一種用于繪制海底地圖的新技術(shù)

為了有效的海洋管理，越來(lái)越需要改進(jìn)海洋環(huán)境和工業(yè)的測(cè)繪工作。傳統(tǒng)的海底測(cè)繪和檢查方法非常耗時(shí)，因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^(guò)查看無(wú)數(shù)小時(shí)的視頻來(lái)執(zhí)行的，并且結(jié)果往往因人而異。如何在合理的工時(shí)內(nèi)以系統(tǒng)、可靠的方式收集和分析這些信息？

挪威公司 Ecotone AS 為海底特征和海洋設(shè)施的識(shí)別、監(jiān)測(cè)和測(cè)繪提供現(xiàn)代解決方案。幾年前，Ecotone的創(chuàng)始人看到了將遙感技術(shù)應(yīng)用于水下應(yīng)用的巨大潛力。他們?cè)诒睒O的生物光學(xué)和光方面的先驗(yàn)知識(shí)是測(cè)試新的水下傳感器以改進(jìn)測(cè)繪和探測(cè)技術(shù)的跳板。一旦早期的原型顯示出前景，Ecotone就開(kāi)始將水下高光譜成像（UHI）技術(shù)商業(yè)化并申請(qǐng)專利。

UHI提供了一種自主測(cè)繪工具，可以提供詳細(xì)、準(zhǔn)確和公正的海底地圖產(chǎn)品。借助高光譜成像技術(shù)，UHI揭示了海底領(lǐng)域以前從未實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。不僅可以識(shí)別物體，還可以監(jiān)測(cè)它們的健康狀況和狀況。

典型的 UHI 用例包括環(huán)境測(cè)繪、管道檢查、鉆屑測(cè)繪、礦物測(cè)繪和海底結(jié)構(gòu)檢查。目前正在開(kāi)發(fā)其他實(shí)驗(yàn)用例，例如鮭魚(yú)虱子的原位檢測(cè)器。

與Specim合作進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)

UHI的設(shè)計(jì)與Specim密切合作，利用了Specim的高光譜成像技術(shù)。

“Specim 是我們創(chuàng)始人在科學(xué)界的幾位同事的首選供應(yīng)商，因此是開(kāi)發(fā) UHI 的首選。對(duì)我們來(lái)說(shuō)，與能夠跳出框框思考的供應(yīng)商合作非常重要，并且不會(huì)將我們的障礙視為限制，而是需要克服的挑戰(zhàn)。

我們共同克服的主要問(wèn)題是我們需要一個(gè)非常感光的成像單元來(lái)抵消水的影響。成像儀還需要安裝在我們的水下外殼中（無(wú)需大量工作/拆卸）。有幾次，Specim 挺身而出，我們一起找到了解決方案，“Ecotone 的首席技術(shù)官 Jorgen Tegdan 說(shuō)。

水下高光譜成像是如何工作的？

UHI是一種水下推掃帚掃描儀，指向海床，由遙控水下航行器（ROV）和外部燈裝置拖曳。當(dāng)光線從海底反射回來(lái)并照射到掃描儀時(shí)，反射率數(shù)據(jù)記錄在垂直于 ROV 運(yùn)動(dòng)方向的線上。反射率數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理，以生成帶有位置數(shù)據(jù)的高光譜圖。使用這些高光譜圖，可以生成不同類型的感興趣物體的光譜庫(kù)。當(dāng)用作分類算法的輸入時(shí)，可以自動(dòng)對(duì)大型海底區(qū)域進(jìn)行分類并識(shí)別感興趣的物體。

 UHI原理

UHI 可與任何其他測(cè)繪工具協(xié)同工作，無(wú)論需要直線還是詳細(xì)的測(cè)繪樣帶。根據(jù)初始樣帶的反饋，可以更詳細(xì)地重新訪問(wèn)和檢查某些感興趣的區(qū)域。

海床的二維重建需要位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)以及準(zhǔn)確的時(shí)間信息

附著在600米深處的人造物體上的漂流藻類的陽(yáng)性ID。物體本身覆蓋著生物生長(zhǎng)和碎屑的混合物，以及一些生物體（海綿）

示例：鮭魚(yú)虱檢測(cè)

鮭魚(yú)虱是一種寄生在鮭魚(yú)身上的寄生蟲(chóng)。在鮭魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng)，許多鮭魚(yú)生活在網(wǎng)箱中，鮭魚(yú)虱子種群數(shù)量可能增長(zhǎng)得如此之高，以至于對(duì)養(yǎng)殖和野生鮭魚(yú)種群造成嚴(yán)重威脅。通過(guò)傳統(tǒng)的侵入性方法計(jì)算鮭魚(yú)虱子會(huì)對(duì)鮭魚(yú)造成嚴(yán)重壓力。此外，通常沒(méi)有檢測(cè)到小虱子。擁有在任何階段自動(dòng)檢測(cè)和計(jì)算鮭魚(yú)虱數(shù)量的工具將為養(yǎng)魚(yú)業(yè)提供采取預(yù)防措施來(lái)防止虱子造成的損害的可能性。

Ecotone發(fā)明了一種方法，能夠檢測(cè)死魚(yú)和自由游動(dòng)的鮭魚(yú)身上的鮭魚(yú)虱子。他們還發(fā)現(xiàn)，不同階段的虱子具有不同的光譜特征，可以用UHI來(lái)識(shí)別。仍然需要進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)才能準(zhǔn)確地分辨出自由游動(dòng)的鮭魚(yú)中虱子的確切數(shù)量，但現(xiàn)在UHI已經(jīng)可以用來(lái)檢測(cè)海虱侵?jǐn)_的趨勢(shì)。這種方法提供了一個(gè)重要的機(jī)會(huì)，可以更多地了解鮭魚(yú)虱子種群和侵?jǐn)_的趨勢(shì)，并計(jì)劃保護(hù)鮭魚(yú)種群的預(yù)防方法。

下面的示例顯示了正確檢測(cè)到的四種虱子。

在死鮭魚(yú)上檢測(cè)到四只虱子。

無(wú)數(shù)的應(yīng)用程序

“與Ecotone的合作對(duì)Specim來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，可以加深我們對(duì)水下高光譜成像的要求和可能性的了解。水下部署再次成為高光譜成像幾乎無(wú)限的科學(xué)和商業(yè)潛力的一個(gè)引人入勝的例子。我們很高興有這個(gè)機(jī)會(huì)，并期待與Ecotone繼續(xù)合作“，Specim創(chuàng)始人Timo Hyv?rinen說(shuō)。

Ecotone在自動(dòng)測(cè)繪方法方面邁出了一大步，以改善我們收集海底信息的方式。他們成功地利用海底數(shù)據(jù)中的光譜信息來(lái)區(qū)分和表征冷水珊瑚礁和海綿棲息地，以及一系列相關(guān)生物，如龍蝦、?？秃ⅰcotone既是鉆井現(xiàn)場(chǎng)周圍行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目視調(diào)查的一部分，也是在更多的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中這樣做的，例如覆蓋著藻類、珊瑚和海綿的垂直墻。

Ecotone在鉆探事件后測(cè)繪鉆屑沉積物的方法方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。通過(guò)使用來(lái)自頂層沉積物的光譜信息，他們可以確定沉積的程度，并產(chǎn)生有關(guān)鉆探影響的信息。

“我們帶著一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)來(lái)到 Specim，我們認(rèn)為 Specim 已經(jīng)采取了一切措施，為他們交付給我們的產(chǎn)品提供必要的工作，無(wú)論多么定制和具有挑戰(zhàn)性。除了提供成像單元外，Specim 在技術(shù)開(kāi)發(fā)階段一直是寶貴的聯(lián)系人。我們覺(jué)得 Specim 的團(tuán)隊(duì)對(duì)我們的想法感到興奮，并很樂(lè)意幫助我們進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

我們正在探索使用高光譜數(shù)據(jù)的方法，以及哪些水下物體正在變得可見(jiàn)，而這些物體以前很難用普通相機(jī)檢測(cè)到。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，我們正在調(diào)整和發(fā)明新的圖像處理方法。我們每天都在學(xué)習(xí)！“Jorgen Tegdan說(shuō)。