Klasyfikacja akustyczna dna morskiego

Klasyfikacja akustyczna dna morskiego polega na podziale obrazu akustycznego dna morskiego na odrębne jednostki fizyczne lub klasy. Jest to szczególnie aktywny obszar rozwoju w dziedzinie mapowania dna morskiego , geofizyki morskiej , akustyki podwodnej i mapowania siedlisk bentosowych. Klasyfikacja dna morskiego jest jedną z dróg do scharakteryzowania dna morskiego i jego siedlisk . Charakterystyka dna morskiego stanowi powiązanie między sklasyfikowanymi regionami a właściwościami fizycznymi, geologicznymi, chemicznymi lub biologicznymi dna morskiego. Klasyfikacja akustyczna dna morskiego jest możliwa przy użyciu szerokiej gamy systemów obrazowania akustycznego, w tym echosond wielowiązkowych , sonarów bocznych , echosond jednowiązkowych , systemów interferometrycznych i profili poddennych . Klasyfikację dna morskiego na podstawie właściwości akustycznych można podzielić na dwie główne kategorie; klasyfikacja powierzchniowego dna morskiego i klasyfikacja podpowierzchniowego dna morskiego. Technologie obrazowania podpowierzchniowego wykorzystują dźwięk o niższej częstotliwości , aby zapewnić lepszą penetrację, podczas gdy technologie obrazowania powierzchniowego zapewniają obrazy o wyższej rozdzielczości dzięki wykorzystaniu wyższych częstotliwości (szczególnie w płytkiej wodzie).

Klasyfikacja powierzchniowego dna morskiego

Metody klasyfikacji

Klasyfikacja przypowierzchniowego dna morskiego dotyczy przede wszystkim wyróżniania cech morskich siedlisk dennych (np. twarde, miękkie, szorstkie, gładkie, mułowe , piaszczyste , gliniaste , brukowe ) badanego obszaru. Najczęściej stosowane technologie to echosondy wielowiązkowe , systemy sonarowe ze skanowaniem bocznym i systemy akustycznej dyskryminacji gruntu (AGDS) . Stosowanie czujników optycznych zostało ograniczone do głębokości poniżej 40 m ze względu na absorpcję promieniowania elektromagnetycznego przez wodę. Pomimo tego ograniczenia opracowano narzędzia do przetwarzania w celu klasyfikowania danych uzyskanych za pomocą powietrznych batymetrycznych LiDAR . Niemniej jednak akustyka pozostaje preferowaną metodą obrazowania dna morskiego, ponieważ dane można uzyskać na znacznie większym obszarze (niż pobieranie próbek in situ) z niemal każdej głębokości.

Systemy wielowiązkowe uzyskują zarówno dane batymetryczne (głębokość), jak i rozproszenie wsteczne (intensywność). Wielowiązkowe rozproszenie wsteczne było wcześniej uważane za produkt uboczny badania wielowiązkowego, przy czym batymetria była podstawową informacją. Niedawne postępy w metodach akwizycji, przetwarzania i analizy wielowiązkowego rozproszenia wstecznego zwiększyły zakres zastosowań, w których można stosować systemy wielowiązkowe, i obecnie umożliwiają gromadzenie zbieżnych przestrzennie i czasowo wielospektralnych wielowiązkowych rozproszeń wstecznych. Nowe metody analizowania danych rozproszenia wstecznego zwiększyły jego potencjał w zakresie charakteryzowania dna morskiego. Rozdzielczość danych rozproszenia wstecznego również znacznie wzrosła wraz z wprowadzeniem danych fragmentów. Dane fragmentów to surowe dane szeregów czasowych rozproszenia wstecznego dla każdej wiązki i każdego pingu (Lockhart i in., 2007) . Te postępy pozwoliły niektórym danym z wielowiązkowego rozproszenia wstecznego osiągnąć jakość porównywalną z obrazami z sonaru bocznego.

Różne podejścia do klasyfikacji i algorytmy mogą dawać różne wyniki. Podejścia te obejmują oparte na obrazach metody klasyfikacji dna morskiego, takie jak analiza tekstury , sztuczne sieci neuronowe (SSN); oraz inne metody, takie jak charakterystyka odpowiedzi kątowej (Hughes-Clarke i in., 1997) . Metody przetwarzania obrazu tradycyjnie stosowane w teledetekcji satelitarnej są często dostosowywane do ilościowej analizy danych dotyczących intensywności wielowiązkowego rozproszenia wstecznego. Po segmentacji i klasyfikacji obrazu obrazy akustyczne można wykorzystać do rozróżnienia obszarów o różnych właściwościach morfologicznych . Żadna metoda klasyfikacji nie daje mapy, która jest w 100% dokładna i zawsze należy podjąć próbę oceny dokładności wyników klasyfikacji (np. macierz zamieszania ).

Charakterystyka dna morskiego

Mapy klasyfikacyjne podlegają weryfikacji naziemnej w celu określenia składu i typu dna charakteryzującego każdą klasę. Funkcjonalność Systemów Informacji Geograficznej (GIS) może być wykorzystana do integracji danych z różnych źródeł, w tym danych rzeczywistych . Takie dane mogą pochodzić z pobierania próbek osadów in situ, korzystania z pogłębiarki, włoka, obrazów wizualnych lub badań z wykorzystaniem zdalnie sterowanych pojazdów (ROV). Mapę klasyfikacyjną dna morskiego można łączyć z innymi informacjami na temat obszaru, takimi jak rozmieszczenie i liczebność ryb lub charakterystyka roślinności, w celu ustalenia grup siedlisk na podstawie powiązań. Proces ten pozwala mapom klasyfikacyjnym pochodzącym z danych wielowiązkowych pomóc scharakteryzować dno morskie i skuteczniej zarządzać jego wykorzystaniem.

Klasyfikacja podpowierzchniowego dna morskiego

Klasyfikacja podpowierzchniowego dna morskiego jest powszechnie określana jako profilowanie poddenne i jest powszechnie stosowana do geologicznej oceny właściwości podpowierzchniowych. Profilowanie pod dnem może zwracać informacje od dziesiątek do setek metrów poniżej dna morskiego i jest często używane jako uzupełnienie sejsmologii refleksyjnej . Dzięki klasyfikacji podpowierzchniowej naukowcy i inżynierowie mogą scharakteryzować typy skał i osadów, a także płyny porowe. Informacje te są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, takich jak analiza uszkodzeń zboczy i poszukiwanie węglowodorów .

Linki zewnętrzne

1. Co to jest mapowanie siedlisk? (www.searchmesh.net)
2. Lawrence & Bates, 2001, Systemy akustycznej dyskryminacji gruntu (AGDS)
3. Lockhart i in., 2007
4. Hughes-Clarke i in., 1997, Ocean Mapping Group, UNB
5. Applied Acoustics - wydanie specjalne: Zastosowanie akustyki podwodnej do mapowania siedlisk dna morskiego
6. Klasyfikacja akustyczna dna morskiego: obecna praktyka i przyszłe kierunki
7. Oprogramowanie do klasyfikacji osadów (2009)
8. Systemy klasyfikacji akustycznej dna morskiego (2001)
9. Dolna klasyfikacja
10. Klasyfikacja akustyczna dna morskiego - zastosowania w nauce o rybołówstwie i badaniach ekosystemów
11. Klasyfikacja dna morskiego

Zasoby - powierzchnia dna morskiego:

1. Bibliografia klasyfikacji akustycznej dna morskiego
2. Naukowy sposób morski
3. Projekt mapowania europejskich siedlisk dna morskiego (MESH).
4. System klasyfikacji dna morskiego RoxAnn
5. Grupa badawcza ICES ds. klasyfikacji akustycznej dna morskiego
6. Studia przypadków i referencje dotyczące jezior, rzek i obszarów morskich
7. Oprogramowanie do klasyfikacji dna morskiego BioSonics VBT
8. ECHOplus dyskryminacja dna morskiego
9. GEOHAB - Mapowanie geologiczne i biologiczne środowiska morskiego - konferencje