17/04/2018-Nueva Solucion de Batimetrias

Descripción del proyecto

Los niveles de los fondos marinos deben medirse con precisión para saber si un barco puede viajar al área de atraque o si se requiere dragado para crear profundidad suficiente para atracar. Además, se requieren niveles de lecho en las áreas de la presa y el tanque para calcular la capacidad de la represa anualmente. Debido al constante movimiento de agua hacia estas presas, la sedimentación causa un aumento en los niveles de lecho, y esto disminuye la capacidad general de la presa. La eliminación de sedimentos de las presas a tiempo es esencial para mantener suficiente agua para alimentar el área de comando. Esta plantilla de solución explota las diversas funcionalidades de CHC Apache 5 para un análisis eficiente de los niveles del fondo marino. El software hidrográfico CHC también se utiliza para registrar los datos y el análisis. Proporciona resultados en forma de modelos tridimensionales, contornos y profundidad. Las estadísticas se generan con precisión para las áreas requeridas en las coordenadas WGS 84.

Acerca de CHC Apache 5 USV

Apache 5 es un barco autónomo de triple casco de fibra de carbono de poliéster macromolécula. Las fibras de carbono se utilizan ampliamente en la fabricación de materiales avanzados debido a sus excelentes propiedades, tales como alta resistencia específica y módulo, bajo coeficiente de expansión y flexibilidad relativa. Sin embargo, las fibras de carbono son difíciles de humedecer por líquido (como la matriz de resina) debido a la baja energía superficial.

El Apache 5 tiene un ecosonda para encontrar la profundidad y calcular los niveles del lecho marino. La ecosonda multihaz (MBES) es un dispositivo popular para operaciones oceanográficas. Proporciona no solo un buen mapa batimétrico sino también un perfil de resistencia a la retrodispersión (BS) del lecho marino. Esta información se utiliza en diversas aplicaciones, como la segmentación y caracterización del fondo marino, la inversión de parámetros geofísicos.

El Apache 5 también tiene un GPS diferencial para proporcionar posiciones precisas en todo momento. El GPS móvil está instalado en el barco y la estación base está instalada en el suelo. Muchas aplicaciones de robótica al aire libre requieren posiciones que son más precisas que las obtenidas por un único receptor de GPS. Los sistemas RTK-GPS existentes ya proporcionan precisiones en el nivel sub-centímetro. Sin embargo, los receptores de doble frecuencia de grado geodésico que generalmente se requieren para estos sistemas son caros. Factores importantes como el tamaño, el peso o el consumo de energía limitan las posibles formas de aplicación y la aceptación en el campo de la robótica móvil.

Hoy en día, existen dispositivos económicos, pequeños, livianos y de ahorro de energía, pero generalmente no proporcionan datos de observación sin procesar, lo cual es absolutamente necesario para cualquier solución de GPS diferencial (DGPS). El sistema de navegación inercial asistido por GPS (GPS-INS) se aplica ampliamente para fines de navegación en aeronaves, vehículos terrestres y vehículos de superficie marina. En situaciones donde las mediciones de fase de portadora y las fuentes diferenciales están disponibles, se puede lograr la precisión de nivel de centímetros aplicando la técnica Cinemática en tiempo real (RTK). Sin embargo, el GPS-INS convencional todavía tiene limitaciones, entre las cuales el rendimiento del EKF depende significativamente de las condiciones iniciales y las no linealidades. Esto se debe al hecho de que los puntos de linealización de EKF incorrectos anteriores no se pueden corregir más adelante.

El Apache 5 está equipado con un sistema de comunicación de RF para la transferencia de datos a una estación terrestre. Los futuros sistemas de comunicación inalámbricos dedicados a las aplicaciones marítimas hacen un llamado para aumentar las velocidades de datos. Establecer comunicaciones confiables en el exterior es una tarea desafiante debido a las condiciones ambientales extremas. La falta de conocimiento de las características del canal de radio sobre el mar limita el desarrollo de diversas técnicas de comunicación inalámbrica. De hecho, las comunicaciones marítimas actuales dependen de las bandas de VHF y de los enlaces satelitales de alto costo.

También está equipado con una cámara de video web. El alto rango dinámico es crítico para varias aplicaciones de imágenes como cámaras de seguridad, cámaras móviles y cámaras de automóviles. Las cámaras que no son HDR toman fotografías con un rango de exposición limitado, lo que resulta en la pérdida de detalles en áreas brillantes u oscuras. Los dispositivos de imágenes HDR pueden compensar esta pérdida de detalles al capturar dos o más imágenes a diferentes niveles de exposición y combinarlas para producir una imagen con un rango tonal más amplio. La fusión de múltiples exposiciones preserva tanto las regiones saturadas como las de sombra y, por lo tanto, proporciona un rango dinámico más alto que una única exposición.

Instrumentos y técnicas requeridos

● Apache 5 USV

APACHE 5 está integrado con tecnología inteligente de robots de navegación en el agua, tecnología topográfica topográfica, que proporciona una solución de medición inteligente, no tripulada, integrada, motorizada y en red.

Se usa ampliamente para levantamientos y mapeos batimétricos, estudios de canales, exploración geológica submarina, etc. El sistema puede reducir los riesgos de seguridad personal y mejorar la flexibilidad y eficiencia del monitoreo subacuático así como de los levantamientos hidrográficos. La radio digital y la cámara de video web de alta definición son configuraciones estándar. Mientras tanto, APACHE 5 puede llevar los sonares de barrido lateral de uno o múltiples haces, receptor GNSS para opcional. APACHE 5 puede recopilar datos en el almacenamiento local de múltiples tipos de equipos en tiempo real. El casco triple adopta una tecnología de sellado anticorrosión que puede aplicarse a diferentes tipos de entornos de misión. Navegará autónomamente para finalizar la tarea de acuerdo con los planes de la misión.

La pelea se distingue de sus predecesores y otros USV debido a sus especificaciones y construido. Apache 5 es único con características tales como el diseño de triple casco, cuerpo de buque faro, menos de 10 kg, sistema de navegación inercial de alta sensibilidad interna, velocidad ajustable, hasta 5 m / s, tecnología de hélices dobles con rotación contraria, alta flexibilidad para transportar diferentes sensores, equipado con cámara de video web de alta definición. Estas características lo hacen adecuado para las operaciones requeridas para el proyecto.

● Echo Sounder

El eco es un tipo de sonar utilizado para determinar la profundidad del agua al transmitir pulsos de sonido al agua. Se registra el intervalo de tiempo entre la emisión y el retorno de un pulso, que se usa para determinar la profundidad del agua junto con la velocidad del sonido en el agua en ese momento. Esta información se usa generalmente para fines de navegación o para obtener profundidades para fines de gráficos. El eco del eco también puede referirse a "ecosondas" hidroacústicas definidas como sonido activo en agua (sonar) utilizado para estudiar peces. Las evaluaciones hidroacústicas han empleado tradicionalmente encuestas móviles desde embarcaciones para evaluar la biomasa de peces y las distribuciones espaciales. Por el contrario, las técnicas de ubicación fija utilizan transductores estacionarios para monitorear a los peces que pasan.

La distancia se mide multiplicando la mitad del tiempo desde el pulso de salida de la señal hasta su retorno por la velocidad del sonido en el agua, que es aproximadamente 1,5 kilómetros por segundo [T ÷ 2 × (4700 pies por segundo o 1,5 kilo por segundo)] aplicaciones precisas del sondeo de eco, como la hidrografía, la velocidad del sonido también debe medirse normalmente desplegando una sonda de velocidad del sonido en el agua. El eco es efectivamente una aplicación especial del sonar utilizado para localizar el fondo.

● GPS diferencial

El Sistema de Posicionamiento Global Diferencial (DGPS) es una mejora del Sistema de Posicionamiento Global que proporciona una precisión de ubicación mejorada, desde la precisión del GPS nominal de 15 metros hasta aproximadamente 10 cm en el caso de las mejores implementaciones.

DGPS utiliza una red de estaciones de referencia terrestres para transmitir la diferencia entre las posiciones indicadas por los sistemas de satélites GPS y las posiciones fijas conocidas. Estas estaciones transmiten la diferencia entre los pseudo-rangos satelitales medidos y los pseudo-rangos reales (calculados internamente), y las estaciones receptoras pueden corregir sus pseudo-rangos en la misma cantidad. La señal de corrección digital típicamente se transmite localmente a través de transmisores terrestres de menor alcance.

● Radio digital

La radio digital es el uso de tecnología digital para transmitir y / o recibir a través del espectro de radio. Pueden referirse a la transmisión digital por ondas de radio, incluida la transmisión digital, y especialmente a los servicios de radio de audio digital. En los sistemas de radiodifusión digital, la señal de audio analógica se digitaliza, comprime usando formatos tales como MP2, y se transmite usando un esquema de modulación digital. El objetivo es aumentar el número de programas de radio en un espectro determinado, mejorar la calidad del audio, eliminar los problemas de desvanecimiento en entornos móviles, permitir servicios adicionales de difusión de datos y disminuir la potencia de transmisión o el número de transmisores necesarios para cubrir un región. Sin embargo, la radio analógica (AM y FM) sigue siendo más popular y cada vez es más popular escuchar radio sobre IP (Protocolo de Internet).

● Cámara web

Una cámara web es un dispositivo de entrada que captura imágenes y videos digitales. Estos se transfieren a la computadora, que los mueve a un servidor. A partir de ahí, pueden transmitirse a la página de alojamiento. Las computadoras portátiles y de escritorio a menudo están equipadas con una cámara web. Las características de una cámara web dependen en gran medida del sistema operativo del software de la computadora y del procesador de la computadora que se utiliza. Las cámaras web pueden tener características adicionales tales como detección de movimiento, archivo de imágenes, automatización o incluso codificación personalizada.

Métodos de solución

Apache 5 está desmantelado para ahorrar espacio y facilitar el transporte. En el sitio de la operación, debe ser ensamblado. La ecosonda, el lado de soporte antihogo, el sistema de comunicación de RF están fijos y la cámara está fija. Las hélices, el rover DGPS y el sistema de comunicación RC están conectados.

Hay dos baterías separadas en el Apache 5. Se proporciona una batería grande para ofrecer potencia a las hélices y al sistema de comunicación RC que se requiere para la navegación. Los componentes restantes están conectados a una batería pequeña. Un sistema de comunicación terrestre es una configuración que está conectada a una computadora para la transferencia de datos desde el barco. Una estación base DGPS está configurada para una conexión diferencial para proporcionar una posición precisa de la embarcación. Los límites de la encuesta son fijos. El plan de vuelo se genera para los límites de la encuesta y se carga en el sistema de navegación. El bote se coloca en el agua. Una prueba de prueba pequeña se ejecuta moviéndola hacia adelante y hacia atrás y de lado a lado. Una vez que la prueba de prueba es exitosa, la RC se pone en piloto automático. Esto ejecuta el plan de vuelo que se ha cargado. El barco sigue el plan de vuelo y recoge los datos en los puntos predeterminados y los transmite a la estación de tierra y se registra en una computadora. Estos datos pueden luego procesarse utilizando el software de la encuesta hidroeléctrica CHC y se generan resultados. Se generan los modelos de suelo 3D, los contornos y los gráficos de profundidad. A partir de los resultados, en las áreas portuarias, los niveles del lecho marino se miden para saber dónde un barco puede viajar al muelle y dónde se requiere dragado. En las represas, medimos los niveles del lecho para calcular la capacidad de la presa. Los niveles del lecho de la presa se elevan durante los días del monzón debido a la sedimentación debido a la entrada de agua pesada al área de la represa. Esto puede causar cambios serios en la capacidad de la presa. La eliminación de sedimentos debe llevarse a cabo cada vez que exceda una cantidad que limitaría la función de la presa.

Escenarios Aplicados

● Área del puerto

En este escenario, el objetivo era mapear el lecho marino subterráneo del área portuaria existente. El área de interés fue dada por el cliente.

La misma área de interés se usó para crear una misión autónoma utilizando el Planificador de Misión en el que el espaciado entre las líneas se tomó como 10 m. La misión preparada se carga en el USV (APACHE 5) utilizando un puente de radio. La tasa de recopilación de datos se estableció en un punto por metro. La salida del receptor GNSS está configurada en salida NEMA de 1Hz.

El ecosonda y el receptor GNSS se conectaron al software Hydro Sounder. El procedimiento de captura de datos se inicia y se establece la misión autónoma. El USV se mueve a la ubicación de inicio y comienza a capturar los puntos a lo largo de la línea del plan predefinido. Después de la finalización de la misión, el USV vuelve a la ubicación de inicio después de lo cual se detiene la grabación de los datos GNSS y Sounder en Hydro Survey. Los datos recopilados se verifican en el software Hydro Survey para encontrar anomalías en los datos obtenidos.

Los datos procesados ​​se muestrean y luego se exportan como formato de valores separados por comas. Una muestra de lo mismo se muestra en la Tabla 1.

Los datos procesados ​​se utilizan para preparar el Modelo 3D del fondo marino y los contornos generados. La muestra de datos 3D y el contorno se muestran en la Figura 1 y la Figura 2.

● Sección Transversal del Río

En este escenario, el objetivo principal de este estudio de caso es la extracción de la sección transversal del lecho del río, solo un río que fluye. Los lugares en los que se tomará la sección transversal fueron proporcionados por el cliente.

El Apache 5 se movió manualmente a lo largo de la sección transversal dada para obtener las profundidades en cada intervalo de un metro. La tasa de recopilación de datos se estableció en un punto por metro. La salida del receptor GNSS está configurada en salida NEMA de 1Hz.

El ecosonda y el receptor GNSS se conectaron al software Hydro Sounder. El procedimiento de captura de datos se inicia y el USV se conduce manualmente a lo largo de la línea de sección transversal para obtener las profundidades.

Los datos brutos recolectados fueron verificados en busca de anomalías ya que hubo un gran movimiento de peces durante la encuesta. Los datos de profundidad verificados fueron muestreados y exportados a formato de archivo CSV. La muestra de datos brutos se muestra en la Tabla 2.

La profundidad en diferentes secciones transversales se usó para generar una sección transversal. Los datos de profundidad medidos utilizando el USV se compararon con los datos de profundidad proporcionados por el cliente en la misma sección transversal que se muestra en la Figura 3. Los datos obtenidos del USV coincidieron con las profundidades recopiladas por el cliente.

● Área del lago

En este escenario, el objetivo es mapear los niveles de lecho de un lago.

La misma área de interés se usó para crear una misión autónoma utilizando el Planificador de Misión en el que el espaciado entre las líneas se tomó como 10 m. La misión preparada se carga en el USV (APACHE 5) utilizando un puente de radio. La tasa de recopilación de datos se estableció en un punto por metro. La salida del receptor GNSS está configurada en salida NEMA de 1Hz.

El ecosonda y el receptor GNSS se conectaron al software Hydro Sounder. El procedimiento de captura de datos se inicia y se establece la misión autónoma. El USV se mueve a la ubicación de inicio y comienza a capturar los puntos a lo largo de la línea del plan predefinido. Después de la finalización de la misión, el USV vuelve a la ubicación de inicio después de lo cual se detiene la grabación de los datos GNSS y Sounder en Hydro Survey. Los datos recopilados se verifican en el software Hydro Survey para encontrar anomalías en los datos obtenidos.

Los datos procesados ​​se extraen y se usan para preparar un modelo 3D (que se muestra en la Figura 4) que se utilizará como referencia base para verificar la cantidad de sedimento eliminada. El área se volverá a mapear con USV (Apache 5) después de completar el descelamiento del lago. Ambas capas se usarán para comparar y estimar la cantidad de limo que se elimina.

Conclusión

Hemos empleado los métodos utilizados en este documento para mapear eficientemente los niveles del lecho marino. Los métodos propuestos tienen diversas aplicaciones tales como los cálculos de la capacidad de la presa, el descementado de los lechos de los ríos y el embalse. Los resultados muestran con precisión la profundidad y los niveles del lecho marino utilizando modelos tridimensionales, contornos y gráficos de profundidad. Debido a los avances continuos en tecnología, Apache 5 tendrá una amplia variedad de aplicaciones en el futuro cercano.