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Técnicas en el estudio batimétrico Usando Lancha de Estudio no Tripulado Apache.
La batimetría es el estudio y la cartografía del lecho marino o del lecho del lago. Consiste en obtener mediciones de la profundidad del océano o de los lagos y equivale a la cartografía de la topografía de la Tierra. En general, sólo se conoce una información limitada sobre el fondo marino y los lechos de los lagos. Los mapas existentes del fondo marino suelen ser de baja resolución u obsoletos.
En el caso de las presas, el fondo se cartografía durante la construcción, y no se registran datos de series temporales ya que las profundidades serán difíciles de medir. Debido a la entrada de agua, una gran cantidad de limo se asentará en la presa, reduciendo la profundidad del agua almacenada. En esta aplicación, la serie Apache es una tecnología adecuada ya que puede medir profundidades de hasta 300 m y proporcionar su posición exacta en el GNSS. Los datos pueden ser utilizados para estimar los depósitos de limo que recorren el fondo del canal, etc.
El nivel del lecho marino debe medirse con precisión para determinar si una lancha puede llegar a la zona de atraque o si se requiere un dragado para crear una profundidad adecuada. El nivel de profundidad es necesario en las zonas de presas y embalses para calcular la capacidad de la presa año tras año. Debido al constante movimiento de agua a través de estas presas, el encenagamiento hace que el nivel del lecho se eleve, lo que reduce su capacidad total.
Este documento explora las diversas características de la serie Apache USV para un mapeo eficiente del nivel del fondo marino. El software de levantamiento hidrográfico CHCNAV se utiliza para el registro y análisis de datos. Proporciona resultados en forma de modelos 3D del suelo, los contornos y la profundidad.
Figura 1: CHCNAV Apache3 Estudio del río
La serie Apache es una nave de casco autónomo, hecha de poliéster macromolecular de fibra de carbono. Carbón fibers se utiliza ampliamente en la fabricación de materiales avanzados debido a sus excelentes propiedades, como la alta resistencia y el módulo específico, la baja expansión coeficiente y el relativo flexible.
La autonomía es un aspecto central de las aplicaciones marinas no tripuladas. El objetivo es aumentar el alcance y la complejidad de las tareas submarinas que pueden automatizarse, reduciendo al mismo tiempo la necesidad de supervisión por parte de los operadores. Dos de las cuestiones más importantes para la aplicación de los vehículos no tripulados a gran escala y en un plazo ajustado son la fiabilidad del sistema y los costos de fabricación. En comparación con el campo de los drones, como los UAVs o ROVs, se ha llevado a cabo menos investigación y desarrollo en el campo de los USV marinos. Sin embargo, en los últimos años se han hecho progresos significativos en varios aspectos, como el diseño de hardware, el desarrollo de sistemas, la evitación de colisiones, la planificación de trayectorias, el diseño de plataformas, la evitación de colisiones, los controladores, la modelización, la estabilidad y la gestión de la energía.
La serie Apache cuenta con un GNSS diferencial para proporcionar datos de posición con precisión de centímetros. El GNSS del móvil está unido al zángano marino y la estación base está instalada en tierra. Está equipado con un sistema de comunicación RF para la transferencia de datos a la estación terrestre y tiene una cámara de video PTZ en vivo.
El Apache USV - Sistema hidrográfico integrado
La Serie Apache
La serie Apache integra la navegación no tripulada y la tecnología de levantamiento topográfico, proporcionando una solución hidrográfica autónoma, integrada, motorizada y en red.
Los Apache USV son portátiles para permitir la realización de estudios y mapas batimétricos, estudios de canales, exploraciones geológicas submarinas, etc., incluso en lugares remotos. El sistema reduce los riesgos para la seguridad humana y mejora la flexibilidad y la eficiencia de la vigilancia submarina y los estudios hidrográficos. El casco utiliza la tecnología de sellado anticorrosión, que es adecuada para diferentes tipos de entornos de misión. Navega de forma autónoma para completar la tarea según los planes de la misión.
Ecosondas de un solo haz y multihaz
La ecosonda es un tipo de sonar que se utiliza para determinar la profundidad del agua mediante la transmisión de pulsos de sonido en el agua. Se registra el intervalo de tiempo entre la transmisión y el retorno de un pulso, que se utiliza para determinar la profundidad del agua así como la velocidad del sonido en el agua en ese momento. La distancia se mide multiplicando la mitad del tiempo entre el pulso de salida de la señal y su retorno por la velocidad del sonido en el agua [T÷2×(4700 pies por segundo o 1,5 km por segundo)].
La serie Apache está equipada con una sonda de un solo haz para encontrar la profundidad y calcular el nivel del fondo marino. La ecosonda multihaz Norbit® (MBES) para operaciones oceanográficas también está disponible en la serie Apache 6, que proporciona no sólo una carta batimétrica fiable, sino también un perfil de resistencia a la retrodispersión (BS) del fondo marino. Esta información se utiliza en diversas aplicaciones, como la segmentación y caracterización de los fondos marinos y la inversión de los parámetros geofísicos.
GNSS RTK + Posicionamiento inercial y navegación
La serie Apache integra el sistema GNSS Real Time Kinematics (RTK) para proporcionar una mejor precisión de posicionamiento, desde la precisión nominal GNSS de varios metros hasta unos 2-3 cm. La RTK utiliza una red de estaciones de referencia terrestres fijas para transmitir la diferencia entre las posiciones dadas por los sistemas de satélites GNSS y las posiciones fijas conocidas.
Movilización simplificada - mayor productividad
El Apache es compacto y ligero para facilitar el transporte. Se instala un sistema de comunicación terrestre y se conecta a una computadora para la transferencia de datos del zángano marino. Una estación base RTK está preparada para permitir un posicionamiento preciso. El plan de navegación con los límites de la encuesta se genera y se carga en el sistema de navegación Apache.
Una vez en piloto automático, el Apache USV sigue el plan de la misión y recoge datos en puntos predeterminados y los transmite a la estación terrestre, donde se almacenan en un ordenador. Estos datos pueden luego ser procesados usando el software CHCNAV HydroSurvey y se generan modelos 3D del subsuelo, contornos y gráficos de profundidad. En las zonas portuarias, se mide el nivel del fondo marino para determinar dónde puede atracar un barco y dónde es necesario el dragado.
En las presas, el nivel del lecho se mide para calcular la capacidad de la presa. El nivel del lecho de la presa se eleva durante los días del monzón debido a la sedimentación causada por la llegada de agua pesada a la zona de la presa. Esto puede causar serios cambios en la capacidad de la presa. El desarenado debe realizarse siempre que supere una cantidad que limite el funcionamiento de la presa.
La serie Apache USV. Una solución batimétrica versátil
En los siguientes casos, los proyectos se cargaron en el Apache USV utilizando un puente de radio, la tasa de recogida de datos fijada en un punto cada metro y el GNSS fijado para emitir NMEA a 1 Hz.
Proyecto 1: cartografiar el fondo marino en la zona portuaria existente con un espacio de línea de 10 m. La ecosonda y el receptor GNSS estaban conectados al software HydroSurvey. Se inicia el procedimiento de adquisición de datos y se define la misión autónoma. El Apache USV navega hasta el lugar de inicio y comienza a capturar puntos a lo largo de la línea de curso predefinida. Una vez que la misión se completa, vuelve a su ubicación original.
Los datos procesados se utilizan para preparar el modelo tridimensional del fondo marino y los contornos generados. La figura 2 muestra un ejemplo de un mapa de contorno.
Figura 2: Mapa del contorno del fondo marino
Proyecto 2: Extracción de la sección transversal del lecho del río a lo largo de un curso de agua. El Apache fue operado manualmente a lo largo de la sección transversal dada para obtener las profundidades en cada intervalo de un metro. Se utilizaron profundidades en diferentes posiciones de la sección transversal para generar una sección transversal completa.
Figura 3: Sección transversal del lecho del río
Proyecto 3: mapeo de los niveles del lecho de un lago. Los datos procesados se extraen y se utilizan para preparar un modelo tridimensional que se utilizará como referencia de referencia para verificar la cantidad de limo que se ha eliminado. El área será cartografiada de nuevo con el USV después de completar la limpieza del lago. Ambas capas se utilizarán para comparar y estimar la cantidad de limo removido.
Figura 4: Sección transversal del lecho del río
Conclusión
En esos proyectos se han utilizado diversas metodologías para trazar eficazmente mapas de los niveles del lecho de los ríos y del fondo marino. Los métodos propuestos tienen diversas aplicaciones, como el cálculo de la capacidad de las presas, la desecación de los lechos de los ríos y los embalses. Los resultados representan con precisión la profundidad y el nivel del fondo marino utilizando modelos de terreno en 3D, líneas de contorno y mapas de profundidad.
Figura 5: Modelo 3D
La utilización de los vehículos aéreos no tripulados marinos permite llevar a cabo las operaciones de levantamiento batimétrico en forma automatizada sin tener que movilizar un buque de levantamiento tradicional, aumentando así la productividad de los levantamientos batimétricos. Su portabilidad permite su uso en lugares remotos y de difícil acceso. El continuo desarrollo de las tecnologías incorporadas en los aviones teledirigidos marinos como la serie Apache, combinado con su asequibilidad, ha impulsado su adopción por los profesionales de la topografía marina y su uso generalizado.