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Batimetría y monitoreo ambiental con drones

Sistema de sonda de ecos integrada para drones: Batimetría y monitoreo ambiental preciso

Los ecosondas de SPH Engineering se utilizan para medir la profundidad de cuerpos de agua, planificar y monitorear dragados, evaluar sedimentos, y en la construcción de estructuras como puentes y muelles. Son ideales para entornos peligrosos y la supervisión de instalaciones de almacenamiento de relaves. Sus características incluyen sensores avanzados, configuraciones de frecuencia única y doble, alta precisión, portabilidad y compatibilidad con drones, lo que los hace esenciales para la monitorización ambiental y la cartografía submarina.

Sectores de aplicación:

Planificación de la construcción
Control de las instalaciones de almacenamiento de residuos (TSF)
Planificación y control de dragados
Control de sedimentos
Batimetría de vías navegables, lagunas, lagos, estanques, puertos

Sistema de sonda de ecos integrada para drones: Batimetría y monitoreo ambiental preciso

Una ecosonda es un dispositivo para medir la profundidad del agua (o de cualquier líquido). Una ecosonda envía ondas sonoras y mide el tiempo que tarda en volver el eco del sonido. Se conoce la velocidad del sonido en el agua para poder calcular la profundidad. Las ecosondas son herramientas cruciales para la vigilancia del medio ambiente y la cartografía del terreno submarino.

Los resultados de las mediciones de profundidad realizadas con una ecosonda o un levantamiento batimétrico pueden presentarse de varias formas.
Las más populares son:

Mapas de profundidad o elevación coloreados y mapas de contorno con isolíneas de igual profundidad

Perfiles transversales

Perfiles transversales

Datos en forma de nube de puntos

SPH Engineering ofrece tres configuraciones estándar de los sistemas SBES, con ecosondas de una o dos frecuencias

Existen varios tipos diferentes de dispositivos que utilizan el principio de la ecosonda. Ecosondas monohaz (SBES), que pueden ser monofrecuencia y bifrecuencia; ecosondas multihaz (MBES), sonares de barrido y sonares de barrido lateral. Todos ellos, excepto los SBES, suelen ser voluminosos y pesados y no son adecuados para el despliegue de UAV, al menos sin una especie de boya remolcada. Además, el sensor de la ecosonda suele incorporar funciones avanzadas, como sensor de temperatura y sensor de inclinación.

Todos los sensores han sido fabricados por la empresa coreana EofE Ultrasonics Ltd., especializada en sonares de inspección.

01. Ecosonda monofrecuencia ECT 400S con una frecuencia acústica de 450 kHz.

Mide la distancia hasta el primer «obstáculo» en el agua: sedimentos, algas e incluso peces. Por lo tanto, si el fondo de la zona de sondeo está cubierto de algas, esta configuración básica puede no funcionar en tal caso.

La profundidad medida fluctuará erráticamente dependiendo de qué ecosonda haya recibido el sonido reflejado: el fondo o la vegetación. Esto significa que para obtener lecturas «limpias» del EchoLogger ECT 400S el fondo debe estar libre de algas, asegurando una medición precisa de la profundidad.

La ventaja del EchoLogger ECT 400S es que tiene una zona muerta muy corta de 15 cm, una distancia mínima que puede medir. Eso hace que el sistema con ECT 400S sea adecuado para sondeos muy superficiales, a partir de aproximadamente 30 cm de profundidad.

02. Ecosonda de doble frecuencia ECT D24S con una frecuencia acústica de 450 y 200 kHz

Técnicamente, una ecosonda de doble frecuencia son dos dispositivos con frecuencias acústicas diferentes, combinados en una carcasa compacta.

La frecuencia más alta es de 450 kHz, y dará mediciones hasta la primera superficie u obstáculo. La frecuencia más baja es de 200 kHz, y el sonido con esa frecuencia atravesará las algas/vegetación del fondo, y el dispositivo informará de lecturas limpias del fondo.

Nota: la zona muerta para 200 kHz es de 0,5 m, lo que limita la profundidad mínima de sondeo práctica para ese dispositivo en aproximadamente 0,8 m.

EchoLogger ECT D24S es una sonda de doble frecuencia con sensor de inclinación y temperatura.

Fig.1 -El gráfico muestra la tecnología: la línea roja refleja el sonido de 450 kHz, que fluctúa entre las algas y el fondo, mientras que la línea verde (200 kHz) proporciona mediciones de profundidad constantes.

03. Ecosonda de doble frecuencia ECT D052S con una frecuencia acústica de 200 y 50 kHz

Los impulsos acústicos de 200 kHz se reflejarán en la superficie superior del fondo, pero el sonido de 50 kHz puede penetrar a través de sedimentos orgánicos o ligeros, midiendo la profundidad hasta el fondo duro.

Esto permite cartografiar la profundidad y medir el espesor y la cantidad de sedimentos en la masa de agua.

Nota: la zona muerta para 50 kHz es de 1 m, por lo que la profundidad mínima de sondeo en la práctica será de 1,2 m.

EchoLogger ECT D052S es una ecosonda de doble frecuencia con sensor de inclinación y temperatura.

	ECT 400S Frecuencia única (450 kHz)	ECT D024 Doble frecuencia (200/450 kHz)	ECT D052S Doble frecuencia (50/200 kHz)
Rango de medición	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)
Mediciones de sedimentos			Sí
Sensor de inclinación integrado	Sí	Sí	Sí
Sensor de temperatura integrado	Sí	Sí	Sí

Ventajas de la ecosonda con UAV

La ecosonda es la herramienta de medición estándar para batimetría (medición de la profundidad). Normalmente, el proceso de medición implica el uso de un barco, una embarcación o un vehículo de superficie no tripulado (USV) como plataforma para el sensor.

A veces, el uso de un barco puede resultar complicado, sobre todo en ríos y lagos pequeños o de difícil acceso. El uso de USV no es factible en todas las situaciones debido a las características submarinas. En primer lugar, es necesario disponer de un buen punto de entrada al agua para el despliegue y la recuperación. En segundo lugar, el uso de USV en lagos poco profundos con muchas algas puede resultar imposible. Por último, en muchos casos, un USV debe ser lo bastante grande para resistir las olas si el análisis se realiza en el agua de los océanos, y puede ser necesario un vehículo grande para transportarlo.

Lugares de difícil acceso

El sistema UAV es ideal para lugares de difícil acceso (costas escarpadas, pozos mineros, aguas poco profundas, obstáculos del terreno), así como aguas de estanques, lagos y canales. No es necesario un punto de entrada al agua para el despliegue y la recuperación. Hay aplicaciones en las que la zona sondeada se encuentra a unos cientos de metros del lugar de despegue.

2 veces más rentable

En el caso de masas de agua o zonas de prospección pequeñas, el coste de movilización de la embarcación o el USV con el equipo batimétrico puede superar el precio de la prospección. El sistema UAV altamente portátil ahorra tiempo de movilización y despliegue y puede ser hasta 2 veces más rentable que un enfoque estándar utilizando un barco, una embarcación o un USV.

Funciona en un entorno peligroso

El sistema funciona en un entorno peligroso, al que los humanos no pueden acercarse libremente. Un dron funciona sin contacto con el agua. Por lo tanto, se pueden medir lagos y ríos con fuertes corrientes, así como aguas contaminadas.

Posicionamiento preciso

El posicionamiento preciso del dron mientras sigue las rutas de estudio y su capacidad para volar a velocidad constante y a altitudes bajas especificadas dan como resultado mediciones de gran precisión.

El UAV es una buena alternativa para transportar la ecosonda

Un dron es compacto y fácil de transportar y desplegar. Los drones también tienen una gran precisión para seguir las líneas de sondeo planificadas y pueden utilizarse en cualquier lugar donde haya al menos una pequeña zona para despegar y aterrizar cerca de la superficie del agua sondeada.

Aplicaciones típicas

Físicamente, sin tener en cuenta las aplicaciones, las ecosondas medirán lo mismo. Sin embargo, las aplicaciones pueden dictar diferencias en la planificación del levantamiento, el procesamiento de los datos y el informe final. A continuación se muestra la lista de aplicaciones típicas de los sistemas de ecosonda a bordo de drones:

Planificación/seguimiento del dragado, control de calidad del contratista

Planificación de la construcción (muelles, puentes, etc.)

Batimetría en zonas de oleaje

Control de la acumulación de sedimentos

Supervisión de TSF y lagos a cielo abierto (volumen de agua y capacidad)

Batimetría de las instalaciones de almacenamiento de líquidos agresivos

Medio ambiente: batimetría, sedimentos, algas marinas

Perfilado de la sección transversal de los ríos para el cálculo del caudal máximo

El sistema de ecosonda para UAV consta de múltiples componentes. Para su comodidad, todos los componentes, software y servicios necesarios se combinan en paquetes de ecosonda.

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

Ecosonda

En carcasa pesada con sistema de suspensión

Ordenador de a bordo SkyHub

Actúa como registrador de datos de la ecosonda e implementa el modo True Terrain Following para drones DJI

Altímetro láser o radar

Altímetro láser o radar para volar automáticamente en modo de seguimiento del terreno para una altitud precisa

Software de planificación de vuelo UgCS

Software de planificación de vuelo de drones para la planificación de misiones y el control de vuelo, esencial para la recogida precisa de datos de ecosonda.

Eye4software Hydromagic Survey

Software de tratamiento de datos batimétricos

En batimetría, tradicionalmente dominada por los barcos, cada vez hay más soluciones basadas en vehículos aéreos no tripulados que incorporan ecosondas para la recogida de datos batimétricos. Esto plantea las preguntas habituales sobre la precisión del sistema.

Dado que los sistemas basados en UAV utilizan ecosondas de calidad topográfica y receptores GNSS RTK de alta gama de los modernos drones para el posicionamiento, la precisión de los datos recogidos mediante sistemas montados en drones es la misma que la de los barcos tripulados y no tripulados.

Nuestros clientes compararon los datos recogidos mediante drones con métodos más tradicionales. La imagen (ver Fig.2) es un seguimiento de los datos del dron recogidos utilizando un poste de medición con receptor GNSS Trimble RTK (en círculos rojos), datos cortesía de Geopartner Landinspektorer A/S. Este método de medición se considera el más preciso. Es visible que la diferencia es insignificante.

Precisión del sistema

Fig.2 – Imagen que representa la correlación entre el sistema montado en dron con ecosonda y el poste de medición con receptor GNSS Trimble RTK (en círculos rojos)