Ką mes matome echoloto ekrane?

Sveiki visi, kas skaito šį blogą. Kadangi jau kelinta savaitė mus (beveik visus) karantinas suvaręs į namus, nieko kito nebelieka, kaip tik teoriškai ruoštis sezonui. Pasižiūrėjus keletą paskutiniu metu pasirodžiusių video reportažų apie echolotus, kuriuose dažniausiai aiškinama echolotų techniniai parametrai, o ne tai kas mums žvejams yra pagrindas - ką mes, žvejai, matome echoloto ekrane. Man šių dienų topas yra - vienos televizijos laidos išreklamuotos diskusijos pirmasis epizodas -kaip pasikeisti "Screen" ant ekrano :) Turbūt tai labai padeda atrasti žvejui žuvį ar kažkokią įdomią dugno struktūrą? Na bet yra taip kaip yra.

Kadangi to pasigedau, o ir dažnai su klubiečiais diskutuojam apie tai, ką matome ekrane, norom nenorom pradedi kapstytis giliau. Ir tai ką atkapsčiau interneto literatūros lobiuose, gamintojų instrukcijose bei pokalbiuose ir pasistengiau šiame rašinyje paaiškinti,  atsakyti į  pagrindinį klausimą - ką gi mes matome echoloto ekrane ir kokią informaciją mes ten galime rasti? Aišku ,mano nuomonė ir mano supratimas, gali nesutapti su kitų, galiu padaryti klaidų, tad jei turite argumentų ir pastabų kviečiu jus diskusijai komentaruose.

Šiuo metu žvejai turi labai daug įvairių gamintojų echolotų, daug įvairių jų modifikacijų su dar įvairesnėmis funkcijomis bei techniniais parametrais. Nešnekėsiu apie tokias funkcijas kaip Navigacija, Live scop ar Panaptiks, tai, mano nuomone, yra tik prabangos dalykas. Norėčiau aptarti  daugelio naudojamas tris  pagrindines funkcijas:
1.  "Tradicinio echoloto funkcija"(angl. "Tradicional sonar") dar vadinama - "Tradicinis sonaras" ,   "Chirp funkciją" Aš jį vadinu "Tradiciniu sonaru" ekrane ši funkcija atvaizduojama

2. "Down Vision" "Clear Vu" ar "Down imege", priklausomai nuo gamintojo - dar paprasčiau vadinama dugno skanavimo funkcija. Jos ekranas atrodo taip:

3. "Side image" - vadinama šoninio skanavimo funkcija.  Šios ekranas atrodo taip:

Šias tris funkcijas ir pabandysiu aprašyti. Aš rašysiu ne apie techninius parametrus, o  įrenginio veikimo principus, kurie daugumos gamintojų yra analogiški. Gali skirtis gamintojų sonarų skleidžiamų ulgragarso signalų dažniai ar forma, bet informacijos apdorojimo ir pateikimo į ekraną algoritmai yra tokie patys.

Pradėsiu nuo to kas tasai sonaras ir kaip jis veikia

Sonaras ,kitų vadinamas  spinduoliu, (toliau vadinsiu sonaru nes įrenginys ir skleidžia spindulį ir veikia kaip imtuvas) skleidžia ultragarso spindulius, kurie keliauja vandens sluoksniu iki konkeraus dugno taško ar kliūties (žuvis, rastas, augalas, ir pan.) atsispindėjęs  nuo jo grįžta atgal. Kadangi ultragarso bangų greitis vandenyje yra žinomas,tai atsumas iki to taško apskaičiuojamas - laiką, per kurį signalas nuėjo ir grįžo, padauginame iš greičio ir padaliname iš 2.  Šių visų taškų užfiksuotas sonaro atspindys perėjęs per sudėtingus algoritmus echoloto procesoriuje patenka ant echoloto ekrano,   Reikia įvertinti ir ultragarso atspinėjimo stiprumą, suprasti, kad kuo kietesnis dugno ar kliūties paviršius, tuo geresnis atspindys, o kuo minkštesni dugnas ,tuo daugiau signalo sugeriama ir mažiau atspindima. Šie pagrindiniai principai galioja visoms mano minėtoms echolotų funkcijoms, skiriasi tik skleidžiamo ultragarso spindulio (tradicinis sonaras ir dugno skanavimo fukcijos) ar spindulių (šoninio skanavimo funkcija)  sklidimo formą, dažnis ir pateikimo ekrane forma.

Tradicinis sonaras

Tradicinis sonaras gali skleisti du ultragarso spindulius, kurių dažnis yra 200 kHz ir 83 kHz (gali skirtis skirtingų gamintojų, bet veikimo principas tas pats). Skleidžiamo ultragarso signalo dažnis apibrėžia jo sklidimo kampą nuo sonaro link dugno pvz. 200 kHz -20 laipsnių, o 83 kHz - 60 laipsnių (būna kitų gamintojų kitokie dažniai tai ir kampai kiti). Ultragarsas nuo sonaro link dugno sklinda kūgio forma ir dugne apšviečia apkritimo formos plotą (matomą dugno plotą)

Matomas dugno plotas tiesiogiai priklauso nuo gylio. Priklausomybė maždaug tokia:

200 kHz              H, m                  D, m
                             5                        1.73
                             10                      3.3
                             15                      5.28
                             20                      7

83 kHz                 5                         6
                             10                      11.6
                             15                      17.5
                             20                       23
Svarbu suprasti, kad  echoloto ekrane vienu metu mes matome viso kūgio informaciją, bet tuo pačiu neįmanoma pateikti erdvinės kūgio versijos bei jos kitimo laike.

Kodėl? Tuoj pabandysiu paaiškinti. Norint pateikti erdvinį kūgio vaizdą - reikalingos 3 kordinatės, o norint atvaizduoti vaizdo kitimą reikia ir  ketvirtosios- laiko koordinatės. Ekrane matomos tik 2 koordintinės ašys. Viena iš jų naudojama ekrano prasukimui, t.y. laikui arba kitaip sakant ,parodyti kaip dugnas keičiasi laike.

Jei ašis 0-t yra naudojama, parodyti kaip dugnas keičiasi laike, tai visai erdvinio kūgio informacijai sutalpinti lieka tik viena tiesė 0-c , kurią mes suprantame kaip gylį. Bet joje yra atvaizduojami visi ultragarso spinduliai bei jų nueitas kelias iki dugno ar kliūties. Tad nesuprantu kaip galima sakyti, kad tai yra 2 D vaizdas. Tai yra 1D vaizdo kitimas laike. Na bet tiek to, bet tikiuosi kad suprasite apie ką aš čia kalbu perskaitę iki galo. Einame toliau.

Tarkime, kad dugnas yra absoliučiai lygus ir matomas( kaip paveikslėlyje).

Visi nuo sonaro (taškas c) ultragarso  signalai nueina iki dugno atsispindi ir grįžta atgal.

Paveiksle matome, kad garso nueiti keliai yra skirtingi c-e, c-b, c-d, c-e - ilgiausi, c-0  trumpiausias. Visų signalų keliai iki dugno taškų yra apskaičiuojami echoloto smegenyse ir užfiksuojami - jų rezultatas pavaizduotas žemiau.

 Visi dugno taškai išsidėsto ant pusiausferos paviršiaus, atstumas nuo bet kurio  pusiausferos taško  iki taško c, yra atstumas nuo sonaro iki dugno tam tikro taško. Čia ir prasideda pats idomumas - visi šie pusiausferos taškai yra per projekcijas suvedami į vieną ašį 0-c, kuri ir yra dešinė echoloto ekrano kraštinė. Suvesti visus šiuos duomenis į tą ašį galima tik projekcijomis, tad dalįs informacijos dingsta. Kas yra taško projekcija į ašį tikiuosi žinote. Tai tada turbūt ir suprantate, kad visi ant pusiausferos apskritimo (kur paveksle pažymėtas dugno taškas)  esantys taškai bus viename tiesės 0-c taške "dugno taško projekcija į 0-c ašį".

Taigi, tai ką mes matome ekrane -  pabandysiu pavaizduoti žemiau:

Kokias gi  išvadas galime padaryti -didžiausi atstumai nuo sonaro iki dugno bus taškuose kurie išsidėsto ant apskritimo nubrėžto per  abed ,o  echolote matysite tik vieną vienitelį tašką "01". Trumpiausias ultragarso signalo nueitas kelias bus per vidurį, jį atspindi taškas 0. Gaunasi, kad echoloto atkarpa 0-01 arba kitų vadinama dugno juosta - rodo tik skirtumą tarp trumpiausių ir ilgiausių sonaro signalų nueitų atstumų iki dugno.

Tarkime, kad turime nelygų dugno paviršių, kokios formos gausis kupolo paviršius?Tačiau, echoloto ekrane tai bus atvaizduojama kaip 0-01 atkarpa, Viso kūgio informacija yra 01-c atkarpa,  kur c-0 trumpiausias atstumas nuo sonaro iki dugno taško, o c-01 yra ilgiausias atstumas nuo sonaro iki dugno taško tame kūgyje. Ir jei jau teisingai supratote ant dugno esančios duobės, kurių ilgis mažesnis nei pagrindo spindulys, ar pakilimai, nuo kuriu atstumas iki sonaro mažesnis nei atstumas iki vidurio,  - jūs jų echoloto ekrane namatysite.

Šito dar daug kas,manau,  nelabai supranta.

Jei tai suprantame, tad reiktų aptarti ir žuvies atvaizdavimą  echoloto ekrane. Daugelis pardavėjų aiškina, kad echloto ekrane žuvies simbolis susidaro pagal tokį paveikslą:

Tai iš dalies yra tiesa, tačiau echolote yra rodomas atstumas nuo sonaro iki žuvies (nebūtinai gylis). T.y. žuvis gali būti, bet kurioje kūgio vietoje per tą atstumą. Kad suprasti pridedu  du paveiksliukus.

Iš šio paskutinio paveikslėlio suprasite dar vieną dalyką - jei žuvis yra virš dugno, bet nuo jos iki sonaro atstumas kūgyje yra didesnis, nei tarkime  iki spindulio aprėpiamo dugno apskritimo vidurio (absoliučiai lygaus dugno) žuvies simbolio nesimatys, nes jis bus kartu su visais taškais 0-01 atkarpoje.

  Sekantis klausimas- Ką mes matome kylant ar leidžiantis šlaitu?

Pavaizdavau paprastesnį ploštuminį variantą. Iš šių dviejų paveikslėlių galima padaryti tokias pagrindines išvadas:
- kylant į šlaitą echoloto taškas 0  mums rodys šlaito pradžią ir pabaigą,  dar iki jų nepriplaukus per atstumą lygų kūgio pagrindo spinduliui;
- leidžiantis šlaitu  echoloto taškas 0  mums rodys šlaito pradžią ir pabaigą jau praplaukus per atstumą lygų kūgio pagrindo spinduliui.

Toliau kitos įdomybės ir mito -echolotuose galime matyti "VISKĄ"- griovimas .

Jei suprantame, kad 0-01 atkarpoje yra visa dugno esančio apskritimo plote infromacija - tai suprantame jog matome  ne viską. Nematomas zonas ir tipinius atvejus pabandysiu parodyti. Dėsiu jau ne erdvinius vaizdus, o 2 D.Įvertinkite anksčiau išdėstytą informaciją jog visada prisidės dar ir dugno pakitimai kitoje plokštumoje.

1 SITUACIJA. Plaukiame virš  dugno lygaus plokštumoje plaukimo krypčiai, kurioje yra duobė, jos plotis mažesnis nei kūgio pagrindo diametras.

2 SITUACIJA. Plaukiam virš dugno, kuris yra nelygus kitoje plokštumoje nei prieš tai pateiktame vaizde (dažniausiai judant lygiagrečiai šlaito).

Kairėje pusėje matome echloto dešinės kraštinės stulpelį, o dešinėje realų dugno vaizdą. Echoloto stulpelyje "dugnas" yra atkrapa 0-01, viršus atitinka sonaro vieta (taškas c), h1- trumpiausias atstumas iki dugno (taskas 0), h5 - ilgiausias atstumas iki dugno (taškas 01). Žuvis nutolusi nuo sonaro per atstumą h3. Jei tas atstumas h3 bus didesnis nei h1 (0) - žuvies simbolio nematysim.

3 SITUACIJA. Naudojami du spinduliai (tradiciname sonare yra galimybė naudoti vieną kažkurį iš dviejų, arba  abu iškart). Visi paaiškinimai ant paveikslėlio.

Nesvarbu kurio gamintojo toks yra tradicinio sonaro veikimo principas ir algoritmai. Gali skirtis ultragarso spindulių dažnis ar jų sklidimo kūgio forma (nedaug). Tačiau mums yra svarbiausia suprasti ką mes matome ekrane ir ko nematome.

Ar apie tai mums kuris nors  echolotų pardavėjas Lietuvoje paaiškina?  Man kyla klausimas - ar jie patys apie tai žino? Jei žino, tuomet durnina žmones.  Antraip sunku paaiškinti, kodėl jų remiami laidų vedėjai daro "pakazuchinius" eksperimentus su vamzdeliais po vandeniu.  "Atceit" tikrina, kurio gamintojo echolotas parodys ekrane vamzdelius, o kurio - ne? Tai žinodamas aš specialiai kurio nors gamintojo echoloto sonara pastatyčiau toliau nuo objekto , o kito, už kurio reklamą sumokėjo,  sonara pastatyčiau arčiau.  Parodymai patys suprantate kaip skirsis. Aš linkęs manyti, jog jie gali daugiau papsakoti apie naujausius "pontovus" skaičiukus, nei apie echolotų spindulių veikimo principus ir kas vaizduojame ekrane, nes paprasčiausiai to nežino. Jei netikite,  atėję į paradvimo saloną, paklauskite kas yra dugno rodomas gylis ant echoloto ekrano? Ir ar tai tikras gylis,  ar tai artimiausias atstumas  nuo dugno iki sonaro?

Atsiprašau už lyrinį nukrypimą.

Jei supratote viską ką aprašiau - tada bus lengviau ir apie kitas funkcijas kalbėti.

Dugno skanavimas

Dugno skanavimo funkcijos ekrano kordinačių ašys yra tos pačios kaip ir tradicinio sonaro. Palyginus su tradiciniu, esminiai skirtumai - sonaras skleidžia vieną ultragarso spindulį, kurio dažnis yra kitas (455 kHz), sklidimo kampas bei figura irgi šiek tiek kitokie. Kiekvieno gamintojo gali šiek tiek skirtis, bet veikimo principas vienodas. Signalai yra dažnesni nei tradicinio ir skiriasi signalo sklidimo bei aprėpiamo dugno plotas.  Tai matyti sekančiame paveikslėlyje.
 

Tai bus kūgis, kurio pagrindas yra elipsė (rožinė spalva) - o ne apskritimas (mėlyna spalva). Šios elipsės siaurosios dalies plotis yra apie 15-20 cm ir yra plaukimo krypties plokštumoje. Geresniam supratimui sekantis paveikslėlis.

Ka tai suteikia? Kadangi spindiliu apšviečiamas siauresnis  (ab plokštumoje) dugno plotas mes turėtumėme matyti visus abjektus didenius už šį plotį plaukimo kryptimi. Tuo pačiu spinduliu apšviečiamas dugno plotas ed plokštumoje yra platesnis,  t.y. į šonus nuo valties ir turi ilgesnius atstumus c-01.  Dėl šio priežąsties echoloto ekrane yra didesnę dugno atkarpą 0-01. Žuvys greičiau praplaukia per siaura spindulį, todėl  echoloto ekrane jos vaizduojamos taskiukais. Visa kita yra kaip tradicinio sonaro tik reikia įvertinti kitokią kūgio formą.

  Šoninis skanavimas

Čia truputi sudėtingiau. Pirma - sonaras skleidžia du ultragarso spindulius. Jų forma yra kaip dugno skanavimo spindulio, tik jie nukreipti ne stačiu kampu į dugną (kaip tradicinio ar dugno skanavimo), o pasvirusiu tam tikru kampu. Skirtingu gamintoju sonaruose gali būti skirtingi kampai ir dažniai.  Vaizdas paveikslėliuose.

  Čia keičiasi ir  ekrane vaizduojamų koordinačių ašių vietos. Dugno kitimas laike, t.y prasukimas, čia vyksta iš viršaus į apačią. O viršutinė ekrano kraštinė yra dviejų spindulių ašys.  C-  yra sonaro vieta, 0k ir 0d - trumpiausi atstumai iki dugno nuo sonaro į skirtingas puses (k - kairę, d -dešinę), o 01 k ir 01d - ilgiausi atstumai nuo sonaro iki  dugno  į skirtingas puses.  Toliau viskas taip pat - dugno pagrindo pusiausferų duomenys per projekcijas  iš pradžių perkeliami į plokštumą A, tos projekcijos keliamos  į C01d ir C01k tieses. Šio ekarno apačioje rodomus skaičiukus vadinčiau ne atstumu į šonus nuo valties, o atstumu nuo sonaro iki dugno taško.

Mums atrodo. kad vaizduojamas suprantamesnįs dugno vaizdas. Tačiau taip atrodo tik iš pirmo žvilgsnio. Įvertinus viską kas prieš tai išdėstyta, reikia labai geros vaizduotės, kad suprasti projekcijas,  gerų geometrijos pagrindų, norint įvertinti spindulių pakrypimus.  Aš nesiruošiu dėstyti visų teorijų, tad pasinaudosiu jau kitų pateiktais paaiškinimais  ir paveikslėliais.

Panagrinėkime vieno iš kugių projekciją A plokštumoje ir jos atvaizdavimą C-01k tiesėje.

Manau, kad tai ką išdėsčiau nėra lengva suprasti. Taip pat manau, kad ne visada mes teisingai suprantame ką iš viso mes matome echoloto ekrane.  Nesu echolotų Guru, o viską aprašiau  remiantis savo sukauptomis žiniomis bei išsilavinimu. Galbūt kažkur ir klystu. Tikiuosi, kad mano pateikta informacija kam nors bus naudinga ir  nauja. Jei kažkur suklydau prašau nesmerkti o argumentuotai pateikti savo pastabas komentaruose po straipsniu. Iš jų tikiuosi gauti papildomos informacijos.
Pvz. po Algirdo Dumčiaus reportažų supratau, kokią klaidą dariau galvodamas, jog šoniniame skanavime nėra aklųjų zonų. Aš galvojau, kad, taip vadinamas, takas yra vandens sluoksnis, kurį sudėjus gausis pilnas dugno vaizdas. Bet aš klydau. Vis dėl to, kaip matome iš paveikslų, jis yra -  12-20 laipsnių kampu nematoma dugno dalis po valtimi. Ačiū jam už tai.


Ačiū visiems kas perskaitė iki galo :)
ir Ritai už redagavimą ;)

Su pagarba,
Vladas Kukėnas