DE102017128161A1

DE102017128161A1 - Seegangsunabhängiger Schleppkörper für die ultra-hochauflösende 3D Vermessung kleiner Strukturen im Meeresboden

Info

Publication number: DE102017128161A1
Application number: DE102017128161.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bialas; Christian Berndt; Martin Volz; Gerald Eisenberg-Klein
Original assignee: GEOMAR HELMHOLTZ-ZENTRUM fur OZEANFORSCHUNG KIEL; GEOMAR Helmholtz Zentrum fur Ozeanforschung Kiel
Current assignee: GEOMAR HELMHOLTZ-ZENTRUM fur OZEANFORSCHUNG KIEL; GEOMAR Helmholtz Zentrum fur Ozeanforschung Kiel
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen seegangsunabhängigen Schleppkörper als Überwasserträger einer Geräteplattform für die ultra-hochauflösende 3D Vermessung kleiner Strukturen im Meeresboden, wobei die Konstruktion des Schwimmkörpers nach dem Small-Waterplane-Area-Single-Hull-Prinzip ausgebildet ist und Auftriebs- und Schwerpunkt unterhalb der Meeresoberfläche liegen und der Schwimmkörper im Seegang stabilisiert wird, wobei die Befestigung des Unterwassergeräteträgers erfolgt:- mit Leinen oder Ketten, die in fester Konfiguration vom Schwimmkörper zu festgelegten Haltepunkten am Geräteträger führen, oder- mit Stempeln, die eine feste Verbindung zwischen Schwimmkörper und Geräteträger herstellen, oder- mit Stempeln, die eine im Abstand veränderliche Verbindung zwischen Schwimmkörper und Geräteträger herstellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufbau eines seegangsunabhängigen Schleppkörpers als Überwasserträger einer Geräteplattform für die ultra-hochauflösende 3D Vermessung kleiner Strukturen im Meeresboden. Durch die Konstruktion des Schwimmkörpers nach dem SWASH (Small Waterplane Area Single Hull) Prinzip (Fa. Abeking & Rasmussen) liegen Auftriebs- und Schwerpunkt unterhalb der Meeresoberfläche und stabilisieren den Schwimmkörper im Seegang.
Aus dem Stand der Technik sind die folgenden Druckschriften bekannt:

- Patent AU 2011279350: Strukturerkennung im marinen Untergrund anhand gekreuzter seismsicher Transduceranordnung;
- Patent US 2013/0258811: Apparatur zur Abbildung des marinen Untergrundes - gleiche Sender - Empfängeranordnung, geodätische Positionierung über Transponder, bedarf aber abweichend zur hier vorgelegten Erfindung eines Bodenfahrzeugs für Messungen in vordefiniertem Abstand, in Verbindung mit gekreuzter Einweg-Messkette auf dem Meeresboden, in Verbindung mit kohärenter Stapelung der Empfangssignale schon in der Empfangseinheit auf dem Geräteträger;
- Patent US 7,221,620 B2 .

Die Probleme im Stand der Technik sind im Wesentlichen, dass bei der Verlegung von Seekabeln (Strom, Telefonie, etc.) die Auflage besteht, diese in mindestens 1,5 m Tiefe unter dem Meeresboden zu vergraben. Die erfolgreiche Tiefenverlegung muss nach Abschluss der Arbeiten nachgewiesen werden. Wiederholungsmessungen sind im Abstand von 2 Jahren, später 4 Jahren durchzuführen. Übliche Detektionstiefen sind zwischen 0 - 6 m, ausnahmsweise auch bis zu 10 m zu erwarten.
Bisherige Verfahren arbeiten mit Magnetfeldvermessung oder akustischer Vermessung. Die Geräteträger werden am Schiff oder ROV (Remotely Operating Vehicle = selbstfahrendes Unterwasserfahrzeug) montiert (z.B. pangeo, SubSea) oder an der Meeresoberfläche geschleppt (z.B. GeoChirp3D, Kongsberg). Die Systeme verfügen über einen nur wenige Meter breiten Vermessungsfächer und sind somit anfällig gegen Kursabweichungen durch Strömung oder Verschwenkungen der Kabeltrasse. An der Meeresoberfläche geschleppte Geräteträger sind anfällig gegenüber Seegang. Bei den eingesetzten Signalfrequenzen im kHz-Bereich ist eine mindestens zentimetergenaue Lagebestimmung der Empfänger notwendig, die in üblicher Seegangsbewegung kaum oder schwer zu erzielen ist.
Die Magnetfeldmessung für stromführende Kabel scheitert an der fehlenden Vorhersagbarkeit bzw. Auswertbarkeit der zu erwartenden Anomalie. Bei der Kabelfertigung eingebrachte Magnetfeldprägungen können nur im stromlosen Zustand vermessen werden und erlauben eine Detektion nur bis ca. 1,8 m Vergrabungstiefe. Besonders in Sandlagen kann das Kabel häufiger bis 2 m absacken und ist dann mit diesem Verfahren nicht mehr nachweisbar. Akustische Verfahren können die Kabel bisher nur auf kreuzenden Profilen gut abbilden. Daher erfolgen diese Messungen nur punktuell. Zwischen den Messpunkten wird unter Berücksichtigung der Biegesteifigkeit des Kabels interpoliert. Das akustische pangeo system ist zwar für die profilhafte Vermessung entlang der Kabeltrasse konzipiert, kann aber aufgrund der geringen Fächerbreite die Vergrabungstiefe entlang der Kabeltrasse nur punktuell an Stellen optimaler Messbedingungen verfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geräteträger zu konstruieren, der für eine ultra-hochauflösende 3D seismische Vermessung geeignet ist. Der Geräteträger soll bei Seegang einsetzbar sein und eine kontinuierliche, der (Kabel-)trasse folgende, Vermessung erlauben. Das akustische Verfahren soll eine Auflösung im Zentimeterbereich ermöglichen und eine ausreichende Eindringung bis zu 10 m in den Meeresboden hinein ermöglichen. In weiteren Anwendungen wird das Verfahren auch für die Detektion anderer Gegenstände im Meeresboden einsetzbar sein. Mit einer Lösung vom Überwasserträger wird die Sensorplattform und Verfahrenstechnologie den Einsatz des Systems in tief geschleppten Vermessungen am Meeresboden ermöglichen. Flach liegende Fluidkanäle oder geologische Einheiten wie z.B. Massiv-Sulfid Vorkommen (eSMS) und vergleichbare Strukturen sind mögliche Vermessungsziele.
Gegenstand der diesseitigen Offenbarung ist die Konstruktion eines seegangsunabhängigen Schleppträgers für eine ultra-hochauflösende 3D Vermessungsplattform. Ein Überwasserkörper nach SWASH (Small Waterplane Area Single Hull) Verfahren (siehe Fa. Abeking und Rasmussen) wird über Leinen, Ketten oder Stempel mit einer Unterwasserplattform verbunden. Anhand von Längen und Befestigungspunkten der Leinen, Ketten oder Stempel sind präzise Lagebestimmungen einzelner Segmente der Unterwasserplattform möglich. Längenveränderliche Stempel können eine zusätzliche Anpassung an Wassertiefen oder Seegangsbedingungen bieten.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Aufbau eines seegangsunabhängigen Schleppkörpers als Überwasserträger einer Geräteplattform. Durch die Konstruktion des Schwimmkörpers nach dem SWASH (Small Waterplane Area Single Hull) Prinzip (Fa. Abeking & Rasmussen) liegen Auftriebs- und Schwerpunkt unterhalb der Meeresoberfläche und stabilisieren den Schwimmkörper im Seegang, gemäß Hauptanspruch.
Der seegangsunabhängige Schleppkörper ist als Überwasserträger einer Geräteplattform ausgebildet, wobei die Konstruktion des Schwimmkörpers nach dem Small-Waterplane-Area-Single-Hull-Prinzip ausgebildet ist und Auftriebs- und Schwerpunkt unterhalb der Meeresoberfläche liegen und der Schwimmkörper im Seegang stabilisiert wird, wobei die Befestigung des Unterwassergeräteträgers erfolgt:

- mit Leinen oder Ketten, die in fester Konfiguration vom Schwimmkörper zu festgelegten Haltepunkten am Geräteträger führen, oder
- mit Stempeln, die eine feste Verbindung zwischen Schwimmkörper und Geräteträger herstellen, oder
- mit Stempeln, die eine im Abstand veränderliche Verbindung zwischen Schwimmkörper und Geräteträger herstellen.

Ferner kann der Auftriebskörper oder Geräteträger über Steuerungshilfen verfügen, die einem Verdriften in Wind und Strom entgegen wirken durch einzelne oder untereinander kombinierte Anwendung von:

- über Kreuz geführte Schleppleinen;
- Rudersegmente;
- Propeller;
- Flettner Antrieb.

Weiter kann parallel zur Schleppverbindung und zur Verbindung mit dem Geräteträger eine Daten- und Versorgungsleitung bestehen, über die Steuerungskommandos für den Signalgeber, Steuerungskommandos für die Signalempfänger, Steuerungskommandos für die Steuerungselemente, Onlineübertragung der Werte der Datenaufzeichnung der Signalempfänger an das Schleppschiff und/oder Onlineübertragung der Werte der Datenaufzeichnung von Navigationshilfen, GPS, Kursinformationen und Lagesensoren, Bewegungssensor, Motion Referenz Unit, an das Schleppschiff übertragbar sind.
Insbesondere kann der Auftrieb so bemessen werden, dass der Geräteträger an einem Tiefseedraht über dem Meeresboden schleppbar ist.
Weiter können geographische Positionsinformationen des Geräteträgers über akustische Telemetrie ermittelt werden.
Es kann insbesondere eine automatische Auswertung von Navigations- und Lagesensoren auf dem Auftriebskörper oder Geräteträger ausgeführt werden und Steuerungselemente automatisch um eine Kursfolge sicherzustellen entsprechend angesteuert und geregelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7221620 B2 [0002]

Claims

Seegangsunabhängiger Schleppkörper als Überwasserträger einer Geräteplattform für die ultra-hochauflösende 3D Vermessung kleiner Strukturen im Meeresboden, wobei die Konstruktion des Schwimmkörpers nach dem Small-Waterplane-Area-Single-Hull-Prinzip ausgebildet ist und Auftriebs- und Schwerpunkt unterhalb der Meeresoberfläche liegen und der Schwimmkörper im Seegang stabilisiert wird, wobei die Befestigung des Unterwassergeräteträgers erfolgt: - mit Leinen oder Ketten, die in fester Konfiguration vom Schwimmkörper zu festgelegten Haltepunkten am Geräteträger führen, oder - mit Stempeln, die eine feste Verbindung zwischen Schwimmkörper und Geräteträger herstellen, oder - mit Stempeln, die eine im Abstand veränderliche Verbindung zwischen Schwimmkörper und Geräteträger herstellen.
Seegangsunabhängiger Schleppkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper oder Geräteträger über Steuerungshilfen verfügt, die einem Verdriften in Wind und Strom entgegen wirken durch einzelne oder untereinander kombinierte Anwendung von: - über Kreuz geführte Schleppleinen; - Rudersegmente; - Propeller; - Flettner Antrieb.
Seegangsunabhängiger Schleppkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Schleppverbindung und zur Verbindung mit dem Geräteträger eine Daten- und Versorgungsleitung besteht, über die Steuerungskommandos für den Signalgeber, Steuerungskommandos für die Signalempfänger, Steuerungskommandos für die Steuerungselemente, Onlineübertragung Werte der Datenaufzeichnung der Signalempfänger an das Schleppschiff und/oder Onlineübertragung der Werte der Datenaufzeichnung von Navigationshilfen, GPS, Kursinformationen und Lagesensoren, Bewegungssensor, Motion Referenz Unit, an das Schleppschiff übertragbar sind.
Seegangsunabhängiger Schleppkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrieb so bemessen ist, dass der Geräteträger an einem Tiefseedraht über dem Meeresboden schleppbar ist.
Seegangsunabhängiger Schleppkörper nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass geographische Positionsinformationen des Geräteträgers über akustische Telemetrie ermittelbar ist.
Seegangsunabhängiger Schleppkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Auswertung von Navigations- und Lagesensoren auf dem Auftriebskörper oder Geräteträger ausführbar ist und Steuerungselemente automatisch um eine Kursfolge sicherzustellen regelbar sind.