The Autonomous Underwater Vehicle (AUV): A Cost-Effective Alternative to Deep-Towed Technology

I N T R O D U C T I O N

As the technology applied to energy exploration and

p roduction advances to meet the deepwater challenges

beyond the continental shelf, Autonomous Underw a t e r

Vehicles (AUVs) will be increasingly employed. AUV

technology has just reached a milestone as the result of

the first commercial purchase of an AUV by C&C

Technologies, Inc. of Lafayette, Louisiana.

The deep-towed system, the conventional deepwater

mapping tool, suffers from chronic waste and inefficiency.

To rectify this problem, Kongsberg Simrad, in conjunction

with C&C Technologies, is developing the HUGIN

3000. The HUGIN has evolved from an AUV pro g r a m m e

amassing more than one hundred missions since 1995.

The HUGIN will be integrated with an acoustic tether to

monitor data acquisition and optimise system perf o rm a n c e .

D EE P -T OWE D S YS T EMS

The deep-towed system originated as a mapping tool to

accommodate large-scale academic surveying projects

comprising multiple traverses of lengthy, straight lines.

It was later adapted to similar applications, such as pipeline

routes, fibre-optic cable routes, and block hazard

s u rveys. Provided by manufacturers such as EDO

Corporation, Kongsberg Simrad, and Datasonics, Inc.,

the deep-towed system is the true precursor to the

s u rvey AUV and remains the standard deepwater surv e y

tool of today. Typical deep-tow instrumentation packages

include the side scan sonar and sub-bottom profiler.

U n f o rt u n a t e l y, due to the massive amounts of tow cable

re q u i red (10,000 metres is not uncommon), deeptowed

costs are extremely high. Such cable lengths

demand huge handling systems and constitute a substantial

surface area when towed. Survey speeds are there f o re

limited to 2.0 to 2.5 knots and vessel turns often

re q u i re 4 to 6 hours to accomplish, which devour a painful

portion of a survey budget.

Positioning of deep-towed systems embodies the

age-old axiom: accuracy v e r s u s cost. Ranked accord i n g

to cost (highest first), the three primary underwater acoustic

positioning alternatives are:

• Long Base Line (LBL).

• Two-Vessel Ultra Short Base Line (USBL).

• Single-Vessel USBL (for less than 1,000 metres of

water depth).

LBL, the most accurate, is also the most costly,

time-consuming, and dangerous. It involves the placement

of an encompassing grid of acoustic-positioning

transponder beacons, upon the seafloor. An initial,

often tedious, calibration pro c e d u re is re q u i red and each

LBL operation concludes with a transponder retrieval

p ro c e d u re, guaranteed to make any Health, Safety and

Environmental (HSE) auditor shudder.

Tw o - Vessel Ultra Short Base Line (USBL) positioning

re q u i res the addition of a second survey vessel, or chaseboat

(Figure 1). The duty of a chase-boat is to follow

above the towfish, within the acoustic ranging

capability of the USBL, and track the towfish position.

Acoustically derived towfish positions are simultaneously

transmitted via radio to the tow-vessel’s

navigation computer.

S i n g l e - Vessel USBL is, in effect, when the tow vessel

also provides positioning for the deep-towed fish. Deeptowed

systems re q u i re cable lengths of at least 2.5

times the water depth during survey operations and the

acoustic ranging capability of the USBL system is

generally less than 2,500 metres. Consequently, this limits

the utility of Single-Vessel USBL positioning to about

1,000 metres of water for deep-towed operations.

H UGI N 3 0 0 0 A U V

Recognising the need for a more efficient approach to

deepwater surveying, C&C invested one year evaluating

the available vendors of AUV technology. Researc h

included meeting with designers and manufacture r s

and witnessing AUV demonstrations in the US, Canada

and Norway.

The majority of the alternatives were academic in nature ,

p roviding limited depth capabilities and electrical

power sources inadequate for the requisite surv e y

sensors. Kongsberg Simrad’s HUGIN was the only

AUV that had functioned at appreciable depths,

p e rf o rming numerous commercial surveys in hundre d s

of metres of water.

The HUGIN was the only AUV integrated with a

L a u n c h - a n d - R e c o v e ry system. Housed (along with the

AUV vehicle) in an air- t r a n s p o rtable cargo container, the

H U G I N ’s Launch and Recovery system has proven safe

and effective in weather conditions up to sea state 5.

The HUGIN’s survey instrumentation is powered by

a unique aluminium oxygen fuel cell developed in

conjunction with the Norwegian Defence Establishment

(FFI). The HUGIN vehicle is currently in routine use by

the Norwegian Underwater Intervention (NUI) pro v i d i n g

h i g h - p recision mapping to water depths of 600 metre s .1

H U GI N 3 0 0 0 S P E CI FI CAT IO NS

Depth Rating = 3,000 metres

Survey Speed = 4 knots

Line Turn Duration = ~5 minutes

Mission Endurance = >40 hours depending upon

payload power load and vehicle

speed

Length = 5.3 metres

Diameter = 1.0 metres

SURVEY HIDRO-OSEANOGRAFI

Survey hidro-oseanografi atau sering disebut site-survey merupakan salah satu kegiatan survey kelautan yang bertujuan untuk mengetahui topografi dasar laut, kenampakan bawah dasar laut dan mengetahui ada tidaknya objek-objek yang berbahaya di dasar laut.

Tujuan survey hidro-oseanografi diantaranya untuk mendukung pekerjaan :
- Rencana penentuan dan pemasangan jalur kabel dan pipa bawah laut
- Pencarian pesawat dan kapal-kapal yang tenggelam
- Penentuan pengeboran sumur minyak (well rig)
- Operasi pencarian ranjau dan bahan peledak di bawah laut
- Investigasi pipa dan kabel bawah laut, dll.

Adapun kegiatan survey hidro-oseanografi meliputi :

1. Survey Titik Kontrol Geodetik
Referensi titik kontrol geodesi yang merupakan bagian dari Jaringan Kerangka Kontrol Horizontal Nasional yang terletak di dekat atau di lokasi survei diperlukan untuk penentuan posisi DGPS menggunakan Shorebase Station (Reference Point) dan untuk verifikasi alat DGPS yang akan digunakan untuk survey.
Point of Origin untuk kerangka kontrol horisontal tersebut diperoleh dari instansi resmi, seperti Bakosurtanal. Jika diperlukan, penentuan point of origin dapat dilaksanakan sendiri, dengan referensi salah satu titik yang sudah ada, baik dengan mengadakan pengamatan GPS secara relatif maupun secara konvensional dengan melakukan pengukuran traverse. Jika titik referensi tambahan dibutuhkan, maka titik tersebut harus dibangun semi-permanen yang dapat mewakili daerah survei yang telah ditentukan.
Semua ketinggian (elevasi) dan kedalaman air, akan dihubungkan dengan suatu datum yang direferensikan ke Mean Sea Level (MSL) atau Chart Datum (Low Water Spring: LWS), atau datum tertentu yang sudah mendapatkan persetujuan. Semua elevasi dan kedalaman harus dihubungkan dengan benchmark tertentu yang terletak di darat, atau direferensikan kepada elipsoid tertentu yang ditentukan dengan GPS.

2. Sistem Navigasi Survey
Penentuan posisi kapal survei dilaksanakan menggunakan GPS receiver dengan metode Real Time Differential (DGPS) dengan mengikuti prinsip survei yang baik dan menjamin tidak adanya keraguan atas posisi yang dihasilkan. Lintasan kapal survei dipantau setiap saat melalui layar monitor atau diplot pada kertas dari atas anjungan.
Sistim komputer navigasi memberikan informasi satelit GPS seperti: nomer satelit yang digunakan, PDOP dan HDOP. Elevation mask setiap satelit diset pada ketinggian minimum 10 derajat.
Bila DGPS yang digunakan menggunakan shore base station, satu GPS receiver dipasang di atas kapal survei dan satu lagi di atas titik berkoordinat di darat (shore base station). Selama akuisisi data, koreksi differential dimonitor dari atas kapal pada sistim navigasi.
Sistim komputer navigasi menentukan posisi setiap detik, dan jika perlu, logging data ke hardisk komputer dapat ditentukan setiap 1, 5 atau 10 detik sebagai pilihan.

3. Pengamatan Pasang Surut Laut
Pengamatan pasang surut dilaksanakan dengan tujuan untuk menentukan Muka Surutan Peta (Chart Datum), memberikan koreksi untuk reduksi hasil survei Batimetri, juga untuk mendapatkan korelasi data dengan hasil pengamatan arus.
Stasiun pasang surut dipasang di dekat/dalam kedua ujung koridor rencana jalur survey dan masing-masing diamati selama minimal 15 hari terus-menerus dan pengamatan pasang surut dilaksanakan selama pekerjaan survei berlangsung. Secepatnya setelah pemasangan, tide gauge/staff dilakukan pengikatan secara vertikal dengan metode levelling (sipat datar) ke titik kontrol di darat yang terdekat, sebelum pekerjaan survei dilaksanakan dan pada akhir pekerjaan survey dilakukan.

4. Survey Batimetri
Survei batimetrik dimaksudkan untuk mendapatkan data kedalaman dan konfigurasi/ topografi dasar laut, termasuk lokasi dan luasan obyek-obyek yang mungkin membahayakan.
Survei Batimetri dilaksanakan mencakup sepanjang koridor survey dengan lebar bervariasi. Lajur utama harus dijalankan dengan interval 100 meter dan lajur silang (cross line) dengan interval 1.000 meter.
Kemudian setelah rencana jalur kabel ditetapkan, koridor baru akan ditetapkan selebar 1.000 meter. Lajur utama dijalankan dengan interval 50 meter dan lajur silang (cross line) dengan interval 500 meter.
Peralatan echosounder digunakan untuk mendapatkan data kedalaman optimum mencakup seluruh kedalaman dalam area survei. Agar tujuan ini tercapai, alat echosounder dioperasikan sesuai dengan spesifikasi pabrik.
Prosedur standar kalibrasi dilaksanakan dengan melakukan barcheck atau koreksi Sound Velocity Profile (SVP) untuk menentukan transmisi dan kecepatan rambat gelombang suara dalam air laut, dan juga untuk menentukan index error correction. Kalibrasi dilaksanakan minimal sebelum dan setelah dilaksanakan survei pada hari yang sama. Kalibrasi juga selalu dilaksanakan setelah adanya perbaikan apabila terjadi kerusakan alat selama periode survei.
Pekerjaan survei Batimetri tidak boleh dilaksanakan pada keadaan ombak dengan ketinggian lebih dari 1,5m bila tanpa heave compensator, atau hingga 2,5m bila menggunakan heave compensator.

5. Survey Topometri
Pada bagian koridor survey yang tidak dapat dicakup oleh survei menggunakan kapal, pengukuran profil dasar perairan dilaksanakan dengan metode topometrik untuk menjamin tidak terdapat kekosongan atas data yang diperlukan.
Detail topometri diukur menggunakan sistem DGPS Real Time atau dengan alat Total Station yang didirikan di atas titik kontrol yang telah dibangun sebelumnya. Hasil survei topometrik direferensikan pada datum vertikal yang sama dengan hasil survei Batimetri.

6. Survey Side Scan Sonar
Survei investigasi bawah air (side scan sonar) dimaksudkan untuk mendapatkan kenampakan dasar laut, termasuk lokasi dan luasan obyek-obyek yang mungkin membahayakan. Dual-channel Side Scan Sonar System dengan kemampuan cakupan jarak minimal hingga 75m digunakan untuk mendapatkan data kenampakan dasar-laut (seabed features) di sepanjang koridor yang sama dengan survei Batimetri. Skala penyapuan yang digunakan diatur sedemikian rupa sehingga terjadi overlap minimal 50% untuk area survei yang direncanakan.
Lajur-lajur survei side scan sonar dapat dijalankan bersamaan dengan pelaksanaan survei Batimetri dan/atau disesuaikan dengan kedalaman laut sehingga cakupan minimal tersebut dapat terpenuhi.
Apabila menggunakan towfish yang ditarik, panjang kabel towfish tersedia cukup agar tinggi towfish di atas dasar laut dapat dijaga kira-kira 10% dari lebar cakupan/ penyapuan yang dipilih. Towfish sebaiknya dioperasikan dari winch bermotor lengkap dengan electrical slip rings. Rekaman data sonar dikoreksi untuk tow fish lay back dan slant range. Apabila menggunakan towfish yang dipasang pada lambung kapal (vessel-mounted), sistim dilengkapi dengan heave compensator untuk mereduksi pengaruh gelombang.
Sistem yang digunakan mampu menghasilkan clear record dari keadaan dasar laut, identifikasi adanya wrecks, obstacles, debris, sand waves, rock outcrops, mud flows atau slides dan sedimen.
Kemungkinan adanya bahaya atau keadaan dasar laut yang perlu mendapatkan perhatian khusus dilakukan investigasi untuk memperjelas jenis dan ukuran bahaya tersebut. Investigasi tersebut dapat dilaksanakan dengan menjalankan lajur yang lebih rapat pada arah yang berbeda dengan lajur umum yang telah dijalankan sebelumnya.
Penentuan posisi menggunakan jarak atau waktu tertentu ditandai pada rekaman sonar. Data jarak antara towfish dan antena GPS, termasuk setiap perubahan jarak ini, harus dicatat secara tertib pada Operator’s Log selama survei berlangsung untuk keperluan pengolahan data lebih lanjut.

7. Survey Sub Bottom Profiller
Tujuan dari Survei Sub-bottom Profiling (SBP) adalah untuk investigasi dan identifikasi lapisan sedimen dekat dengan permukaan dasar-laut (biasanya hingga 10m) dan untuk menentukan informasi penting yang berhubungan dengan stratifikasi dasar laut. Survei SBP dapat dilaksanakan bersamaan dengan survei Batimetri dan Side Scan Sonar.
Survei SBP dilaksanakan mencakup sepanjang koridor survey dengan lebar bervariasi. Lajur utama dijalankan dengan interval 100 meter dan lajur silang (cross line) dengan interval 1.000 meter. Kemudian setelah rencana jalur ditetapkan, lajur utama kembali dijalankan sebanyak 3 lajur dengan interval 50 meter, dimana satu lajur dijalankan tepat di tengah-tengah rencana jalur kabel.
System Parametric Subbottom Profiling (atau system lain yang dapat memberikan data sepadan) digunakan untuk mendapatkan rekaman data permanent secara grafis atas profil dasar laut dan perlapisan di bawahnya dengan penetrasi dan resolusi optimum di seluruh kedalaman sepanjang koridor rencana jalur kabel. Untuk mencapai maksud ini, peralatan dioperasikan sesuai dengan petunjuk pabrik dan diset untuk mendapatkan rekaman data optimum. Sub-bottom profiler memberikan rekaman data secara grafis dengan jelas pada skala dan resolusi yang jelas.
Jarak antara transducer/hydrophone dan antena GPS dicatat secara tertib pada Operator’s Log dan kemudian diperhitungkan pada saat pekerjaan interpretasi.
Survei Sub-bottom Profiling tidak boleh dilaksanakan pada cuaca berombak karena sangat mempengaruhi kualitas data, kecuali apabila menggunakan heave compensator. Kemungkinan terjadinya noise yang bersumber dari mesin atau kapal survei harus diupayakan seminimal mungkin dengan berbagai cara. Panjang kabel seismic source dan hydrophone (bila menggunakan sistem demikian) disediakan cukup sehingga memungkinkan diulur pada jarak yang dapat memberikan rekaman data optimum.

8. Survey Magnetik
Survei magnetik dilaksanakan untuk mendeteksi adanya obyek-obyek metal pada atau dekat permukaan dasar laut yang mungkin akan membahayakan. Bahaya yang dimaksud antara lain berupa : wrecks, sunken buoys, steel cables maupun bahaya lain yang terdapat di area survei yang telah ditentukan.
Survei magnetik disarankan dilaksanakan bersamaan dengan survei Batimetri, dengan interval lajur survei sebagaimana menjalankan lajur-lajur batimetrik. Survei magnetometer tidak disarankan untuk dilaksanakan bersamaan dengan survei Side Scan Sonar karena dikawatirkan terjadi gangguan yang bersumber dari towfish Side Scan Sonar kecuali dapat dibuktikan memang tidak terjadi gangguan. Panjang kabel disediakan cukup agar dapat dioperasikan secara optimum sesuai dengan kedalaman air laut selama pelaksanaan survei. Untuk mendapatkan rekaman (secara grafis atau digital) yang memberikan anomali jelas dan pada skala optimum, sensor unit dipasang sedemikian rupa sehingga berada dalam jangkauan deteksi optimum.
Jika terdapat indikasi adanya obyek metal yang cukup signifikan di suatu area tertentu, maka dilakukan survei investigasi lebih lanjut dengan cara menjalankan lajur survei dengan interval lebih rapat.

9. Pengukuran Arus
Pengamatan arus diperlukan dengan tujuan untuk mendapatkan data arah dan kecepatan arus. Data tersebut akan dikorelasikan dengan data pengamatan pasang surut.
Pengamatan arus dilaksanakan dengan 2 metode yaitu;
2 stasiun tetap yaitu pada perairan dekat kedua pantai di mana landing point akan ditempatkan selama sekurang-kurangnya 30 hari pengukuran pada 3 lapisan kedalaman sebesar 0.2, 0.6 dan 0.8m di bawah permukaan air.
Pengukuran dengan metode transek sepanjang jalur poros rencana survey selama sekurang-kurangnya 25 jam saat periode Spring Tide dengan menggunakan peralatan pengukur arus hidro-akustik.
Pembacaan atau pengumpulan data harus dilaksanakan dengan interval tidak lebih dari 60 menit.

10. Survey Transpor Sedimen
Dinamika badan air dan dasar perairan di wilayah survei dikenal sebagai daerah dengan tingkat dinamisasi dasar perairan yang tinggi. Hal tersebut diperkirakan akibat aktifitas eksploitasi pasir di sekitar area survei. Perubahan kedudukan dasar laut akan berakibat pada perubahan kedudukan kabel yang telah digelar.
Survei distribusi sedimen di sepanjang jalur survey minimum dilakukan di tiga tempat mewakili pantai dan tengah-tengah antara keduanya. Pengukuran dilakukan dalam rentang waktu 30 hari. Peralatan utama berupa sediment trap (jebakan sedimen). Sedimen yang terjebak selanjutnya diukur dan diteliti di laboratorium mengenai total berat, ukuran sedimen (grain size) dan dominasi komposisi sedimen dalam arah dan volume sedimen per satuan waktu. Hasil ini nantinya akan digunakan dalam menentukan model arus untuk membentuk model traspor sedimen yang tepat.

11. Pengadaan Data Gelombang
Pengadaan data gelombang laut dilakukan dengan 2 metode yaitu metode pengukuran langsung dan metode pengadaan data tidak langsung atau data sekunder.
Pada metode pengukuran langsung, pengamatan gelombang dilakukan dengan mengamati karakter gelombang pada kedua perairan dekat pantai. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan wave-staff atau peralatan perekam gelombang automatis (self recording).
Metode pengukuran tidak langsung dilakukan dengan pengumpulan data sekunder yang berasal dari dinas meteorologi setempat. Data tersebut dapat digunakan dalam pembangunan model gelombang.

12. Pengambilan Contoh Tanah
Pengambilan contoh dasar laut (seabed sampling) dilaksanakan dengan menggunakan salah satu dari alat berikut: Grab Sampler atau Gravity Corer. Grab/ gravity coring dilaksanakan sepanjang rencana jalur survey hingga kedalaman maksimum 10m dari permukaan dasar laut, dan dengan interval jarak 2,0km atau di lokasi di mana terdapat perubahan litology yang signifikan yang diindikasikan dari hasil survei SSS ataupun survei SBP.
Pengambilan contoh tanah dilakukan dari atas kapal survei dan dilaksanakan setelah adanya hasil interpretasi sementara di atas kapal survei atas hasil survei Side Scan Sonar dan Sub-bottom Profiling.
Setiap pengambilan contoh tanah harus diusahakan agar memperoleh penetrasi optimum. Setiap kali contoh tanah telah diambil harus dicatat dan dideskripsikan secara visual di lapangan tentang: posisi, jenis, ukuran butir, warna, dan lain-lain yang berhubungan.