نظرة شاملة لأنظمة Acoustic Positioning Systems

[Mohamed Hashem]

بسم الله الرحمن الرحيم

نتحدث بإذن الله تعالى عن تحديد الموقع تحت الماء بالموجات فوق الصوتية أو Acoustic for Under water positioning

برغم أن تلك المقالة تهتم فى المقام الأول بأولئك اللذين يعملون فى مجال تطبيقات المساحة الهيدروجرافية لاستخراج البترول من البحر Offshore Oil & Gas industry إلا أننا راعينا أن تكون موجهه أيضا لمن لا يملك خبرة سابقة فى هذا المجال
ولزيادة الفائدة وضعنا glossary of terms فى نهاية المقالة
ومن ناحية أخرى فهى بمثابة مرشد لتقنيات تحديد الموقع تحت الماء وليس للمقارنة بين الأجهزة الموجودة بالسوق حاليا أو المفاضلة بين مميزاتها و أدائها
وإنما هى بمثابة مساعده للمستخدم ليستطيع دائما اختيار أنسب أنواع تلك التقنية للمشروع أو متطلبات عمله وهو ما يقودنا إلى أول سؤال : لماذا نلجأ لمعرفة موقع الأشياء التى تحت الماء ؟
أو بمعنى آخر ما هى تطبيقات تلك التقنية ؟ Applications of Acoustic Positioning under Water

أولا -
Dynamic Position
تحديد الموقع للثبات فى المكان ديناميكيا للسفن أو ما يعرف بـ DP vessels ... وهو عبارة عن تقنية لتوصيل أجهزة تحديد الموقع ( سطحيا من GPS و/أو تحت الماء من HPR) مع حاسوب يتحكم فى ماكينات السفن للمساعدة على الحفاظ على أماكنها بل و الثبات لفترات طويلة بدون حتى تدخل بشرى من ربان السفينة
وقد ظهرت تلك التقنية فى الستينيات من القرن الماضى كحاجه تولدت من زياده الطلب على استخراج البترول والغاز الطبيعى من البحار

.. ومثل هذا النوع من السفن يمكن استخدامه لدعم عمليات مثل:

• exploration drilling (core sampling)
• production drilling
• diver support
• pipelay (rigid and flexible pipe)
• cable lay and repair
• hydrographic survey
• wreck survey, salvage and removal
• dredging
• rockdumping (pipeline protection)
• subsea installation & lifting (topsides and subsea)
• oceanographical research
• seabed mining
• platform supply

الجدير بالذكر أن ظروف العمل لتلك السفن تتطلب أن تكون الأنظمة المرجعية لتحديد الموقع system position referenceمستمرة ودقيقة ويعتمد عليها .. لذا فإن استخدام أسلوبين لتحديد الموقع كما سبق بيانه هو من باب تنويع مصادر احداثيات موقع السفينة فكما رأى مطورو تلك النظم أنه من الخطورة الإعتماد على مصدر وحيد للإحداثيات التى تستخدمها السفينة ومن الخطأ الاعتقاد أن إستخدام نظم الـ HPR جنبا إلى جنب مع الـ DGPS هو لزيادة الدقة ... فمن المعروف أن النظام الثانى لتحديد الموقع والذى يعتمد على الأقمار الصناعية يعطى دقة تتراوح من 1-2 مترا فى النظم العادية بينما تقترب دقة النظام الأول الذى يعتمد على الموجات الصوتية من نفس هذا الرقم إلا أنه إذا زاد العمق كثيرا فإن الدقة تقل أيضا ( فى أعماق 1000 متر تتراوح الدقة ما بين 4-10 مترا)

ثانيا -
تحديد موقع الأجهزة المقطورة
Towed Body (tow fish) Positioning
من أمثلة الأجهزة التى يتم قطرها من السفن أثناء أعمال المساحة الهيدروجرافية المتعلقة بصناعة استخراج البترول من البحر :
جهاز المسح الجانبى Side Scan Sonar’s tow fish
مركبات التحكم عن بعد Remotely Operated Vehicle
فى تلك العمليات نحتاج إلى معرفة موقع تلك الأجهزة المقطورة دوما ولكونها تعمل فى الماء فسيستحيل استخدام تقنية GNSS مالم يتم ربطها مع أنظمة الـ HPR
وأحيانا تستخدمها أساطيل الصيد التجارى الضخم للدول المتقدمة لمعرفة أماكن وحالة شباك الصيد بطريقة الجر فيما يعرف بـtrawl monitoring system

ثالثا -
Riser Monitoring
مراقبة الصواعد

جميع المنصات البحرية التى تقوم بإنتاج البترول تنقل الزيت الخام عبر الصواعد risers إلى أماكن تجميع الخام .. تلك الصواعد (وهى مواسير من الصلب) يمكن أن تصاب بأضرار كثيرة من العوامل البيئية كأمواج البحر و/أو التآكل corrosion و غيرها ... استخدام تقنيات الـ HPR يساعد على مراقبتها باستمرار والتأكد من رأسيتها طول الوقت

رابعا -
Pipelay Positioning
تحديد الموقع أثناء إنزال الخطوط البحرية
فى جميع عمليات مد وإنزال خطوط النفط pipeline (أو الكابلات البحرية marine cables ) نحتاج دائما لمعرفة موقع نقط تقاطع الخطوط البحرية بعضها البعض crossover points

خامسا -
Construction Positioning
تحديد موقع المنشآت البحرية الغاطسة
من أهم المنشآت البحرية التى تتم تحت سطح الماء : وضع أرجل تثبيت المنصات البحرية وفيها يتم تثبيت البيكونات beacons على المنشآت لضمان وضعها فى مواقعها المخطط لها

والآن .. دعونا نبدأ من البداية .. طاقة الصوت Acoustic Energy
وللحديث بقية ..