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Batimetria e monitorização ambiental com drones

Sistema de eco-sonda integrado para drones: Batimetria exacta e monitorização ambiental

Os ecobatímetros da SPH Engineering são utilizados para medir a profundidade de massas de água, planear e monitorizar dragagens, avaliar sedimentos e na construção de estruturas como pontes e cais. São ideais para ambientes perigosos e para monitorizar instalações de armazenamento de resíduos. As suas caraterísticas incluem sensores avançados, configurações de frequência simples e dupla, elevada precisão, portabilidade e compatibilidade com drones, tornando-os essenciais para a monitorização ambiental e o mapeamento subaquático.

Sectores de aplicação:

Planeamento da construção
Controlo das instalações de armazenagem de resíduos (TSF)
Planeamento e controlo das dragagens
Controlo de sedimentos
Batimetria de cursos de água, lagoas, lagos, charcos, portos, portos de abrigo

Sistema de sonda de eco integrada para drones: Batimetria e monitoramento ambiental preciso

Uma ecosonda é um dispositivo para medir a profundidade da água (ou de qualquer líquido). Uma ecosonda envia ondas sonoras e mede o tempo que leva para o eco do som retornar. A velocidade do som na água é conhecida para poder calcular a profundidade. As ecosondas são ferramentas cruciais para a vigilância ambiental e a cartografia do terreno subaquático.

Os resultados das medições de profundidade realizadas com uma ecosonda ou um levantamento batimétrico podem ser apresentados de várias formas.
As mais populares são:

Mapas de profundidade ou elevação coloridos e mapas de contorno com isolinhas de igual profundidade

Perfis transversais

Perfis transversais

Dados em forma de nuvem de pontos

A SPH Engineering oferece três configurações padrão dos sistemas SBES, com ecossondas de uma ou duas frequências

Existem vários tipos diferentes de dispositivos que utilizam o princípio da ecossonda. Ecossondas de feixe único (SBES), que podem ser monofrequência e bifrequência; ecossondas multifeixe (MBES), sonares de varredura e sonares de varredura lateral. Todos eles, exceto os SBES, costumam ser volumosos e pesados e não são adequados para o desdobramento de UAV, pelo menos sem algum tipo de bóia rebocada. Além disso, o sensor da ecossonda geralmente incorpora funções avançadas, como sensor de temperatura e sensor de inclinação.

Todos os sensores foram fabricados pela empresa coreana EofE Ultrasonics Ltd., especializada em sonares de inspeção.

01. Ecossonda monofrequência ECT 400S com uma frequência acústica de 450 kHz.

Mede a distância até o primeiro “obstáculo” na água: sedimentos, algas e até peixes. Portanto, se o fundo da área de sondagem estiver coberto de algas, essa configuração básica pode não funcionar nesse caso.

A profundidade medida flutuará erraticamente dependendo de qual ecossonda recebeu o som refletido: o fundo ou a vegetação. Isso significa que, para obter leituras “limpas” do EchoLogger ECT 400S, o fundo deve estar livre de algas, garantindo uma medição precisa da profundidade.

A vantagem do EchoLogger ECT 400S é que ele tem uma zona morta muito curta de 15 cm, uma distância mínima que pode medir. Isso torna o sistema com ECT 400S adequado para sondagens muito rasas, a partir de aproximadamente 30 cm de profundidade.

02. Ecossonda de dupla frequência ECT D24S com uma frequência acústica de 450 e 200 kHz

Tecnicamente, uma ecossonda de dupla frequência são dois dispositivos com frequências acústicas diferentes, combinados em uma carcaça compacta.

A frequência mais alta é de 450 kHz, e dará medições até a primeira superfície ou obstáculo. A frequência mais baixa é de 200 kHz, e o som com essa frequência atravessará as algas/vegetação do fundo, e o dispositivo informará leituras limpas do fundo.

Nota: a zona morta para 200 kHz é de 0,5 m, o que limita a profundidade mínima de sondagem prática para esse dispositivo em aproximadamente 0,8 m.

EchoLogger ECT D24S é uma sonda de dupla frequência com sensor de inclinação e temperatura.

Fig.1 – O gráfico mostra a tecnologia: a linha vermelha reflete o som de 450 kHz, que flutua entre as algas e o fundo, enquanto a linha verde (200 kHz) fornece medições de profundidade constantes.

03. Ecossonda de dupla frequência ECT D052S com uma frequência acústica de 200 e 50 kHz

Os impulsos acústicos de 200 kHz serão refletidos na superfície superior do fundo, mas o som de 50 kHz pode penetrar através de sedimentos orgânicos ou leves, medindo a profundidade até o fundo duro.

Isso permite mapear a profundidade e medir a espessura e a quantidade de sedimentos na massa de água.

Nota: a zona morta para 50 kHz é de 1 m, então a profundidade mínima de sondagem na prática será de 1,2 m.

EchoLogger ECT D052S é uma ecossonda de dupla frequência com sensor de inclinação e temperatura.

	ECT 400S Frequência única (450 kHz)	ECT D024 Dupla frequência (200/450 kHz)	ECT D052S Dupla frequência (50/200 kHz)
Faixa de medição	0.15 .. 100 m	0.50 … 200m (200 kHz) 0.15 … 100m (450 kHz)	1.00 .. 200 m (50 kHz) 0.50 .. 200 m (200 kHz)
Medições de sedimentos			Sim
Sensor de inclinação integrado	Sim	Sim	Sim
Sensor de temperatura integrado	Sim	Sim	Sim

Vantagens da ecossonda com UAV

A ecossonda é a ferramenta de medição padrão para batimetria (medição da profundidade). Normalmente, o processo de medição envolve o uso de um barco, uma embarcação ou um veículo de superfície não tripulado (USV) como plataforma para o sensor.

Às vezes, o uso de um barco pode ser complicado, especialmente em rios e lagos pequenos ou de difícil acesso. O uso de USV não é viável em todas as situações devido às características submarinas. Em primeiro lugar, é necessário ter um bom ponto de entrada na água para a implantação e recuperação. Em segundo lugar, o uso de USV em lagos rasos com muitas algas pode ser impossível. Por fim, em muitos casos, um USV deve ser grande o suficiente para resistir às ondas se a análise for realizada na água dos oceanos, e pode ser necessário um veículo grande para transportá-lo.

Locais de difícil acesso

O sistema UAV é ideal para locais de difícil acesso (costas íngremes, poços de minas, águas pouco profundas, obstáculos no terreno), bem como águas de lagoas, lagos e canais. Não há necessidade de um ponto de entrada na água para a implantação e recuperação. Há aplicações em que a área sondada fica a algumas centenas de metros do local de lançamento.

2 vezes mais rentável

Para pequenas massas de água ou áreas de estudo, o custo de mobilização do navio ou USV com o equipamento batimétrico pode exceder o preço do estudo. O sistema UAV, altamente portátil, poupa tempo de mobilização e de implantação e pode ser até 2 vezes mais económico do que uma abordagem padrão utilizando um navio, barco ou USV.

Trabalha num ambiente perigoso

O sistema funciona num ambiente perigoso, do qual os seres humanos não podem aproximar-se livremente. O drone funciona sem contacto com a água. Assim, podem ser medidos lagos e rios com fortes correntes, bem como águas poluídas.

Posicionamento preciso

O posicionamento preciso do drone ao seguir as rotas de levantamento e a sua capacidade de voar a uma velocidade constante e a baixas altitudes especificadas resultam em medições altamente precisas.

O UAV é uma boa alternativa para transportar a ecossonda

Um drone é compacto e fácil de transportar e implantar. Os drones também têm grande precisão para seguir as linhas de sondagem planejadas e podem ser utilizados em qualquer lugar onde haja pelo menos uma pequena área para decolar e pousar perto da superfície da água sondada.

Aplicações típicas

Fisicamente, sem levar em conta as aplicações, as ecossondas medirão o mesmo. No entanto, as aplicações podem ditar diferenças no planejamento do levantamento, no processamento dos dados e no relatório final. A seguir está a lista de aplicações típicas dos sistemas de ecossonda a bordo de drones:

Planejamento/monitoramento da dragagem, controle de qualidade do contratante

Planejamento da construção (docas, pontes, etc.)

Batimetria em zonas de arrebentação

Controle do acúmulo de sedimentos

Monitoramento de TSF e lagos a céu aberto (volume de água e capacidade)

Batimetria das instalações de armazenamento de líquidos agressivos

Meio ambiente: batimetria, sedimentos, algas marinhas

Perfilamento da seção transversal dos rios para cálculo da vazão máxima

O sistema de ecossonda para UAV consiste em múltiplos componentes. Para sua conveniência, todos os componentes, software e serviços necessários são combinados em pacotes de ecossonda.

Drones compatíveis: DJI M300/M350/M600, Inspired Flight IF1200A, Harris Aerial H6, e Wispr Ranger Pro e UAV similares.

Ecossonda

Em carcaça pesada com sistema de suspensão

Computador de bordo SkyHub

Atua como registrador de dados da ecossonda e implementa o modo True Terrain Following para drones DJI

Altímetro laser ou radar

Altímetro laser ou radar para voar automaticamente em modo de seguimento do terreno para uma altitude precisa

Software de planejamento de voo UgCS

Software de planejamento de voo de drones para o planejamento de missões e o controle de voo, essencial para a coleta precisa de dados da ecossonda.

Eye4software Hydromagic Survey

Software de tratamento de dados batimétricos

Na batimetria, tradicionalmente dominada por barcos, há cada vez mais soluções baseadas em veículos aéreos não tripulados que incorporam ecossondas para a coleta de dados batimétricos. Isso levanta as perguntas habituais sobre a precisão do sistema.

Dado que os sistemas baseados em UAV utilizam ecossondas de qualidade topográfica e receptores GNSS RTK de alta gama dos drones modernos para o posicionamento, a precisão dos dados coletados por sistemas montados em drones é a mesma que a de barcos tripulados e não tripulados.

Nossos clientes compararam os dados coletados por drones com métodos mais tradicionais. A imagem (ver Fig.2) é um rastreamento dos dados do drone coletados usando um poste de medição com receptor GNSS Trimble RTK (em círculos vermelhos), dados cortesia de Geopartner Landinspektorer A/S. Este método de medição é considerado o mais preciso. É visível que a diferença é insignificante.

Precisão do sistema

Fig.2 – Imagem que representa a correlação entre o sistema montado em drone com ecossonda e o poste de medição com receptor GNSS Trimble RTK (em círculos vermelhos)