ANTECEDENTES DEL PROYECTO
Los ríos nutren la tierra, mantienen el equilibrio ecológico y fomentan el desarrollo agrícola, pero si no se conocen los cambios en el caudal de los grandes ríos, pueden producirse inundaciones o sequías. Desde los grandes ríos hasta los pequeños arroyos, el control de la velocidad y el caudal siempre ha sido un quebradero de cabeza para la medición hidrográfica. Los primeros equipos representativos, como los correntímetros mecánicos, los correntímetros impresos, los correntímetros electromagnéticos, etc., sólo pueden medir la velocidad del caudal en un único punto y no pueden medir con precisión el caudal de la sección transversal. La aparición del Perfilador de Velocidad Acústico Doppler (ADCP), que puede medir la velocidad de cada capa de toda la sección, muestra de forma más intuitiva y precisa el caudal de los ríos, por lo que los usuarios hidrológicos mundiales se decantan por él.
LOS USUARIOS PINTAN PUNTOS
En la actualidad, los métodos por los que los usuarios hidrológicos tradicionales transportan el ADCP para la medición del caudal de la sección transversal incluyen principalmente el remolque por cable, el montaje en una embarcación no tripulada, el remolque por un trimarán, etc.
Por lo tanto, los puntos débiles pueden enumerarse como sigue:
1. La instalación del equipo para remolcar en un teleférico es costosa y su mantenimiento es complicado.
2. El barco artificial es inflexible cuando lleva ADCP para medir el caudal. 3. La ruta a lo largo del tramo no suele ser recta, lo que da lugar a malos resultados de los datos y a peligro para las personas en caso de corrientes turbulentas.
3. La pérdida de datos de seguimiento en la parte inferior del ADCP hace que falten datos de medición del caudal, además, el entorno puede afectar fácilmente a la precisión de la brújula.
Figura 1. El USV Apache 4 está completando el estudio hidrológico
SOLUCIÓN
El APACHE 4, un USV autónomo para levantamientos hidrográficos, puede ayudar a evitar el elevado coste de mantenimiento que supone remolcar peces en un teleférico; es compacto, fácil de lanzar y manejar en el lugar de la misión, y funciona eficazmente en un entorno estrecho. Además, puede transportarse cómodamente en coche.
El APACHE 4 se integró con una ecosonda monohaz y un ADCP para compensar la pérdida de los datos de seguimiento del fondo y la brújula del ADCP, vulnerables a las condiciones ambientales. Este USV es compatible con una amplia variedad de sistemas ADCP disponibles en el mercado; ofrece una solución de operación no tripulada con un calado poco profundo, una gran precisión de navegación y un vuelo estacionario estable para los hidrólogos a la hora de medir la velocidad y la descarga del flujo de agua de la sección actual.
El USV APACHE 4 reúne lo mejor de la tecnología de posicionamiento de alta precisión y control de navegación automatizada, construida en torno a los hábitos del operador cuando realiza mediciones de caudal de secciones transversales hidrográficas ADCP. Incluso cuando los entornos obstruidos pueden degradar el posicionamiento GNSS, el módulo GNSS+IMU interno sigue proporcionando una posición y un rumbo fiables para el ADCP y el controlador del piloto automático. Como resultado, el APACHE 4 es una solución perfecta para obtener mediciones de caudal y velocidad de alta calidad en aguas en las que el acceso de embarcaciones tripuladas es poco práctico.
CARACTERÍSTICAS CLAVE DEL APACHE 4 USV PARA COMPLETAR EL PROYECTO CON ÉXITO
- Hace que la ruta a lo largo de la sección transversal sea más recta y que los datos de medición del caudal sean más precisos gracias a las tecnologías de adaptación automática del flujo de agua en línea recta y de vuelo estacionario estable
- Proporciona datos ininterrumpidos de posicionamiento y rumbo para el ADCP y compensa la pérdida de datos de seguimiento del fondo y la brújula del ADCP debido a interferencias ambientales.
- Cuando lleva incorporada una ecosonda monohaz y un ADCP al mismo tiempo, se puede obtener la topografía del fondo durante la medición del caudal.
FASES DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO
1. INSTALACIÓN
El orificio de instalación del ADCP de 17 cm de diámetro está reservado en el centro de gravedad del casco del USV que es compatible con la variedad más común de ADCP del mercado. En este proyecto, el APACHE 4 está equipado con la ecosonda monohaz D230 de CHCNAV y el ADCP RiverPro de Teledyne RD Instrument. Por lo tanto, los usuarios pueden instalarlos y desmontarlos rápidamente in situ.
Figura 2. Instalación del ADCP en el APACHE 4
2. PLANIFICACIÓN DE LA MISIÓN
Se planificó previamente en el software AutoPlanner una línea de ida y vuelta a lo largo de la sección transversal del río, que sería la ruta de ida y vuelta seguida de forma autónoma por el USV APACHE 4 para recoger los datos de profundidad y caudal.
Figura 3. Ruta de ida y vuelta planificada para el estudio con el APACHE 4
3. OPERACIÓN HIDROLÓGICA AUTÓNOMA
En este proyecto, el APACHE 4 transmite los datos del ADCP al software de la estación terrestre en tierra a través de la red 4G. Tras configurar los datos del ADCP, el posicionamiento NMEA GPGGA y el acceso a los datos de orientación GPHDT y establecer la distancia a la costa en el software WinRiver II, APACHE 4 entró en el modo de vuelo estacionario de punto fijo en la costa, y se libera después de que el ADCP recopilara los datos de la costa.
A continuación, el APACHE 4 se equipó con la ecosonda monohaz D230 y el ADCP RiverPro para navegar automáticamente a lo largo de la línea de la sección transversal del río planificada, y el software registró los datos del perfil de flujo de la sección transversal.
Figura 4. APACHE 4 recoge los datos de un estudio
4. RECOGIDA DE DATOS
En este proyecto, el USV APACHE 4 estaba equipado con RiverPro ADCP, completó dos viajes de ida y vuelta de medición de flujo transversal en sólo 20 minutos, acortando el tiempo de medición de ida y vuelta de una sola vez a 2 horas, reduciendo los recursos humanos a 2 personas.
Figura 5. Datos obtenidos tras la primera medición de ida y vuelta
Figura 6. Datos obtenidos tras la segunda medición de ida y vuelta Datos obtenidos tras la segunda medición de ida y vuelta
5. RESUMEN
El error de comparación del caudal total de las dos rondas de medición es sólo del 0,39%, lo que supera con creces el 5% exigido por la especificación de precisión de medición de caudal de este proyecto.
Los usuarios han elogiado mucho la gran eficacia y la alta precisión de APACHE 4.
CONCLUSIÓN
Las operaciones en el sector del agua son una de las industrias más peligrosas en la actualidad, donde los factores humanos causan aproximadamente el 70% de los accidentes. Las aplicaciones integradas de USV han empezado a modificar el estado de trabajo del personal y de los buques correspondientes. El personal ya se transfiere parcialmente de los barcos a tierra cuando las embarcaciones se equipan con sensores inteligentes para navegar de forma autónoma. Como resultado, se reducen los costes de funcionamiento y mejoran considerablemente la eficacia y la precisión de las mediciones.
El APACHE 4, USV autónomo de medición de caudal, resuelve los problemas relacionados con la escasa precisión de la navegación y la medición, la corta distancia de transmisión de datos, la baja eficiencia del trabajo y la estimación de la distancia del caudal a tierra, tan comunes en los estudios hidrológicos. Cumple los requisitos de las especificaciones de medición e innova la forma de realizar los estudios hidrológicos.
___
Acerca de CHCNAV
CHC Navigation (CHCNAV) crea soluciones innovadoras de navegación y posicionamiento GNSS para que el trabajo de los clientes sea más eficaz. Los productos y soluciones de CHCNAV abarcan múltiples sectores, como el geoespacial, la construcción, la agricultura y la marina. Con presencia en todo el mundo, distribuidores en más de 120 países y más de 1.500 empleados, hoy en día CHC Navigation está reconocida como una de las empresas de tecnologías geomáticas de más rápido crecimiento.
