet), kompakt radarprosessor og display konsoll. Alle enhetene er små og kan enkelt flyttes/monteres på i fly og helikopter.

Side: 17 av 44 Bildene nedenfor viser typisk installasjoner i henholdsvis helikopter og propellfly. Da enhetene er små, kan de i mange tilfeller monteres i eksisterende åpninger i flyet, eller bak eksisterende glassfiberdom eller paneler. PicoSAR installasjon i et AS350 helikopter (venstre) og i et lett propellfly (høyre) Eksempel på avbilding med 1 meter oppløsning av 1 km x 1 km scene med flybasert SAR

Side: 18 av 44 Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv: Fly- og helikopterbasert SAR er en moden teknologi, der hovedelementene er tilgjengelig i form av produkter fra flere leverandører. Det sterkt økende markedet bidrar til videreutvikling både når det gjelder fysiske forhold (vekt, strømforbruk) og ytelse (rekkevidde, oppløsning): Mer utprøvning av algoritmer og prosessering gjør at manuell og automatisk identifikasjon av objekter vil være tilgjengelig (automatisk fartøysgjenkjenning, automatisk oljedeteksjon, optimaliserte søk av store områder) Ny produkter med enda mindre vekt og dimensjon vil bli tilgjengelig (1 kg vekt), som kan tillate plassering i små ubemannede farkoster (UAV). Tilgjengelig oppløsning vil økes fra 30 cm på kommersielle produkter til 10 cm innenfor et 5-årsperspektiv, og 5 cm i et 10 års perspektiv. Innenfor et 10 års perspektiv vil systemene operere med flere samtidige polarisasjoner for bedre objektklassifisering. Rekkeviddev vil bli ytterligere økt gjennom høyere radareffekt og bedret kvalitet på refereansenavigeringen. Nye produkter spesiallaget for ulike farkoster vil etter hvert komme, med antenner integrert i skrog. Alt i alt vurderer vi situasjon slik at dagens produkter er modne. Både størrelse/vektmessig, prismessig og ytelsesmessig er de attraktive for mange anvendelser. Den videre utviklingen for systemene vil være gradvis, mens utvikling av algoritmer og funksjoner også vil kunne bidra til en betydelig bedre ytelse. 2.2.2 Tilrådninger til NOFO - flybasert SAR Kombinasjonen av tilgang på gode systemer og multifunksjonaliteten til SAR, gjør at flybasert SAR bør vurderes ved etablering av en ny flytjeneste i Norge (Etter tapet av LN-SFT). 1. De teoretiske aspektene for bruk av flybasert SAR for oljedeteksjon bør utredes (modelleres), og begrensningene og mulighetene må avdekkes. Spesielt bør begrensingene i koherent integrasjonstid utredes sammen med implikasjonene for maksimal oppløsning og rekkevidde. Disse aspektene bør også verifiseres gjennom laboratorie/feltforsøk med laboratorieutrustning. 2. Den operative kapasiteten til SAR mhp. oljedeteksjon bør verifiseres ved kontrollert bruk av en flybasert SAR mot faktisk oljeutslipp, med fokus på å etablere kontrastfunksjonen og operativt værvindu.her kan det svenske overvåkingsflyet med sin ELTA ELM/M 2022(V)3 m/isar & SAR bidra til ny kunnskap under olje-på-vann øvelser. 3. I en ny, norsk flytjeneste bør SAR vurderes som et supplement til SLAR. 4. Et konsept for bruk av flyttbar SAR løsning monterbart på et utvalg av innleide fly bør utredes dersom den fremtidige dedikerte flytjenesten ikke omfatter en SAR. 5. Bruk av miniatyriserte SAR løsninger bør vurderes for bruk i UAV, når slike plattformer får dokumenterbar, akseptabel pålitelighet. 6. Spesifikk koherent prosessering for oljedeteksjon bør utredes og utproves

Side: 19 av 44 Flybasert SLAR Teknisk virkemåte: Et overvåkingsfly kan operere fra stor høyde og med stor fart. En flybasert SLAR er en kost-effektiv sensor for denne operasjonsmodusen ved at den utnytter flyets egenbevegelse til å etablere en arealavbildning, og ved at den baserer seg på bruk av enkel og billig elektronikk. Som for SAR er det oljens demping av sjøens naturlige krusninger (sea clutter) som detekteres. En SLAR er oppbygd på en liknende måte som en navigasjonsradar for skip, men fremfor å bruke en roterende antenne benyttes en statisk antenne som utnytter flyets egenbevegelse til å generere bilder. Bruk av spesielle prinsipper i antennen gjør at vi kan overvåke både høyre og venstre side for flyet samtidig. Dermed blir det generert en bildestripe fra flyets posisjon og bakover. SLARen, slik den er blitt anvendt til nå, har faste antenner uten elektronisk strålestyring. En slik SLAR vil ikke kunne gi radaravbildning foran flyet, noe som er en operativ ulempe. For et begrenset området under flyet, innenfor en sektor tilsvarende 2 ganger flyhøyden, vil ikke radaren generere data (blindsone). Dette skyldes sterke speilende refleksjoner som forstyrrer mottakeren. En SLAR sender vekselvis ut en radarpuls på høyre og venstre side av flyet. Denne radarpulsen kan justeres i lengde ut fra hvor detaljert avbildning som skal gjøres. Det reflekterte ekkoet mottas i en forsterker som kompenserer for tilleggsdempningen fra de fjerne ekkoene, slik at en helt ut til en maksimal rekkevidde oppnår likeverdig signalstyrke. Deretter registreres dataene i en følsom mottager der de kombineres med data fra en nøyaktig navigasjonsenhet for å gi et georeferert bilde. Maksimal rekkevidde av objekter på-, eller veldig nær, havoverflaten er gitt av flyets flyhøyde ( radarhorisonten). Refleksjonsegenskapene til objektene (fartøy, olje) og eventuell regndempning vil også ha betydning. Radarhorisonten ligger typisk 30% lengre unna enn den optiske horisonten, da radarbølgene i en viss grad følger jordkrumningen pga tetthets og temperaturvariasjonen av luftmassene over sjøoverflaten. Flyhøyde Maksimal teoretisk rekkevidde, radarhorisont Maksimal praktisk rekkevidde for olje under gunstige forhold Arealdekningsevne, olje/skip 1 000 25 km 20 km 3 000 120 km 40 km 18 000 km 2 /h opp til 48 000 km 2 /h 10 000 400 km 50 km For store objekter med utstrekning i vertikalplanet (båter, plattformer), er den praktiske rekkevidden nær opp til radarhorisonten. For små objekter, som små fartøyer, vil rekkevidden være mye mindre og dessuten styrt av værforhold. En SLAR-deteksjon av olje forutsetter en viss vind slik at krusninger dempes slik at radarekkoet fra overflaten der oljen befinner seg svekkes. Værvinduet for operativ bruk av SLAR er derfor som følger: - Overflatevind 3-15 m/s - Nedbør, regn < 4 mm/h i måleområdet, < 20 mm/h utenfor måleområdet Lysforholdene (dagn/natt) påvirker ikke en SLAR.

Side: 20 av 44 SLAR virkemåte og geometri ( Kilde www.scc.se) Eksempel på SLAR. Flyets bevegelser presentert i GIS (Kilde: Rymdbolaget)

Side: 21 av 44 Egnethet med hensyn på fjernmåling av olje på sjøoverflaten: Side Looking Airborne Radar (SLAR) har flere tiår vært en kost-effektiv teknikk for generell havovervåkning, og har en god evne til å detektere bølgedemping på sjø. Denne teknologien er egnet for montering på mindre overvåkingsfly, men krever èn eller to relativ store antenner montert under buken av flyet. Status i dag Denne radartypen har vært i bruk i over 60 år, og var opprinnelig basert på registrering på film og manuell prosessering. SLAR systemene har blitt gradvis forbedret ved at moderne databehandling og kartsystemer er integrert i løsningen. Imidlertid selges fortsatt hovedsensorer som er nesten identisk med de tidligere systemene, i hovedsak fordi markedet ikke har etterspurt og spesifisert forbedringer. En mye brukt SLAR er et produkt laget av Ericsson Microwave. Denne opererer i frekvensbåndet 9 GHz og har en total vekt på 70 kg, hvilket muliggjør tilpasning på også lette flytyper. TERMA leverer en tilsvarende sensor. Dagens status for SLAR brukt til oljedeteksjon er: Bruk av en fly med SLAR gir stor arealdekningsevne per flytime, det vil si god kost-nytte. Den har vist seg egnet til å oppdage olje, og til en viss grad bidra til å rettlede oljevernressurser. En kritisk funksjonalitet er sikker identifikasjon av olje vs. andre signaturer (alger, stillebelter mv) som også gir svarte flekker på sjøen. Nåværende systemer har god diskriminasjonsevne under gode forhold (3-15 m/s vind), stort sett tilsvarende som for en SAR. En SLAR kan ikke estimere oljetykkelse direkte, men jo grovere sjø jo mer sannsynlig er det at betydelig oljemengde er tilstede. Også her er egenskapene ganske lik en SAR. Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv Med dagens grunnteknologi vil følgende forbedringer være tilgjengelige innenfor et 5 års perspektiv, dersom kundene stiller nye tekniske krav til SLAR-systemene: Bruk av multipolarisasjonsløsninger for sikrere identifisering av mål/oljeutslipp. Forbedringer i antenneløsningen vil enkelt kunne gi simultan måling av flere polarisasjoner for positiv klassifisering samt utvidelse av værvinduet (nedbør). Bruk av digital mottager og COR (Coherent On Receive) teknikk. Disse teknologiene vil tillate prosessering av hver oppløsningscelle mhp bevegelsesmønster. Dette gir utvidelse av værvinduet, og kan åpne for teknikker med potensial for tykkelsesestimering av olje på sjø. Bruk av BST (beam sharpening) sammen med COR for økning av oppløsningen. Denne teknologien vil tillate vesentlig øket asimutoppløsning også på store avstander. Dette gir bedre deteksjonsegenskaper og bedre plotting av konturene for et oljeutslipp Innenfor et 10 års perspektiv vil vi kunne forvente mer dedikerte systemer. De viktigste endringene: Bruk av fasestyrte antenner som tillater at antennestrålen scannes i asimuth. Dette vil muliggjøre observasjoner foran flyet. Dermed kan flyet justere flyruten avhengig av hva som observeres. Ulike former for lookback for verifisering av oppdagede spill, og kontinuerlig oppdatering av data fra et lokalt område. Fullstendig koherente ikke-bevegelige sendersystemer med større oppløsning og større middeleffekt som gir økt rekkevidde, diskriminasjonsevne og sterkt redusert regnclutterfølsomhet Fullpolarimetrisk antenner som gir forbedret målklassifiseringsevne. Utvidet bruk av algoritmebasert deteksjon og klassifikasjon for helautomatisk operatørstøtte. Ytterligere vektreduksjon og modulære løsninger som kan tilpasses ulike plattformer.

Side: 22 av 44 Det er viktig å merke at teknlogien i stor grad er tilgjengelig i dag, men da på større systemer rettet mot militærmarkedet. Trenden er imidlertid at disse teknologiene også kommer til nytte for mindre sivile systemer, og slike avanserte løsninger er allerede tilgjengelige for enkelte markeder. Det er også viktig å bemerke at skillet mellom SAR og SLAR systemer i framtiden vil bli utvisket, slik at disse systemene i stor grad vil ha samme innmat, men muligens ulik innpakning/montasje tilpasset ulike brukere. 2.2.3 Tilrådninger til NOFO - flybasert SLAR Ekspertgruppen har kommet frem til følgende tilrådninger: 1. Et spesifisert kravsett for flybasert SLAR bør utvikles. Disse bør stimulere eksisterende leverandører til å gjøre tilpasninger som vil styrke oljeovervåkingsevnen. Dette bør gjøres gjennom en modellering og etterfølgende utvikling av tekniske krav. NOFO bør være en pådriver overfor Kystverket/Kystvakten i forhold til en ny flytjeneste. Innledende tekniske innspill er allerede gitt til Kystverket. Eninnkjøpt SLAR kan videreutvikles gjennom inherent diskriminasjonsevne i radarsystemet (målenøyaktighet i signalnivå, polarisasjonssignatur, frekvensresponsmåling, dopplersignatur, romlig oppløsning) mv. 2. I samordning med myndighetene bør NOFO argumentere for en kombinasjon av SLAR og SAR for den nye flytjenesten når denne lyses ut. En SAR forventes å kunne kartlegge olje, lenser og skip uavhengig av lys, sikt og vær (med unntak av helt flat sjø der olje ikke vises). Dette gir for NOFO vesentlig økt nytte av fly. 3. Dersom UAV tas i bruk, bør bruk av SLAR utredes for allværs observasjon av akutte oljeutslipp. Denne bør utvikles trinnvis, og målet må være å oppnå en billigst mulig løsning som har tilstrekkelige egenskaper. Sensorsystemets kostnad må stå i forhold til UAVens pålitelighet. Navigasjonsradar på skip Teknisk virkemåte: En navigasjonsradar er en aktiv, ikke koherent sensor som sender og mottar signaler fra en roterende antenne. Radaren er optimalisert for harde mål (skip og land), ikke signaturer fra sjøoverflaten. Derfor har disse radarene HH polarisasjon. De fleste større skip har både en X-bånd og S-bånd navigasjonsradar, der pulslengden kan justeres (short, medium, long). Kort pulslengde er egnet for nærområder, mens lengre pulslengde gir økt rekkevidde på bekostning av dårligere signalkvalitet. Sirkulærpolarisasjon (CP) gir økt ytelse i nedbør. Egnethet mhp fjernmåling av olje på sjø: Ved å samle og lagre en rekke datasett (flere titalls rotasjoner med radarantennen) fra navigasjonsradaren, og etterbehandle disse i en datamaskin, kan demping av sjøsignaturer hentes frem. På denne måten blir også en ordinær ikke-optimal navigasjonsradar egnet for oljedeteksjon i fartøyets nærområde. Fordi denne sensoren alltid er tilstede i operasjon (i motsetning til fly/satellitt/helikopter), er den svært anvendelig for oljevernberedskapen. For innleide fartøy har NOFO hatt fokus på utnyttelse av eksisterende radarsensor ombord. Kompleksiteten av radarekstraktorene fra ulike leverandører er ulik, og fokus bør rettes mot utvelgelsen av systemer som gir robuste deteksjoner også for olje. Nye IMO regler vil frambringe nye produkter som kan få bedre måldeteksjonsevne.

Side: 23 av 44 Status i dag: Deteksjon av olje ut til 6500 meter fra et skip med antennehøyde 16 meter over havflaten er påvist gjennom NOFOs øvelser. For en modifisert stasjonær radar med VV polarsasjon og antennehøyde 60 meter over havet, vier modellering og forsøk på Troll C i 2008 at maksimal rekkevidde kan være 13-15 km. Ytelsen styres av navigasjonsradarens kvalitet og vindhastighet/sjøtilstand. Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv: Mange fartøy har både X og S bånd radar. Mulige ekstraktorløsninger med samtidig bruk av to frekvensbånd vil kunne gi forbedret oljedeteksjonsevne. Radarekstraktorene vil enkelt også kunne implementere tracking av transpondersignaler. Disse transponderne kan monters på fartøy, bøyer, lenser mv. Bruk av radar over 50 GHz (millimeter-radar) kan muligens gi gradering av bølgedemping og således skille mellom bekjempbar og ikke bekjempbar olje på sjø. Slike systemer kan bestå av svært kompakt og lett elektronikk i kombinasjon med små antenner (portabel/bærbart). 2.2.4 Tilrådninger til NOFO - navigasjonsradar på skip (1. generasjon OSD) Følgende tilrådninger er gitt for bruk av eksisterende navigasjonsradarer på skip. Dagens løsning bør videreføres, de operative erfaringene med MIROS OSD er gode. De 1. generasjons systemer som er kjøpt inn bør være gjenstand for systematisk kursing, teknisk oppfølging og drift. De bør plasseres om bord på de skip som mest sannsynlig blir involvert i en oljevernaksjon. Det har de senere år utviklet seg et marked for OSD systemer, og NOFO bør følge dette markedet nøye og utnytte dette når dagens MIROS OSD enheter skal fornyes. Selv om konkurrentene i dag ikke har en fullverdig automatisk deteksjon av olje, bør det vurderes om alle NOFO OSD systemer i fremtiden må ha denne funksjonaliteten - f.eks. på SKL fartøy av typen KV Harstad. Fordi markedet nå fungerer, bør NOFO ikke involvere seg økonomisk i videreutvikling av 1. generasjon OSD systemer. Nye krav kan fremmes gjennom tilbudsinnhenting og kjøp. Naturlige krav ved kjøp er medium puls håndtering i sann tid og S-bånd radar funksjonalitet. Potensialet for neste generasjons radar på skip - millimeter-radar - bør utredes og prøves ut på olje-på-vann øvelser. Stasjonær radar på innretninger Teknisk virkemåte: Disse radarene, som f.eks. Bridgemaster E på Troll-C eller danske OSIS (lav-effekt radar nærmest dome) bygger på samme grunnprinsippene som en navigasjonsradar, men har en mer påkostet teknologi og forbedrede antenner. I tillegg benytter de VV og/eller CP polarisasjon. Dette er de mest optimale for kartlegging av sjøsignaturer, og forsøk viser at det trolig er CP & medium puls modus som representerer den beste, generelle oljedeteksjonsmodus for stasjonære system på plattformer. Egnethet mhp fjernmåling av olje på sjø: Overvåkingsradar med VV og CP modus er godt egnet for fjernmåling av olje på sjø. Ved observasjon i avstand 6-15 km fra innretninger kreves vind over 8-10 m/s og at oljeutslippet har et areal som overstiger 1 km i lengde og 200 i bredde. Mindre oljesignaturer kan detekteres, men det skaper lett usikkerhet ved tolking. For deteksjon over 10 km krever sterkere vind og oljefilmen må dekke et stort areal.

Side: 24 av 44 Dersom samme radar på en innretning både skal benyttes til skipsdeteksjon og oljedeteksjon, gir dette følgende utfordringer: Optimal skipsdeteksjon krever horisontalpolarisasjon, mens optimal oljedeteksjon krever vertikalpolarisasjon. Dette betyr at eksisterende antenner med horisontal polarisasjon ikke er egnet til oljedeteksjon. Dette tilsier at overgang til dobbelpolariserte løsninger må tilstrebes. For begge anvendelsene er det ønskelig med antenner med smal asimut lobe for detaljert scanning. Eksisterende antenner er relativt små og kan med fordel oppgraderes. Optimal deteksjon av både båter og olje på lang avstand krever gode signal/støy-forhold. Dette oppnås best med bruk av høy antennevinning (parabolantenner, stacked waveguide). Denne type antenner bør derfor vurderes. For å oppnå lang rekkevidde plasseres antennene høyt. Dette begrenser deteksjonsevne i nærområdet både pga sterkt sjøclutter. En mulig todelt høy/lav installasjon bør vurderes for nye anlegg For fartøydeteksjon og tracking av slike vil integrasjon mot eksterne informasjonsbaser være påkrevet. Status i dag - videreutvikling: Stasjonær radar ble testet ut på Troll C 5. desember sammen med tre ulike OSD systemer. Tre utslipp på til sammen 13 m 3 emulsjon ble benyttet. Testen var vellykket og StatoilHydro vil publisere materiale om dette 1. mars 2009. På Bolærne i Oslofjorden pågår det en test med navigasjonsradar og MIROS OSD. Dette er et forskningsprosjekt som vil fremlegge resultater i 2009. 2.2.5 Tilrådninger til NOFO - stasjonær radar på innretninger Stasjonære radarer forventes å gi oljedeteksjon ut til ca.10 km fra innretninger når vindhastigheten er 8-10 m/s eller mer*. Ved vindhastighet 5-8 m/s tyder forsøk på at rekkevidden er om lag 6 km. Dersom rekkevidden er akseptabel og konseptet velges, kan følgende tilrådninger fremmes: 1. For oljedeteksjon vil det kreves bruk av VV polarisasjon, eller CP for bedre deteksjonsevne i nedbør. Medium puls er trolig mest egnet. 2. For fartøysdeteksjon bør polarisasjonen HH anvendes, maksimal rekkevidde og oppløsning fordrer high gain/lav asimut lobe antenne. 3. For bedring av deteksjonsevne og mulighet til å etablere presis målfølging, bør systemene inkludere høy rotasjonshastighet alternativt bruk av fasestyrte antenner. 4. For samtidig implementering av høy gain antenne og god deteksjonsevne, bør systemet ha vertikalstabilisert antennebeam, alternativt fasestyrt antenne-elevasjonsstyring. 5. Transponderløsninger bør inkluderes i radarsystemene for stedfesting av lenser og oljeflak (bøyer). 6. Økt ytelse vil kunne implementeres med et multifunksjonelt radarsystem, alternativt bør implementering med to separate radarhoder vurderes. 7. Systemet kan også suppleres med komplementære elektro-optiske systemer med stor rekkevidde. Vurdering av stasjonær radar er en spinn-off av arbeidet til NOFOs ekspertgruppe. Slike installasjoner faller inn under vurderings- og bruksområdet for de enkelte operatørselskap. * Vi må skille mellom stabil og dokumenterbar maksimal rekkevidde, og kortvarig maksimal rekkevidde som ikke kan gjentas systematisk, men som skyldes atomsfæriske forhold, kortvarige svært gunstige sjøtilstander mv.

Side: 25 av 44 2.3 Passive mikrobølgesensorer Flybasert MWR Teknisk virkemåte: Et radiometer er en innretning som detekterer og måler styrke på elektromagnetisk stråling i området 1-1000 GHz. Dette er en passiv sensor (den sender ikke ut energi), og kan benyttes for måling av fenomener på havoverflaten og forhold i atmosfæren (fuktighet, temperatur mv - innen meteorologi og oceanografi). Egnethet for fjernmåling av olje på sjø: Mikrobølgeradiometer har vist seg som et nyttige instrument for å estimere oljetykkelse. Operativ brukererfaringen tilsier at hovedanvendelsen bør skje som del av et flersensor-system tilpasset nærovervåkning rundt plattformer og i dedikerte fly. Status i dag: MWR har vært benyttet operativt i flere ti-år. I dag er det bare det tyske overvåkingsflyet som har MWR. De bruker tre ulike frekvensbånd. Operasjonelt har systemet følgende begrensninger: Generelt svake signaler som er følsomme for nedbør/yr/dis Signalet er syklisk, dvs. at for èn målt verdi er det flere mulige oljetykkelser. For å begrense dette problemet benyttes flere frekvensbånd. I tillegg til det tyske overvåkingsflyet, benytter det danske OSIS også MWR innenfor visse avstander fra sensoren. Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv: Systemet vurderes som mest aktuelt ved stasjonær overvåking, operativ erfaring i fly tilsier at sensoren ikke vil bli valgt i konkurranse med andre alternativ (f.eks. IR). Utviklingspotensialet vurderes som begrenset. 2.3.1 Tilrådninger til NOFO - flybasert MWR Følgende tilrådninger gis om MWR: 1. For stasjonære systemer vil moderne dataprosessering kunne medføre at MWR kan være en komplementær sensor til aktiv radar, og således gi en mer pålitelig deteksjon av olje på sjø. 2. NOFO bør på vegne av operatørselskapene følge utviklingen av MWR-produkter som f.eks. OSIS og vurdere disse opp mot øvrige sensorløsninger. MWR i det tyske flyet (til venstre). OSIS kombiner MWR med Radar i sitt deteksjonssystem.

Side: 26 av 44 2.4 Infrarøde sensorer Teknisk virkemåte: Alle legemer med temperatur over det absolutte nullpunktet utstråler elektromagnetisk stråling over et vidt spektrum, hvor utstrålt effekt bestemmes av legemets temperatur og dets overflatekarakteristikk. Det er dette det refereres til når vi omtaler fenomenet varmestråling. Mesteparten av varmestrålingen er i den infrarøde delen av spekteret. For eksempel så har halogen lyspærer en overflatetemperatur på ca. 3000 C, der ca. 4 % av utstrålt effekt er i den synlige delen av spekteret mens resten er i det infrarøde. To legemer med lik temperatur vil ikke nødvendigvis avgi varmestråling med samme effekt. Dette på grunn av forskjeller i overflatekarakteristikken. En sølvmynt har for eksempel en mye lavere utstrålt effekt enn en trekloss med samme temperatur. Når man vurderer varmestråling fra ulike legemer, brukes en referanse som vi betegner et svart legeme. Et svart legeme ved temperatur T har en varmestråling som er lik den teoretiske beskrivelsen av en perfekt varmestråler. Alle legemer ved temperatur T vil avgi varmestråling med en effekt som er mindre eller tilnærmet lik et svart legeme over et gitt bølgelengde intervall. Et legemes emisivitet defineres slik: e = W/Ws, der W er legemets utstrålings effekt og Ws er utstrålt effekt fra et svart legeme med samme temperatur. Emisivitet av ulike materialer: Sand 0.9 Nikkel: pusset 0.05 oksidert 0.37 Vann 0.98 Snø 0.85 Hud 0.98 Olje 0.96 Varmeutstråling oppstår bare noen få mikrometer innen overflaten av et legeme. Derfor er emisivitet en funksjon av overflate-egenskapene til et stoff. Derfor er det mulig å modifisere et legemes emisivitet ved å behandle dets overflate. For eksempel har en svartmalt sølvmynt mye høyere emisivitet enn en ubehandlet en. Det er utført målinger av hvordan et legemes emisivitet endres ved påføring av et annet materiale med ulike tykkelser. Et forsøk av spesiell interesse i denne sammenheng er måling av hvordan emisiviteten til nikkel påvirkes som følge av et lag med smøreolje av ulike tykkelser. Emisivitet som funksjon av tykkelse på oljelaget: Tykkelse [m] Emisivitet 0 0.05 2.5E-6 0.27 5.0E-6 0.46 12.5E-6 0.72 100E-6 0.82 Emisivitet av en overflate med et belegg er en funksjon av beleggets tykkelse. Årsaken til dette er at emisivitet av et råstoff over et gitt spekter er synonymt med absorpsjon i samme spekteret, forutsatt at legemet er i termisk likevekt. Når et legeme er i termisk likevekt, så er utstrålt effekt lik absorbert effekt. Hvis sjiktet er tynt nok til at deler av varmetrålingen ikke blir absorbert før den går gjennom, så vil det påvirke emisiviteten. Ulike råstoffer absorberer ulikt ved forskjellige bølgelengder. Derfor vil emisiviteten ikke være den samme når den måles for ulike bølgelengder.

Side: 27 av 44 Absorpsjon = Emisiviteten, og Absorpsjon = 1 - Reflektans Reflektans av vann fra 2 til 14 mikrometer Reflektans av olje fra 2 til 14 mikrometer Dette virker slik at olje på vann fremstår som sort (kaldere) enn vann (grått) hvis oljelaget er tilstrekkelig tykt, selv om den målte temperaturen på olje og vann er lik. I felt er det ofte observert at den aller tykkeste delen av et oljeflak fremstår som hvitt (varm) i et avansert, nedkjølt IR kamera. Dette skyldes at vann leder varme bedre enn olje, og at olje har en lavere spesifikk varmekapasitet enn vann (se vedlegg for en mer detaljert beskrivelse). Det er altså mulig å observere oljens relative tykkelse med infrarøde sensorer. Den absolutte tykkelsen er det ikke mulig å si noe om, men bare det å vite hvor den tykkeste delen befinner seg, sammen med en indikasjon på utspredelse av medium tykk (bekjempbar) olje, er veldig nyttig under en oljevernaksjon. En IR-sensor er et element med tilhørende elektronikk som har en målbar egenskap som varierer med innfallende strålingseffekt. IR-sensorene kan produseres med ulike prosesser hvor valg av detekktormaterialer bestemmer hvilke bølgelengder sensoren kan se. Vi deler inn sensorerene som kan detektere infrarød stråling i to kategorier: Termiske sensorer Kvante-sensorer Det er to viktige parametre som benyttes ved evaluering av IR-sensorer: NETD F/# Noise Equivalent Temperature Difference F number, en betegnelse for et tall som beskriver den lys-samlende egenskapen til et optisk system. Et F/1 system er mer lyssterk enn et F/2 system. Følsomheten til en infrarød sensor oppgis med NETD. Dette tallet betegner den minste temperaturforskjellen en sensor kan måle med signal til støy forhold lik én. Jo mindre dette tallet er, jo bedre er sensoren. Når vi vurderer en infrarød sensor må det tas hensyn til hvilket F/# som NETD er oppgitt for. Mange produsenter kan være misvisende å oppgi NETD for F/1, men forklarer ikke overfor brukeren at dette tallet ikke er riktig hvis linsem som leveres har et annet F/#..

Side: 28 av 44 Siden NETD er proporsjonal med F/# i andre potens vil en sensor som er oppgitt med NETD = 85 mk for F/1 med andre ord ha en faktisk NETD = 340 mk hvis man velger en linse med F/2. Årsaken til at vi kanskje vil ha et optisk system med høyere F/# er behovet for en smalere synsvinkel ("tele-linse") uten å øke diameteren på systemet, noe som ellers er dyrt og ofte upraktisk. Fra fotokamera kjenner vi til lovord om megapiksler og bedre bildekvalitet. Det er klart at bilder tatt med en megapiksel sensor er visuelt imponerende, men det er viktig å huske at fysikkens lover dikterer at NETD blir større (dårligere) når vi velger flere piksler dersom vi ikke samtidig reduserer F/#. Atmosfæren inneholder mange elementer som absorberer stråling ved ulike bølgelengder. Sammen legger de grunnlaget for et kompleks transmisjonsspekter med bestemte vinduer hvor stråling ikke absorberes like mye som ellers. I denne sammenheng er det naturlig å inndele termisk stråling i ulike bånd som betegnes SWIR, MWIR og LWIR. SWIR står for Short Wave InfraRed radiation og dekker spekteret fra 700 til 2500 nanometer. MWIR står for Medium Wave InfraRed radiation og dekker spekteret fra 3 til 5 mikrometer. LWIR står for Long Wave InfraRed radiation og dekker spekteret fra 8 til 14 mikrometer. Transmisjonsspekter av atmosfæren Dette medfører at infrarøde sensorer er optimalisert for en av de tre transmisjonsvinduene, men for fjernmåling av olje er bare MW- eller LWIR vinduene av interesse. Det er nyttig å merke seg at forskjellen i emisivitet mellom olje og vann er størst i LWIR vinduet. Dette er årsaken til at sensorene i dette spekteret hittil har vært benyttet mest for fjernmåling av olje, og derfor leser ofte at LWIR er best for fjernmåling av olje. Dette var korrekt før veldige gode sensorer med lav NETD ble tilgjengelig i MWIR spekteret. En bør også merke seg at atmosfæren absorberer mer i LWIR spekteret, derfor kan en se lenger med en MWIR sensor forutsatt at det ikke er regn eller tåke der begge dempes tilnærmet likt. Været påvirker infrarøde sensorer mer enn radar. Tåke og regn absorberer og sprer varmestråling. Dette er veldig avhengig av dråperadiusen. I regn er vanndråpene så store at spredning av strålingen er den samme for MW- og LWIR. Vann absorberer tilnærmet like mye i MW- or LWIR. Dette er et emne som forklares i mer detalj i vedlegget. Refleksjoner fra bakgrunnstråling kan også være et problem for IR deteksjon av olje. Den lavere emisiviteten av olje i forhold til vann innebærer også at olje reflekterer mer innfallende stråling enn det vannet gjør. Det betyr at hvis innfallende bakgrunnstråling reflekteres inn i sensoren så kan kontrasten mellom olje og vann forsvinne. I dag kan nok dette observeres operativt, men dette vil ikke være et problem med fremtidens sensor teknologi (se kap.2.4.2).

Side: 29 av 44 2.4.1 Ikke nedkjølte sensorer I denne sensorkategorien finner vi de termiske sensorene. Teknisk virkemåte: Termiske sensorer absorberer infrarød stråling. Effekt av innfallende stråling medfører en endring i motstand (eller spenning) over detektorelementet. Følsomheten er uavhengig av innfallende bølgelengde, men er generelt relativt lav. Siden de ikke trenger nedkjøling, er de klar for bruk med en gang de er skrudd på. Egnethet med hensyn på fjernmåling av olje på sjø: På grunn av den lave følsomheten av sensoren er det svært viktig å velge optikk med lavt F/# En typisk mikrobolometer-sensor med F/1 objektiv har NETD = 85 mk. Forskjellen i emisiviteten i 8 12 mikrometer spekteret tilsvarer en temperaturforskjell på 2.1 K. Med NETD = 85 mk har man et signal til støyforhold på 25 i god sikt, noe som er akseptabelt for fjernmåling olje på sjø. Det er mulig å se medium tykk olje som IR-svart, mens man har lite mulighet til å observere nyanser av tykkelse. Hvis temperaturforskjellen mellom medium og tykk olje er tilstrekkelig, bør det i spesielt gunstige situasjoner være mulig å observere IR-hvitt for emulsjon. Status i dag: Termiske sensorer har vært i bruk lengst, og produksjonsvolumet har økt vesentlig de senere år. Selskapet FLIR har gjort mye for å realisere dette ved å investere store summer i masseproduksjon av detektorer og de tilhørende kontrollkretsene. Bilfabrikken BMW har for eksempel signert en stor avtale med FLIR om IR kamera i biler (for å se mennesker og dyr langs en mørklagt vei). Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv: Ytelsesmessig så er det vanskelig å forbedre termiske sensorer. De vil be billigere, men det forventes ikke at deres egnethet for fjernmåling av olje på sjø vil forbedres vesentlig de neste 5 10 årene. 2.4.2 Nedkjølte sensorer Teknisk virkemåte: I kvantesensorer absorberes infrarød stråling ved at et elektron-hull par dannes, og en bias-spenning over detektorelementet trekker disse ut. Deretter måles strømmen med en ekstern krets. Følsomheten er avhenging av innfallende bølgelengde, og har et globalt maksimum ved en gitt bølgelengde som bestemmes av materialene detektoren lages av. Følsomheten er mye høyere enn for termiske sensorer, og har i senere tid nærmet seg det som er teoretisk mulig å oppnå. En kjølemotor holder temperaturen av detektorelementet på ca 70 K (-203 0 Celsius). Sensoren kan konfigureres til å måle MW- eller LWIR stråling, men ikke begge samtidig. Kjølemotoren har en begrenset livstid (typisk 8500 timer), så driftkostnader av denne sensortypen er høyere enn for ukjølte sensorer.

Side: 30 av 44 Egnethet - fjernmåling av olje på sjø: En typisk aktivt kjølt sensor med F/1 objektiv har NETD = 1.6 mk. Forskjellen i emisiviteten i 3 5 mikrometer spekteret tilsvarer en temperaturforskjell på 1.0 K. Med NETD = 1.6 mk har man et signal til støyforhold på 625 i god sikt, noe som er veldig bra for fjernmåling av olje på sjø, og vesentlig bedre enn ukjølte sensorer. Vanligvis utnytter man den gode følsomheten av denne sensortypen til å ha zoomlinser som har et større F/#. En typisk kjølt sensor med zoomlinse og F/4 har NETD = 25 mk. Dette tilsier et signal til støyforhold på 40, noe som fortsatt er bra for fjernmåling av olje på sjø i tillegg til at man kan se mye lenger med de ulike zoomenivåene. Status i dag: Det finnes to typer kvantesensorer på markedet i dag. En er basert på ordinære p-n overgang dioder med båndgapet matchet til de bølgelengdene man ønsker å måle. Disse sensorene er ikke ulik de som brukes i vanlige kameraer bortsett fra at de trenger nedkjøling for å redusere støynivået til et akseptabelt nivå. Den andre typen er en mindre moden teknologi som betegnes QWIP quantum well infrared photodetektor. QWIP sensorer er mer komplekse strukturer som dannes av lag med ulike halvledere som danner brønner hvor elektroner er bundet med bestemte tillate energinivåer, som igjen bestemmer hvilket spekter de opererer innenfor. Det er stor overvekt av ordinære p-n basert sensorer på markedet nå, men dette kan endre seg på kort til medium sikt. Ordinære p-n basert sensorer er en moden teknologi hvor det er ikke blir store forbedringer i følsomhet ettersom at de allerede er i nærheten av hva som er teoretisk mulig å oppnå. Forbedringer i disse sensorene kommer til å være i form av økt volumproduksjon med økt kvalitet og lavere pris. Utviklingspotensialet i et 5-10 års perspektiv: Den største utviklingen forventes for QWIP baserte sensorer. Disse produseres med kjent teknologi som allerede er i bruk i stor skala til produksjon av faststoff laser-elementer (finnes i CD og DVD spillere). Dette vil gjøre at QWIP sensorer vil bli vesentlig billigere enn dagens sensorer når de produseres i store antall. En annen fordel med QWIP sensorer er at vi får mye bedre kontroll over dens respons, og det er mulig og lage QWIPs på en slik måte at de kan operere i både MW- og LWIR spektrene bare ved å endre spenningen over detektoren. Dette gjør den enda bedre egnet til fjernmåling av olje på sjø. En såkalt dual band sensor er allerede tilgjengelig, riktig nok med lav oppløsning, fra tyske Thermosensorik. Refleksjoner av bakgrunnstråling ble nevnt som et problem for oljedeteksjon. Avhengig av innfallende strålingseffekt mister kontrast mellom olje og vann i enten MW- eller LWIR spekteret, men ikke begge samtidig. Har man en dual band sensor kan vi bytte mellom de to spektrene og således ivareta kontrasten mellom olje og vann helt uavhengig av bakgrunnsrefleksjoner. 2.4.3 Tilrådninger til NOFO - infrarøde sensorer Tilrådninger til NOFO om infrarøde sensorer: 1. IR-sensoren vil forbli den dominerende sensoren for kartlegging av bekjempbar olje på sjø. 2. Ikke nedkjølt, håndhold IR utstyr bør ha lav F-verdi for optikken. Systemene bør fortsatt være et supplement om bord på oljevernfartøy, og de har god kost-nytte pga. lav pris. 3. Om nedkjølt IR er kost-nyttemessig forsvarlig på skip, med de lave observasjonsvinkler dette medfører, bør undersøkes nærmere. Også dual-band QWIP teknologi bør vurderes nærmere.

Side: 31 av 44 2.5 Andre sensorer UV scanner eller bruk av ordinære lys-kilder benyttes, eller har vært brukt, for kartlegging av olje på sjø. Scanner i fly benyttes for å kartlegge utslippets areal, men skiller ikke mellom ikke-bekjempbare (tynne) oljefilmer og bekjempbar (tykk) olje. Sensoren virker bare i dagslys. For NOFO vurderes sensoren som lite aktuell. UV lyskilder og ulike lavlys-kamera kan også detektere olje i mørke, men kan ikke skille mellom ulike oljetykkelser. Systemene har begrensninger og IR vurderes som langt mer egnet. LFS - Laser Fluoresensor består av en aktiv UV-laser som fra fly kan benyttes mot olje på sjø. Laseren får oljen til å lyse opp, og dette lyset tas imot og analyseres. Systemet, som er i operativ bruk for olje kùn i Tyskland og Canada, kan måle oljetykkelse opp til 0,2 mm og skille mellom ulike oljetyper. LFS er svært kostbart og ikke aktuelt før prisnivået blir vesentlig redusert. Likevel må det tyske flyet betraktes som en verdifull ressurs f.eks. ved olje-i-is situasjoner, siden LFS bør kunne detektere olje på faste overflater. Analyse av det visuelle spekteret (appearance) fra olje på sjø er gjenstand for forskning både hos Chalmers i Sverige og SINTEF. Hensikten er å kunne erstatte noe av den subjektive appearence vurderingen som nå påhviler profesjonelle systemoperatører om bord i fly eller helikopter. NOFO bør følge denne forskningen, og har allerede bidratt til arbeidet ved at Chalmers universitet har deltatt på olje-på-vann øvelser. 2.5.1 Tilrådninger om andre sensorer Tilrådninger: 1. NOFO bør følge med på forskning og marked innen LFS og andre sensortyper med sikte på å stimulere markedet, f.eks. gjennom deltagelse på øvelser. 2.6 Plattformer for sensorer Fjernmålingssensorer kan plasseres på ulike plattformer. Plattformene påvirker hvilket geografisk område fjernmålingen kan dekke, observasjonsavstand, energiforbruk,vinkler, operativ tilgjengelighet og kostnader. Aerostat En aerostat er en fortøyd lettere-enn-luft farkost, normalt fylt med helium. NOFO har hatt to slike system bardunert til skip med flyhøyde 200 meter. Begge disse er gått tapt ved uhell. De hadde nedkjølt IR og video om bord. Mens et helikopter bare kan være over skadestedet i perioder, kan en aerostat benyttes kontinuerlig. Høyden gir god fjernmåling av eget oljevernsystem og, dersom distansen ikke er for stor, også oppsamlingssystemer lokalisert foran og bak aerostat-fartøyet. De operative erfaringene er meget gode, men logistikken er relativt krevende. Systemene krever jevnlig vedlikehold for å unngå uhell og tap av farkost. Ved bortfall av det nasjonale overvåkingsflyet, ble gjenanskaffelse av aerostat aktualisert. Siden statens reservefly (LN-HTD) nå har fått installert en SLAR, er situasjonen ikke lenger like prekær. NOFO bør derfor ta seg tid til å evaluere aerostat opp mot sensorsystem på taket av skipsbro, f.eks. gyrostabilisert nedkjølt IR og video. For å evaluere disse to systemene, kan det være aktuelt å kjøpe inn et enkelt aerostat-system (hyllevare) til bruk under øvelser, og til bruk ved spesielle behov f.eks. leteboringer.

Side: 32 av 44 Ubemannet farkost (UAV/UAS) Ubemannede luftfarkoster finnes i mange variasjoner - fra små helikoptre til store fly med interkontinental rekkevidde. Det største markedet er militære formål, men f.eks. mindre helikopterfarkoster med kamerasystem benyttes av brannvesen i Tyskland. Vi kjenner ikke til at ubemannede luftfarkoster/system (UAV/ UAS) har vært benyttet operativt under en oljevernaksjon. I Norge har NORUT i Tromsø benyttet et 150 kg ubemannet fly til forskningsflyvning i Arktis (Ny Ålesund) med godt resultat. Innsamlede data lagres fortløpende i et GIS-system. Et slik system vurderes som godt egnet for vertikalfotografering av strender i kystområder og bør prøves ut. Selskapet SiMiCon vil i 2009 iverksette en utredning om bruk av UAV. Her er Kystverket en av kundene, og det vil bli vurdert å benytte UAV til å sjekke identitet til skip som ikke har AIS når de passerer Vardø VTS. NORUT vil også inngå i dette prosjektet. Utfordringen med UAV er at sannsynligheten for at farkosten går tapt er betydelig, typisk 50% i dårlig vær og 5-10% i godt flyvær. Skal man investere i en mer pålitelig UAV når vi raskt kostnaden til en bemannet plattform. Derfor vurderes bruksområde relativt smalt, men to områder utpeker seg: Systematisk vertikalfotografering av et kystområde (øyer, fjordsystem) for å identifisere oljepåslag. Sensoren (fotokamera) er billig, tap kan aksepteres. Flyvning ut fra skip i åpent hav under krevende værforhold (sikt) der helikopter og fly ikke kan operere. F.eks. bruk av IR sensor fra meget lav høyde i et systematisk søk. Førstnevnte er mest aktuelt, og kan gjerne være et sovende prosjekt som igangsettes når det blir aktuelt. NOFO bør vurdere å samarbeide med Kystverket om dette. Skip Erfaring med oljedeteksjonsradar på skip er godsikrer kontinuerlig fjernmålingen i et begrenset område. Skipsbasert fjernmåling er derfor enkel, robust og pålitelig. Fly Å kombinere sensorer med en godt trenet systemoperatør i fly representerer fundamentet i det nasjonale fjernmålingstjenesten. NOFOs samarbeid med Kystverket om flytjenesten bør videreføres. Kombinasjonen av sensorer med visuell vurdering sikrer pålitelig rettledning/veiledning av oljevernressursene, men avhenger av flyvær og kompetanse. Fly kan ikke være kontinuerlig tilgjengelig, men gir periodisk detaljert oppdatering av situasjonen. Et fly men trenet mannskap vil også kunne vurdere omfanget av et utslipp og således bidra til korrekt dimensjonert respons. NOFO bør innta en aktiv rolle overfor Kystverket om tjenestens tekniske ytelser og kompetanse ( minimum antall kvalifiserte systemoperatører), operasjonell disponering og valg av sensorer til det flyet som skal erstatte det tapte LN-SFT. Det er ikke gitt at dagens tjeneste videreføres med samme flyoperatør. Helikopter Helikopter utgjør den optimale plattformen for fjernmåling, men har klare begrensninger i forhold til operativ tilgjengelighet (stramt marked) og vær/sikt. Dedikerte helikoptre for fjernmåling er svært kostbart, men kan kombineres med søk- og redningsfunksjonen. I praksis har det vist seg vanskelig å planlegge med helikopter fordi det er mange forhold som kan forhindre at det kan mobiliseres. Som føre-var strategi anbefales det at NOFO ser på helikopterbasert fjernmåling (IR, visuelt) som et nyttig supplement. Skipsbaserte sensorer forventes på sikt å være godt nok, slik at helikopter i større grad kan fremstå som en mindre kritisk ressurs enn i dag.

Side: 33 av 44 Satellitt Ingen andre plattformer kan måle seg med arealdekningen til satellitt. For en overvåking av hele sokkelen inkl. rørledninger, er radarsatellitter i dag eneste troverdige løsning. Antall egnede satellitter er økende, og deres polarbaner (nord-sør bevegelse) gjør norsk sokkel ekstra egnet for denne sensorplattformen. Norge er verdensledende i denne type tjenester, og leverer nær-sanntids tjenester til en rekke land (EU/EMSA). 2.6.1 Tilrådninger om plattformer Tilrådninger om plattformer: 1. NOFO bør basere seg på satellitt, fly og skip som sine primære plattformer for fjernmålingssensorer. Skipsbasert aerostat bør vurderes opp mot et IR system plassert om bord på skipet. 2. Redusert avhengighet av helikopter bør tilstrebes. 3. I samordning med myndighetene bør NOFO argumentere for en kombinasjon av SLAR og SAR i den nye flytjenesten når denne lyses ut. En SAR forventes å kunne kartlegge både olje, lenser og skip uavhengig av lys, sikt og vær (med unntak av helt flat sjø der olje ikke vises). Dette gir for NOFO vesentlig økt nytte av fly. 2.7 Integrerte system Antall tilgjengelige fjernmålingssensorer er stort og økende. Det foreligger et stort behov for å integrere informasjon både på broen til OR fartøy (sensor-overlay), og på land (situasjonsplott). Dette er to ulike problemstillinger som krever to type løsninger: Sann-tids nær-sone fjernmålingsinformasjon på bro, og nærsann tids situasjonsplott på land der det i tillegg til fjernmålingsdata også benyttes prognoseverktøy og fakta om ressurser i aksjon og hvor disse til enhver tid befinner seg. Det første trinnet for et integrert system på bro er å kombinere radar med IR i et kartbasert system. Disse to sensorene utfyller hverandre og vil kunne gi kontinuerlig situasjonsoversikt for skipsfører. Neste trinn vil være at skipet også kan se det overordnede situasjonsplottet. Dette bør sammenstilles av personell i NOFOs operasjonssentral på land. Dette krever rask og sikker kommunikasjon i alle ledd. På land finnes det i dag flere ulike GIS systemer som kan lage situasjonsoversikter, f.eks. SARA (CMR) på Hovedredningssentralene, Kystinfo hos Kystverket og Actlog (DnV). Utfordringen er å utvikle et GIS verktøy med en innebygget operasjonell strategi - dvs. skreddersydd de fasene en oljevernaksjon består av. Hva trengs av informasjon i henholdsvis varsling, mobilisering, bekjempning nær kilden, bekjempning i drivbane, i kyst-sone og under strandrensing? Det er denne indre logikken, ikke GIS verktøyet i seg selv, som må stå sentralt når fremtidens overordnede situasjonsplott på land skal utvikles. Integrerte system på skip og land vil være et sentralt tema i NOFOs teknologiutviklingsprogram. 2.7.1 Tilrådninger om integrerte system Tilrådninger: 1. Det bør utvikles et sann-tids system på broen til OR fartøy som kombinerer skipsbasert radar, IR og sjøkart. 2. Det bør utvikles et nær sann-tids system for kartbasert situasjonsplott i NOFOs operasjonssentral der fjernmålingsdata, meteorologiske data, prognoser fra modellverktøy og forvitringsdata inngår. Det dynamiske plottet bør være tilgjengelig for alle involverte i aksjonen gjennom et web-basert grensesnitt.

Side: 34 av 44 3 Referanser [1] Arnesen and Olsen, 2004, Vurdering av ENVISAT ASAR for skipsdeteksjon, FFI/Rapport- 2004/02121 [2] Brekke, C., 2008, Automatic Screening of Synthetic Aperture Radar Imagery for Detection of Oil Pollution in the Marine Environment, PhD thesis, University of Oslo [3] Gambardella, A., Nunziata, F. and Migliaccio, M., 2007, Oil spill observation by means of copolar phase difference, POLinSAR 2007, European Space Agency. [4] Migliaccio, M. and Tranfaglia, M., 2005, A study on the Use of SAR Polarimetric Data to Observe Oil Spills, Ocean-Europe, 196 200. [5] Migliaccio, M., Gambardella, A. and Tranfaglia, M., 2007, SAR Polarimetry to Observe Oil Spills, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 45 (2), 506 511. [6] Jackson and Apel (eds.), 2004, Synthetic Aperture Radar Marine User s Manual, U.S. Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration, National Environmental Satellite, Data, and Information Service Office of Research and Applications [7] Solberg et al., 2004, D2-report on benchmarking oil spill recognition approaches and best practice, Tech. rep., Oceanides project, European Commission, Archive No. 04-10225-A- Doc, Contract No: EVK2-CT-2003-00177 [8] Attema, E., 2005, Mission Requirements Document for the European Radar Observatory Sentinel-1, Requirement Specification, European Space Agency, ES-RS-ESA-SY-0007, issue 1, revision 4. [9] Hudson, R., 1969, Infrared System Engineering, Wiley, SBN 471 41850 1

Side: 35 av 44 VEDLEGG 1 Synthetic Aperture Radar (SAR), - virkemåte og eksempler Teknisk virkemåte: De fleste avbildende radarer produserer 2D bilder. De to dimensjonene kalles range og azimuth. Se Figur 1. Azimuth er retningen langs radarplattformens bevegelsesretning, mens range er retningen normalt på azimuth. Innfallsvinkelen er vinkelen mellom slant range retningen og retningen normalt på overflaten som radaren belyser. Sporbredden er avstanden mellom nærmeste og fjerneste ground range innenfor radarstrålen. Figur 1 Avbildingsgeometrien for SAR. Illustrasjonen er hentet fra: http://envisat.esa.int/handbooks/asar/cntr5-2.htm En satellitt-basert SAR sender typisk ut signaler mot høyre side i forhold til fartsretningen til satellitten. Radaroppløsning: Den romlige oppløsningen er et mål på hvor små detaljer en radar kan skille fra hverandre som to ulike objekter. Vi skille mellom range og azimuth oppløsning. SAR og SLAR skiller mellom mål i range dimensjonen på samme måte, men det er SARens evne til å produsere relativt fin oppløsning i azimuth (i dimensjonen parallell med fartsretningen) som skiller SAR fra andre radarer. Oppløsningen i range-retning er definert som minimum avstand mellom to objekter (med samme posisjon i azimuth, men med ulik range) som kan betraktes som separate av systemet. Range bestemmes ved presist å måle tiden fra transmisjon av en puls til mottak av ekkoet fra målet. Finere range-oppløsning kan oppnås ved

Side: 36 av 44 å bruke kortere pulslengde. Dette kan imidlertid bare gjøres innenfor visse designbegrensninger. Derfor hviler i stedet range-oppløsningen på valget av pulskoding og hvordan returen fra hver puls prosesseres. Beamvidden definerer oppløsningen i azimuth. Ettersom beamvidden øker (som en vifte) med økt avstand fra radaren, vil den romlige oppløsningen minske. I tillegg til range definerer antennelengden beamvidden. For å oppnå god oppløsning i azimuth kreves det en fysisk lang antenne i along-track dimensjonen for å fokusere den sendte og mottatte energien til en skarp beam. Nøkkelprinsippet med satellittbasert SAR er å bruke plattformens bevegelse framover for å syntetisere (gi ytelse tilsvarende) en lang antenne. Når SAR antennen flytter seg framover, vil en serie pulser bli sendt og mottatt slik at hvert mål bestråles flere ganger. Data samles så inn mens satellitten beveger seg og dataene prosesseres som om de kom fra en fysisk lang antenne. Dette betyr at etterhvert som sensoren beveger seg langs banen, lagres ekkoene koherent (radar signalet lagres som en funksjon av tid) og kombineres i prosessoren for å syntetisere en mye lenger antenne (apertur) enn den fysiske. Avstanden satellitten flyr mens den lagrer de reflekterte pulsene fra målet, kalles den syntetiske aperturen. Mål i far-range blir bestrålt i lenger tid enn mål i near-range. Den økte beamvidden, i kombinasjon med den økte tiden målet er i beamen etter hvert som ground-range øker, balanserer hverandre. Oppløsningen forblir konstant ut over i sporet. En smal syntetisk beam resulterer i en relativt lang syntetisk apertur. Dette gir bedre oppløsning enn hva som er mulig med en mindre fysisk antenne. Polarisasjon: Med polarisasjon menes orienteringen til signalets elektriske felt. De fleste SAR systemer er designet for å sende horisontalt (H) eller vertikalt polariserte signaler (V). Antenna mottar også enten H eller V. Noen SAR systemer kan motta flere polarisasjoner samtidig. Vi kan ha fire kombinasjoner. Ko-pol: HH og VV, og kryss-pol: HV og VH. VV gir høyere tilbakespredning fra havoverflata enn HH pga den høye dielektriske konstanten til sjøen. Støygulvet: Støygulvet definerer det laveste detekterbare signalet i radarsystemet. Enhver radar genererer termisk støy som oppfattes i mottakeren. Hvis havoverflaten er så blank at det reflekterte signalet ikke overstiger støygulvet, vil selve havoverflaten ikke kunne observeres av radaren og bildet blir helt svart. I SAR-bilder skiller områder med olje seg ut ved å fremstå som mørkere enn omliggende sjø. Olje kan avbildes i SAR fordi mineralsk olje demper de korte bølgene på havoverflata (kalt gravity-capillary waves). SAR opererer med innfallsvinkler mellom 20-70 grader. Innenfor dette intervallet kan radarens tilbakespredning beskrives ved hjelp av Bragg-teori [6]. Innen Bragg-teori antar man at den dominerende mekanismen for tilbakespredning er resonnans mellom den utsendte pulsen (med tilhørende bølgelengde), og bølger på havoverflata med tilhørende proporsjonale bølgelengder (i størrelsesorden cm-dm). En betingelse for å detektere olje på havoverflaten er at vinden er sterk nok til å generere slike Bragg-bølger der havoverflata ikke er dekket av olje, og at signalstyrken fra det olje-frie havet er over støygulvet til radaren. Uten vind vil sjøen virke som et speil på utsendt puls, og deteksjon er umulig (all utstrålt energi reflekteres vekk fra satellitten). Satellittbasert SAR Satellittbasert SAR er i dag en mye brukt teknikk for å detektere (oppdage, posisjons- og arealbestemme) akutt oljeforurensning på havoverflata. Flere kommersielle SAR-satellitter er tilgjengelig på markedet. En god del erfaring fra både forskning og operasjonell bruk av blant annet ERS-1 & 2 (Europeisk), RADARSAT-1 & 2 (Canadisk) og ENVISAT (Europeisk) for oljedeteksjon er opparbeidet. ERS-1 er imidlertid ikke operasjonell lenger. Med RADARSAT-1 & 2 og ENVISAT Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) ble bilder med stor sporbredde (opp til 500 km for RADARSAT-2) tilgjengelig ved at den såkalte ScanSAR teknikken ble tatt i bruk.

Side: 37 av 44 ENVISAT ble skutt opp i 2002. SAR systemet er C-bånd (i likhet med ERS-1/-2 og RADARSAT-1). Med ENVISAT ASAR har vi tilgang på bilder med alternerende polarisasjon (AP). Dette innebærer bilder med flere enn èn kanal (VV og HH, VV og VH eller HH og HV) og høyere oppløsning sammenliknet med Wide Swath (WS) moden, men på bekostning av mindre arealdekning. Den 5. desember 2008 ble utlike SAR modi hos Radarsat-2 testet ut mot olje (StatoilHydro Troll-C test). ENVISAT ASAR opptaksmoder. Et eksempel på en ny plattform med stort potensiale for både olje og skipsdeteksjon er RADARSAT-2. Dette er en Canadisk satellitt (utviklet av Canadian Space Agency (CSA) og MacDonald Dettwiler and Associates (MDA)) som ble skutt opp rett før jul i 2007. RADARSAT-2 er en oppfølger til RADARSAT-1. SAR antenna her er C-band i likhet med RADARSAT-1. SAR antenna til RADARSAT-2 har også mulighet for å se mot både høyre og venstre i forhold til satellittens bane. Alle avbildingsmoder er tilgjengelige fra begge sider. Dette vil bidra til å øke dekningsgraden ytterligere. Deteksjonsevnen til RADARSAT-1 med hensyn på skipstrafikk har vært påvirket av vindforhold og sjøtilstand. RADARSAT-2 vil kunne operere i nye moder som vil være betydelig mindre avhengig av værforholdene. Bilder fra RADARSAT-2 ble tilgjengelig fra KSAT fra og med sommeren 2008. Flere av SAR-systemene som nå blir skutt opp har også muligheter for full-polarimetri (også kalt quadpolarimetri). Både RADARSAT-2 og TerraSAR-X er eksempler på dette. Dette vil si at både fase og amplitudeinformasjon for hver piksel, og den relative faseinformasjonen mellom båndene, er tilgjengelig. Hvorvidt dette kan benyttes til forbedret deteksjon og klassifikasjon av olje, er et spørsmål forskerne forsøker å finne svaret på.

Side: 38 av 44 RADARSAT-2 SAR moder. Det har blitt publisert resultater som tyder på at disse produktene kan bidra til forbedret skille mellom olje og sjø, samt olje og naturlige filmer [3,4,5]. Satellittbasert SAR kan derfor i fremtiden vise seg å være et enda mer effektiv verktøy for oljedeteksjon Beam Mode Nominal Reso -lution (m) Scene Size (km x km) Scene Area (km²) Polarization Options Single Pol Dual Pol Quad Pol HH VV HV VH HH+HV VV+VH Ultra-Fine 3 20 x 20 400 x x x x Multi- 8 Look Fine 50 x 50 2,500 x x x x Fine 8 50 x 50 2,500 x x x x x x Standard 25 100 x 100 10,000 x x x x x x Wide 30 150 x 150 22,500 x x x x x x ScanSAR 50 Narrow 300 x 300 90,000 x x x x x x ScanSAR 100 Wide 500 x 500 250,000 x x x x x x Extended 25 High 75 x 75 5,625 x Fine 8 Quad-Pol 25 x 25 625 x Standard 25 Quad-Pol 25 x 25 625 x Oversikt over RADARSAT-2 polarisasjonskombinasjoner. Tabellen er lastet ned fra følgende Webside: http://www.radarsat2.info/product/beam_modes_pol_options.asp, 16. mai 2008. HH +VV +HV +VH

Side: 39 av 44 COSMO-SkyMed COSMO-SkyMed er et italiensk satellittkonsept finansiert av Italian Space Agency (ASI) og Italian Ministry of Defense (MoD). Den har som mål å etablere en italiensk kapasitet for Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (ISR) i det italienske forsvaret, sikkerhetsrelatert overvåking for sivile myndigheter samt miljøovervåking og topografisk kartlegging Z EC I COSMO-SkyMed X-band SAR Spacecraft Constellation orbital plane Equatorial Plane Su n Y EC I X EC I Line of nodes Apses line COSMO-SkyMed. Konstellasjon av fire SAR-satellitter i bane rundt jorda.