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Techniques de relevé bathymétrique Utilisation du drone maritime autonome Apache.
La bathymétrie est l'étude et la cartographie des fonds marins ou des lits de lacs. Elle consiste à obtenir des mesures de la profondeur de l'océan ou des lacs et équivaut à la cartographie de la topographie terrestre. En général, on ne dispose que d'informations limitées sur les fonds marins et les lacs. Les cartes existantes des fonds marins sont souvent à basse résolution ou obsolètes.
Dans le cas des barrages, le fond est cartographié pendant la construction, et les données des séries chronologiques ne sont pas enregistrées car les profondeurs seront difficiles à mesurer. En raison de l'afflux d'eau, une grande quantité de limon peut se déposer dans le barrage, réduisant la profondeur de l'eau stockée. Dans cette application, la série Apache est une technologie appropriée car elle peut mesurer des profondeurs allant jusqu'à 300 m et fournir sa position GNSS exacte. Les données peuvent être utilisées pour estimer les dépôts de limon qui s’accumulent au fond du canal, etc.
Le niveau du fond marin doit être mesuré avec précision pour déterminer si un navire peut atteindre la zone d'accostage ou si un dragage est nécessaire pour créer une profondeur suffisante. Le calcul de la profondeur est nécessaire dans les zones de barrage et de réservoir pour calculer la capacité du barrage année après année. En raison du mouvement constant de l'eau à travers ces barrages, l'envasement fait monter le niveau du lit, ce qui réduit leur capacité globale.
Cet article explore les différentes caractéristiques de la série Apache USV pour une cartographie efficace des fonds marins. Le logiciel de levé hydrographique CHCNAV est utilisé pour l'enregistrement et l'analyse des données. Il fournit des résultats sous forme de modèles 3D du sol, des contours et de la profondeur.
Figure 1 : CHCNAV Apache3 levé bathymétrique d’une rivière
La série Apache est un drone autonome, fabriqué en polyester macromoléculaire à base de fibres de carbone. La fibre carbone est largement utilisée dans la fabrication de matériaux avancés en raison de ses excellentes propriétés, telles qu'une résistance élevée, une faible expansion, et une relative flexibilité.
L'autonomie est un aspect central des applications marines autonome. L'objectif est d'augmenter la gamme et la complexité des tâches sous-marines qui peuvent être automatisées tout en réduisant le besoin de supervision de l'opérateur. Deux des questions les plus importantes pour la mise en œuvre de drones autonomes à plus large échelle et dans des délais courts sont la fiabilité du système et les coûts de fabrication. Par rapport au domaine des drones, tels que les UAV ou les ROV, moins d’efforts de R&D ont été menés dans le domaine des USV marins. Toutefois, ces dernières années, des progrès importants ont été réalisés dans plusieurs domaines, tels que la conception du matériel, le développement des systèmes, l'évitement des collisions, la planification des trajectoires, la conception des plates-formes, les contrôleurs, la modélisation, la stabilité et la gestion de l'énergie.
La série Apache utilise un GNSS différentiel pour fournir des données de position au centimètre près. Le récepteur GNSS est intégré au drone marin et la station GNSS de base est installée sur la berge. Il est équipé d'un système de communication RF pour le transfert de données vers la station au sol et dispose d'une caméra vidéo PTZ temps réel.
L'Apache USV - Système hydrographique intégré
La série Apache
La série Apache intègre une technologie de navigation autonome et de levés bathymétrique, offrant une solution hydrographique autonome, intégrée, motorisée et connectée.
Les USV Apache sont portables pour permettre des levés et des cartographies bathymétriques, des levés de canaux, des explorations géologiques sous-marines, etc. même dans des endroits éloignés. Ce système réduit les risques pour la sécurité des personnes et améliore la flexibilité et l'efficacité de la surveillance sous-marine et des relevés hydrographiques. La coque utilise une technologie d'étanchéité anti-corrosion, qui convient à différents types d'environnements de mission. Il navigue de manière autonome pour accomplir la tâche selon les plans de la mission.
Echosondeurs mono et multifaisceaux
L'échosondeur est un type de sonar utilisé pour déterminer la profondeur de l'eau en transmettant des impulsions sonores dans l'eau. L'intervalle de temps entre la transmission et le retour d'une impulsion est enregistré, ce qui permet de déterminer la profondeur de l'eau ainsi que la vitesse du son dans l'eau à ce moment. La distance est mesurée en multipliant la moitié du temps entre l'impulsion sortante du signal et son retour par la vitesse du son dans l'eau [T÷2×(4700 pieds par seconde ou 1,5 km par seconde)].
Les séries Apache sont équipées d'un sondeur mono faisceau pour mesurer la profondeur et calculer le niveau du fond marin. Le sondeur multifaisceaux Norbit® (MBES) pour les opérations océanographiques est également disponible dans la série Apache 6, fournissant non seulement une carte bathymétrique fiable, mais aussi un profil de résistance à la rétrodiffusion (BS) du fond marin. Ces informations sont utilisées dans diverses applications, telles que la segmentation et la caractérisation des fonds marins, et l'inversion des paramètres géophysiques.
GNSS RTK + Positionnement et navigation inertiels
La série Apache intègre le système GNSS RTK afin d'améliorer la précision du positionnement, qui passe d'une précision GNSS nominale de plusieurs mètres à environ 2-3 cm. Le RTK utilise un réseau de stations de référence fixes au sol pour diffuser la différence entre les positions données par les systèmes de satellites GNSS et les positions fixes connues.
Une mobilisation simplifiée - une productivité accrue
L'Apache est compact et léger pour faciliter le transport. Un système de communication au sol est installé et connecté à un ordinateur pour le transfert des données du drone marin. Une station de base RTK est mise en place pour permettre un positionnement précis. Le plan de navigation avec les limites de levé est généré et est téléchargé sur le système de navigation Apache.
Une fois en pilotage automatique, l'Apache USV suit le plan de mission et collecte des données à des points prédéterminés et les transmet à la station au sol, où elles sont stockées sur un ordinateur. Ces données peuvent ensuite être traitées à l'aide du logiciel CHCNAV HydroSurvey et des modèles 3D du sous-sol, des contours et des graphiques de profondeur sont générés. Dans les zones portuaires, le niveau du fond marin est mesuré pour déterminer où un navire peut aller s'amarrer et où un dragage est nécessaire.
Dans les barrages, le niveau du lit est mesuré pour calculer la capacité du barrage. Le niveau du lit du barrage est relevé pendant les périodes de mousson en raison de l'envasement causé par l'arrivée d'eau chargée dans la zone du barrage. Cela peut entraîner de sérieux changements dans la capacité du barrage. Le désenvasement doit être effectué chaque fois qu'il dépasse une quantité qui limiterait l'exploitation du barrage.
La série Apache USV. Une solution bathymétrique polyvalente
Dans les cas suivants, les projets ont été téléchargés sur l'Apache USV à l'aide d'un réseau LAN, la fréquence de collecte des données étant fixé à un point tous les mètres et le GNSS étant réglé pour fournir une sortie NMEA à 1 Hz.
Projet 1 : cartographie des fonds marins dans une zone portuaire existante avec un espacement de 10 m entre les lignes. L'échosondeur et le récepteur GNSS ont été connectés au logiciel HydroSurvey. La procédure d'acquisition des données est lancée, et la mission autonome est définie. L'Apache USV navigue jusqu'au point de départ et commence à capturer des points le long de la ligne de parcours prédéfinie. Une fois la mission terminée, il retourne à son emplacement d'origine.
Les données traitées sont utilisées pour préparer le modèle 3D du fond marin et les contours générés. La figure 2 montre un exemple de carte en courbes de niveau.
Figure 2 : Carte de contour des fonds marins
Projet 2 : Extraction de la section transversale du lit de la rivière le long d'un cours d'eau. L'Apache était piloté manuellement le long de la section transversale donnée pour obtenir les profondeurs à chaque intervalle d'un mètre. Des profondeurs à différentes positions de la section transversale ont été utilisées pour générer une section transversale complète.
Figure 3: Coupe transversale du lit de la rivière
Projet 3 : cartographie du niveau du lit d'un lac. Les données traitées sont extraites et utilisées pour préparer un modèle 3D qui servira de référence de base pour vérifier la quantité de limon enlevée. La zone sera recartographiée avec l'USV après l'achèvement du désenvasement du lac. Les deux couches seront utilisées pour comparer et estimer la quantité de limon enlevée.
Figure 4: Coupe transversale du lit de la rivière
Conclusion
Diverses méthodes ont été utilisées dans ces projets pour cartographier efficacement les niveaux du lit des rivières et des fonds marins. Les méthodes proposées ont diverses applications telles que le calcul de la capacité des barrages, le désenvasement des lits de rivières et des réservoirs. Les résultats représentent avec précision la profondeur et le niveau du fond marin en utilisant des modèles de terrain 3D, des courbes de niveau et des cartes de profondeur.
Figure 5: Modèle 3D
L'utilisation de drones marins permet d'effectuer des opérations de levés bathymétriques en mode automatisé sans avoir à mobiliser un navire traditionnel, ce qui augmente la productivité des levés bathymétriques. Leur portabilité permet leur utilisation dans des endroits éloignés et difficiles d'accès. Le développement continu des technologies embarquées dans les drones marins, comme la série Apache, combiné à leur prix abordable, a accéléré leur adoption par les professionnels de l’hydrographie et leur utilisation à grande échelle.