Redigert:8/19/2021

Overvåking og deteksjon av oljeutslipp

For å få til en effektiv oljevernaksjon er det viktig å kunne oppdage og overvåke oljesøl på avstand.

Overvåkning kan gi mye nyttig informasjon, både før og etter et oljeutslipp. Hensikten med å overvåke store områder er å oppdage olje på havoverflaten så tidlig som mulig. Under et oljeutslipp kan overvåkning brukes til å kartlegge hvor stort område som er påvirket, om det er mer enn ett oljeflak og til å beregne i hvilken retning oljeflaket driver. Enkelte sensorer kan også detektere oljetype og gi et anslag på hvor tykt oljeflaket er.

Informasjon fra overvåkning kan gi en oversikt over omfang og kartlegge hvor det er mest olje, og bidrar derfor til bedre koordinering av en oljevernaksjon. Informasjonen gjør det mulig å dirigere ressurser dit det er mest olje. Den kan også brukes til å identifisere hvor oljeforurensningen stammer fra, og eventuelt som bevis på miljøkriminalitet.

Overvåkning utføres på ulike nivå; nasjonalt over et stort område, regionalt i området rundt et oljesøl, og lokalt på stedet der operasjonen finner sted. Kilde: NOFO

Overvåkningssystemene

Overvåkning kan gjøres med forskjellige systemer, der sensorer er montert på ulike plattformer som satellitter, fly, droner, aerostat (luftballong), innretninger på skip eller håndholdte apparater. Overvåkning og deteksjon kan også være noe så enkelt som å observere oljen visuelt.

Satellittsystemer kan dekke store områder, men bildene har dårlig oppløsning, og er derfor primært nyttig for overvåkning og deteksjon av større utslipp. Satellitter og høytgående fly gir et overordnet bilde av hvor oljen er.

Droner og lavtgående fly gir bilder med bedre oppløsning av et mindre område. De har mulighet til å fly frem og tilbake over oljesølet flere ganger og kan gi flere målinger fra samme område. Overvåkningsfly bidrar til å verifisere deteksjon fra satellitt og kan gi mer detaljert informasjon om posisjon, areal, mengde olje, og om oljen er bekjempbar eller ikke.

Mindre droner og aerostater egner seg til bruk under mindre, og gjerne kystnære oljesøl. Mindre systemer brukes til å få et mer lokalt overblikk i nåtid.

Typer sensorer

Under en oljevernaksjon er det bedre med et estimat nå, enn et nøyaktig resultat om to dager, for da er ikke informasjonen relevant lengre. Det viktigste for en sensor er at den kan detektere olje, skille oljen fra omgivelsene og gi informasjon så fort som mulig. Forskjellige sensorer kan måle forskjellige egenskaper ved et oljeflak, og har ulike styrker og svakheter. Ingen enkeltsensor eller metode dekker alle behov under alle sikt-, lys- og værforhold. Løsningen er å bruke flere forskjellige sensorer og metoder som til sammen gir et godt, kontinuerlig bilde av oljens spredning, tykkelse og bevegelser.

Forskjellige typer sensorer måler i ulike deler av det elektromagnetiske spekteret.

  • Radar-sensorer måler hvordan olje reflekterer mikrobølger og radiobølger.
  • IR-sensorer måler i det infrarøde spekteret.
  • Optiske sensorer måler hvordan olje reflekterer synlig lys.
  • Laser-fluorosensorer måler hvordan aromatiske forbindelser i oljen absorberer og emitterer UV stråling (fluoriserer).

Eksempler på forskjellige typer sensorer er SAR (synthetic aperature radar), SLAR (Side-Looking Airborne Radar), MWR (microwave radiometer), FLIR (forward looking thermail infrared), IR-kamera, LFS (laser-flourosensor) og hyperspektrale kamera.

Hvordan virker en sensor?

Sensorer som brukes til å detektere olje måler hva som skjer når forskjellige typer elektromagnetisk stråling treffer oljen. Eksempler på typer stråling som brukes i overvåkning er radio- og mikrobølger, infrarød stråling, synlig lys og UV-stråler.

Når ståling treffer en overflate vil den enten bli reflektert, absorbert eller transmittert (slippe gjennom flaten). Forskjellige bølgelengder blir reflektert, absorbert eller transmittert i forskjellig grad av ulike typer materialer. Absorbert stråling vil emitteres (slippes ut igjen), enten som termisk energi eller fluorescens.

Hvor mye stråling som blir reflektert eller emittert av et materiale kan måles av ulike sensorer. Olje og vann absorberer og reflekterer forskjellige typer stråling ulikt og denne forskjellen brukes til å detektere olje.

Konsept for passiv og aktiv sensor.

Sensorer er enten passive eller aktive. En passiv sensor detekterer forskjellige typer reflektert stråling fra oljen. En aktiv sensor kan sende ut stråling med en spesifikk bølgelengde, og måler den reflekterte responsen fra oljen.

Forskjellige typer sensorer påvirkes i forskjellig grad av værforhold, fordi stråling kan bli blokkert, absorbert, reflektert eller forvrengt av skyer og tåke, eller andre partikler i atmosfæren.

Sensorer som måler mikro- og radiobølger

Radar detekterer hvordan oljen demper refleksjonen av mikro- og radiobølger fra krusninger på havoverflaten.

Olje på havoverflaten vil se mørk ut på et radarbilde. En radarsensor kan enten være passiv eller aktiv. Sensorer som måler mikrobølger er de mest brukte sensorene for overvåkning av oljesøl, spesielt aktive radarsensorer.

Radar kan brukes til overvåkning og deteksjon uavhengig av lys, skyer og sikt, men blir påvirket av været. For at en radarsensor skal kunne detektere olje må det ikke være for lite vind så vannoverflaten er helt stille, og det kan heller ikke være for mye vind eller bølger. Fordi oljen har en dempende effekt på krusningene, vil for mye eller for lite vind vil gjøre det vanskelig å detektere forskjellene mellom havoverflate med og uten olje.

Regn kan også påvirke en radarsensor, både fordi radarsensorer er følsomme for krusninger på havoverflaten og fordi regn kan hindre radarmålinger direkte. Det er også andre substanser som kan forveksles med olje og gi positive målinger fra radar, for eksempel alger.

Typer radarsensorer

Radiometere, sensor som måler mikrobølger

Sensorer som måler infrarød stråling

Olje absorberer stråling og sender ut igjen en del av denne strålingen som termisk energi i det infrarøde spekteret. Olje absorberer mer infrarød stråling enn vann, og vil derfor også sende ut mer infrarød energi som kan måles av IR-sensorer og brukes til å detektere olje på vann.

På bilder tatt med IR-sensor ser tykk olje (over 50-150 μm) varm ut, medium tykk olje observeres som kald (over 10 – 70 μm), mens tynne oljefilmer og sheen ikke kan skilles fra vann. Denne informasjonen kan brukes til å vurdere hvor det er mest nyttig å samle opp olje. Det er lite effektivt å prøve å samle opp olje mekanisk hvis oljeflaket er tynnere enn 50 - 100 μm. Dispergeringsmidler er også mindre effektive på tynne oljefilmer.

IR-sensorer kan ikke detektere emulsjoner med høyt vanninnhold fordi den ikke kan registrere forskjell på termisk stråling fra emulsjonen og vannet rundt. Både tang, sediment, organisk materiale og havfronter kan se ut som olje i det infrarøde spekteret.

IR-sensorer kan brukes både i dagslys og i mørke når det er god sikt, men bruken påvirkes av temperatur, luftfuktighet, nedbør og oljens termiske egenskaper.

Typer infrarøde sensorer

Sensorer som måler synlig lys

Olje reflekterer synlig lys. Fargen på et oljeflak avhenger av hvordan lys med forskjellig bølgelengde reflekteres fra oljeflaket, absorberes av oljen, eller trenger gjennom oljeflaket og reflekteres fra vannet under oljen. Tynne oljefilmer ser enten ut som sølvgrå (sheen) eller regnbuefarget film på vannoverflaten. Tykkere oljeflak observeres i forskjellige brunsorte toner avhengig av oljetype og hvor tykk oljeflaket er. Oljeemulsjoner observeres som orange-brunt. Tykkelsesguiden, Bonn Agreement Guide, for olje på sjø brukes til å vurdere volumet av olje i et oljeflak.

Bonn agreement guide
UtseendeFilmtykkelse (μm)Liter/km2
0.04 – 0.340 – 300
0.3 – 5.0300 – 5000
5.0 – 505000 – 50 000
50 – 20050 000 – 200 000
>200> 200 000

Visuell vurdering av tykkelsen på et oljeflak ved hjelp av Bonn Agreement Guide. Kilde: Kystverket

Selv om oljeflak kan karakteriseres ved å observere hvilken farge oljefilmen har, kan ikke sensorer som måler synlig lys identifisere olje på vann med absolutt sikkerhet. Både biologisk materiale, havfronter, vindskygge og solrefleksjon kan forveksles med olje. Overvåkning og deteksjon av olje i det synlige spekteret begrenses av dagslys, skydekke og sikt.

Optiske sensorer

  • Visuell observasjon og tykkelsesvurderinger av olje kan gjøres med synet.
  • Overvåkningskamera (stillbilder eller video) gir et enkelt oversiktsbilde, det kan være montert på båt, aerostat eller drone.
  • Kamera med polariserte linser kan øke kontrasten mellom olje og vann fordi olje har en polariserende effekt på lys.

Sensorer som måler UV

Olje på sjøen reflekterer ultrafiolett (UV) stråling. UV reflekteres godt av tynne oljeflak med en tykkelse opp til 10 µm. Vindskygge, solrefleksjon og biologisk materiale kan forveksles med olje ved måling i UV-spekteret.

UV-sensorer

  • UV-skannere er passive sensorer og kan derfor bare brukes til å detektere olje når det er dagslys.

Bilder av samme oljeflak tatt med IR- og UV-kamera. Bildet til venstre er tatt med IR-kamera og viser den tykke delen av oljeflaket. Bildet til høyre er tatt med UV-kamera og viser den totale utbredelsen av oljeflaket. Kilde: NOFO, Olje på vann 2016.

Kombinasjonen av IR- og UV-bilder kan gi en mer helhetlig oversikt over et oljeflak fordi UV detekterer den tynne delen av et oljeflak og IR den tykkere delen. Det er forskjellige fenomener og materialer som gir falsk indikasjon på olje i IR- og UV-bilder, bruk av disse sensorene sammen gir en sikrere deteksjon av olje.

Laser fluorosensorer

Aromatiske forbindelser i olje absorberer UV-lys. Det absorberte UV-lyset har nok energi til at elektroner i de aromatiske forbindelsene eksiteres (hever seg opp til en høyere energitilstand). Når denne energien slippes fri igjen har energien en lengre bølgelengde enn den absorberte strålingen, ofte i den synlige delen av spekteret. Dette kalles fluorescens, og kan detekteres av fluorosensorer. Forskjellige typer olje fluorescerer med ulik bølgelengde, det gjør det mulig å skille mellom oljetyper og andre forbindelser på havoverflaten.

LFS, Laser-fluorosensorer, kan brukes til deteksjon og identifikasjon av olje. De fleste LFS som brukes er aktive sensorer, med laser som sender ut ultrafiolett lys (308–355 nm). LFS kan detektere olje i mørke, men har nedsatt funksjon når det er lavt skydekke, tåke eller regn.

Sensorer som bruker flere bølgelengder

Hyperspektrale kamera måler refleksjonen fra en overflate som en funksjon av bølgelengde. Det måler i tre dimensjoner; det vertikale og horisontale planet og bølgelengde, som x- og y- og z-akse. Sensoren samler bilder fra samme overflate fra flere forskjellige bølgelengder samtidig, det kan være snakk om hundrevis av bølgelengder. Hyperspektrale kamera har derfor veldig høy oppløsning. Hyperspektrale kamera krever god sikt, og også dagslys for å måle i den visuelle delen av det elektromagnetiske spekteret.

Plattformer

Sensorer til overvåkning og deteksjon kan være plassert på forskjellige plattformer som for eksempel satellitter, fly og droner.

Satellitt

Satellitter passerer over sentrale delene av norsk sokkel 1-2 ganger i døgnet. Rund polområdene kan frekvensen være høyere. Satellitter brukes til kontinuerlig overvåkning av havområdene rundt Norge og resten av verden, for å kunne oppdage oljesøl så tidlig som mulig. Satellitter kan overvåke et stort område, og satellittmålinger kan derfor også brukes til å verifisere data fra modellering av hvor oljeflak driver. Denne informasjonen kan bidra til å beskytte sårbare områder. Satellittene som er tilgjengelige for norsk oljevernberedskap, er operert av KSAT (Kongsberg satellite services). Disse er utstyrt med SAR og optiske sensorer.

Overvåkningsfly og helikopter

Under en oljevernaksjon brukes informasjon fra overvåkningsfly til taktisk manøvrering og dirigering av fartøy og oljevernutstyr, og generell overvåking. Overvåkningsfly settes inn tidlig for å få bedre oversikt over oljeflaket. Målinger fra fly har bedre oppløsning enn satellittmålinger. De gir et mer detaljert bilde av utbredelsen av oljeflaket, i tillegg til å estimere mengde og tykkelse på flaket eller flakene.Helikopter brukes også til overvåking, og kan utstyres med de samme sensorene som overvåkningsfly. Vanlige sensorer på et overvåkningsfly er SAR, SLAR, MWR, FLIR, IR/UV, LFS og optiske sensorer.

Drone

Droner brukes i nærsonen rundt et fartøy for å bidra med informasjon til innsatsleder for taktisk manøvrering av lenser, dirigering til de delene av oljen som er bekjempbar, generell overvåking og kartlegging av et større område. Droner kan være utstyrt med IR og optiske sensorer.

Drone med FLIR, optisk kamera og MBR radio. Foto: Kystverket.

Aerostat

Aerostat er et luftfartøy, for eksempel et luftskip eller luftballong, som er festet til et skip. De kan brukes til overvåkning lokalt. En aerostat kan plasseres på et støttefartøy som lett kan manøvreres rundt. Informasjon fra sensorene på aerostaen kan brukes til å dirigere lensefartøy inn i områder med bekjempbar olje. En annen måte å bruke aerostat på er å plassere den på MOB-båt/USV for overvåkning eller prøvetaking. Vanlige sensorer på en aerostat er IR og optiske sensorer.

Oljeradar på fartøy

Oljevernfartøy er gjerne utstyrt med overvåkningsutstyr, for eksempel oljeradar, IR kamera, og håndholdte kamera.

AIS bøyer

En AIS-bøye (automatic identification system) kan brukes til å følge med på hvor et oljeflak driver. AIS bøyene slippes ned i oljeflaket fra båt eller fra fly og vil følge flaket og slik gi informasjon om oljens drift. Da kan innsatssteder og operasjonsledelsen på land følge oljens bevegelser.

Begrensinger

Overvåkningsressursene har ulike begrensninger. Begrensningene gjelder både hvor ofte og hvor lenge av gangen de kan levere informasjon, operasjonelle forhold som lys, sikt, vær og vindbegrensinger, hvilken type informasjon som leveres og muligheten for falske positive resultater, altså substanser og fenomener som ligner på olje. Det finnes ikke ett system som alene kan gi informasjon om oljens posisjon, areal og bekjempbarhet under alle sikt- og lysforhold. Derfor er det nødvendig med flere ressurser og god systemforståelse for å få et godt situasjonsbilde av oljesølet.

Et eksempel er Kystverkets overvåkingsfly (LN-KYV), som har både SLAR, IR/UV, FLIR, video og foto, i tillegg til at de gir detaljerte posisjons data. SLAR gir et godt overblikk over et område, men kan ikke måle forskjell på tynn og tykk olje. Etter at SLAR er blitt brukt til å lokalisere oljen kan UV gi et bilde av oljens utbredelse. IR kan gi et estimat av hvor oljen er tykkest, hvor innsatsen skal settes inn for å rydde opp oljen mest effektivt.

En annet eksempel; forskjellige atmosfæriske, biologiske og oseanografiske fenomener kan se ut som olje fra flere typer sensorer. For eksempel kan algeoppblomstring eller områder med lite vind gi de samme mørke flekkene på radarbilder som olje. På samme måte kan skygger fra skyer, eller sedimenter som vaskes ut fra en elv visuelt se ut som olje. En kombinasjon av optiske bilder og radarbilder over samme område og nesten på samme tid, gjør det mulig å skille mellom olje og fenomener som ser ut som olje.

Verktøy for fjernmåling
Sensor/plattformVed mørkeI nedsatt sikt (yr, tåke)NasjonaltRegionaltLokalt/ nærsonePosisjon/ arealVurdere tykkelse av oljeHvor ofte per døgn
JaJaJaJaNeiJaNei2 passeringer**
JaJaJaJaNeiJaNei2 x 4 timer*
JaJaJaJaJaJaJa2 x 4 timer
JaDelvisNeiJaJaJaJa3 x 2 timer
JaJaNeiNeiJaJaJaKontinuerlig
JaJaNei NeiJaJaJaKontinuerlig
JaDelvisNeiJaJaJaNeiKontinuerlig
JaDelvisNeiNeiJaNeiDelvisKontinuerlig
NeiNeiNeiNeiJaJaJaKontinuerlig

D & K = deteksjon og kartlegging

* = 2 tokt over skadested med varighet på ca 4 timer

** = Det er mulig å bestille en satelittscene om morgenen og en om ettermiddagen

Koordinering av en oljevernaksjon med bruk av MBR. Kilde: NOFO

Kommunikasjon - Maritim bredbånds radio

For at alle dataene som blir samlet av de forskjellige overvåkningsresursene skal være til nytte i en oljevernaksjon, må de overføres til kontrollsenter hos den som leder aksjonen. Informasjonen overføres via Maritim bredbånds radio (MBR), som brukes av fartøyene som deltar i aksjonen. Informasjonen kan for eksempel være posisjoner, bilder, videoer, tale, polygoner for mengdemåling av olje.

Veien videre

Selv om overvåkning for å detektere og kartlegge olje har vært bruk i lang tid, er det fremdeles utfordringer som dagens systemer ikke håndterer. Samtidig er teknologien i utvikling, spesielt innenfor droneteknologi og autonome systemer.

I utredningen Kunnskapsstatus om effektive og miljøvennlige metoder og teknologi av status for forskning og utvikling innen oljevern er følgende punkter definert som kunnskaps- og utviklingsbehov når det gjelder bruk av overvåkning som et tiltak i beredskapen mot akutt oljeforurensning:

  • Videreutvikling av radarteknologi som også kan detektere oljetykkelse og skille mellom olje og is/issørpe.
  • Operasjonalisering av ubemannet overvåkning og deteksjon av oljedrift og spredning i sjøområder med is.
  • Behov for mer kunnskap om bruk av droner i tilknytning til oljevernaksjoner.
  • Behov for ytterligere integrasjon av overvåkningsdata i felles situasjonsbilde.

Foto hovedbildet i artikkelen: Kystverket