Primer estudio hidrográfico totalmente autónomo del mundo


Primer estudio hidrográfico totalmente autónomo del mundo – 13/02/2018

Sin plan de línea, sin tripulación de barco, solo sensores

   

Durante septiembre de 2017 se realizó el primer estudio hidrográfico autónomo del mundo. ‘Autónomo’ significa no por control remoto, sino que el vehículo autónomo de superficie (ASV) utilizó la guía del software de levantamiento para ejecutar líneas de levantamiento planificadas previamente o líneas generadas automáticamente basadas en la cobertura del sonar, con interacción humana posible pero no requerida.

El Observatorio Costero del Canal (CCO) encargó a 4D Ocean llevar a cabo un estudio hidrográfico del lecho marino de Hurst Spit, Western Solent, utilizando un SeaRobotics ASV 2.5. El levantamiento piloto fue apoyado por la Agencia Marítima y de Guardacostas (MCA) y la Oficina Hidrográfica del Reino Unido (UKHO).

Por Duncan Mallace, editor colaborador de Hydro International.

El fondo marino de Hurst Spit, Western Solent, fue elegido como el sitio del levantamiento, ya que está sujeto a un clima de oleaje desafiante y fuertes corrientes de marea, y no ha sido previamente inspeccionado por multihaz. Además, Hurst Spit es una playa de barrera natural importante que requiere monitoreo para administrar y reducir la erosión y el riesgo de inundación.

CCO mantiene y almacena los datos del levantamiento costero en Inglaterra. El objetivo de la batimetría es vincular los levantamientos topográficos e hidrográficos para que se puedan tomar decisiones de ingeniería costera altamente precisas a partir de los datos y que se puedan evaluar las sucesivas prospecciones para observar las variaciones temporales.

El apoyo para la prueba también fue provisto por la Agencia Marítima y de Guardacostas, que financia, administra y entrega el Programa de Hidrografía Civil del Reino Unido, un programa que prioriza el levantamiento de UK Home Waters, para proporcionar datos hidrográficos de alta calidad que sustentan la producción de cartas náuticas nacionales y publicaciones, y para maximizar el beneficio para la seguridad marítima, el medio ambiente marino y el transporte marítimo eficiente.

The SeaRobotics ASV 2.5 is a great size for portability fitting into a box trailer which can be pulled by a normal 4×4

Metodología y equipo del levantamiento:

La preparación para una encuesta de recipiente autónomo de superficie (ASV) es un poco diferente de las prospecciones hidrográficas convencionales.

Siempre es una buena idea, independientemente del tipo de levantamiento, obtener tanta información previa como sea posible sobre mareas, corrientes, tipo de costa y condiciones de la costa, obstrucciones potenciales o reales, etc., pero en el caso de una ASV esto es crítico.

Google Earth, aunque es excelente, no tiene la resolución necesaria para discernir obstrucciones y no hay información sobre el estado de la marea cuando se obtuvo el mapa.

Los ASV tienen una velocidad de levantamiento de aproximadamente 4 nudos y no una gran cantidad de empuje extra cuando se utilizan con equipos de topografía, por lo tanto, es esencial medir el tiempo de las operaciones alrededor de las corrientes de marea.

La metodología del levantamiento que empleó 4D Ocean fue doble:

Levantamiento en aguas bajas con un vehículo aéreo no tripulado (UAV) y luego inspeccione a alta mar con el ASV. Esto tiene una serie de ventajas.

El levantamiento de UAV recopila datos topográficos de alta resolución que, aunque normalmente no son incluidos en el resultado hidrográfico, son datos muy precisos que son muy útiles para los ingenieros costeros.  Volar el UAV con poca agua significa que la ortofotografía resultante puede ser analizada en busca de obstrucciones y usarse como el borde de la línea costera del levantamiento que el ASV recorrerá.

The senseFly eBee Plus UAV and GNSS base station.

4D Ocean utilizó el siguiente equipo para el levantamiento:

ASV Survey

  • SeaRobotics ASV 2.5
  • R2Sonic 2020 multibeam sonar
  • Applanix POSMV Wavemaster inertial system
  • AML X-Base 2 SVP
  • Hypack Hysweep Acquisition Software
  • QPS Qimera Processing Software

UAV Survey

  • senseFly eBee Plus RTK UAV
  • O.D.A 20 M Pixel camera
  • senseFly eMotion acquisition software
  • Pix4D Processing Software
  • QPS Qimera Processing Software

UAV Survey

El levantamiento UAV se realizó sobre marea baja.

Como Hurst Spit es un sitio estratégicamente importante en la entrada del Western Solent, el CCO monitorea de cerca la barrera de playa.

CCO ya tiene puntos de control geodésicos y uno de estos fue elegido como punto de control de calidad para las observaciones RTK GNSS. Los puntos de control terrestre (GCP) se establecieron utilizando tanto características artificiales como naturales.

El UFAV de senseFly eBee Plus es completamente autónomo. Se crea un plan del levantamiento basado en el polígono del área topográfica, la resolución requerida y la dirección del viento. El UAV tampoco necesita GCP para procesar los datos, ya que las correcciones RTK GNSS se transmiten al UAV en tiempo real a través del enlace de radio, por lo que cada foto se geoetiqueta a una resolución de aproximadamente 2 cm.

Sin embargo, se realizó un control de calidad adicional donde los GCP en los datos procesados ​​se identificaron y se compararon con las posiciones GCP procesadas GNSS calculadas por el software de procesamiento Pix4D.

Las posiciones horizontales de los GCP coincidían casi exactamente, y la precisión vertical estaba dentro de los 10 cms. Después del levantamiento, los datos se procesan con GNSS PPK para comparar una única ubicación de la estación base con la posición de referencia virtual utilizada en tiempo real.

3D point cloud of Hurst castle.

Una ventaja inesperada, fue que el procesamiento fotogramétrico realmente creó puntos precisos bajo el agua a una profundidad de aproximadamente 1 m. Esto fue beneficioso para comparar la superposición entre los levantamientos UAV y ASV y también para informar la planificación futura de levantamientos en áreas de aguas menos profundas que necesitan ser inspeccionadas por el ASV, mejorando aún más la eficiencia.

ASV Survey

Un ASV tiene una velocidad máxima de aproximadamente 6 nudos con el sonar desplegado, dato necesario para que las corrientes de las mareas se planifiquen cuidadosamente para garantizar velocidades óptimas.

En Hurst Spit la corriente máxima sobre las mareas de primavera es de aproximadamente 6 nudos, por lo tanto, la planificación tuvo que realizarse con mucho cuidado. Tampoco es solo la velocidad, con un 90% de empuje, la energía de la batería se agotará mucho más rápidamente, por lo que, para operaciones de levantamiento eficientes, la potencia del 60 al 70% es óptima.

Se estableció que durante las 2 horas previas a las aguas bajas y altas, fue posible realizar un reconocimiento en las áreas donde las corrientes eran más fuertes y en otras ocasiones podíamos inspeccionar ya sea a lo largo del Spit o ronda en el Haven. Esto también dependía del clima, como cualquier levantamiento, ya que el Spit está expuesto a los vientos del sudoeste, del oeste o del este.

The launch of the ASV.

El SeaRobotics ASV 2.5 es un de un tamaño idoneo portabilidad que se adapta a un remolque de caja que puede ser arrastrado por un 4×4 normal. Las carreteras pequeñas y los lugares remotos no son un problema.

Una de las muchas ventajas de un ASV es que no necesita lanzar el ASV en un puerto. Siempre que pueda acceder fácilmente al agua puede lanzar desde cualquier lugar. Durante el UAV survey, se seleccionó un lugar protegido al final del Spit.

El Spit está formado por tejas sueltas, por lo que no se podría usar el tráiler principal apto para la carretera. Sin embargo, el ASV tiene su remolque de lanzamiento, que está diseñado en un remolque jetski, y este fue remolcado al sitio de lanzamiento por el CCO 4×4.

La computadora de comunicación y WIFI se ejecutaron en su batería interna durante el lanzamiento y la recuperación para que el control remoto utilizado para los movimientos inicial y final de una misión, pudiera estar cerca del lugar de lanzamiento y recuperación de ASV.

Una vez lanzado, el ASV se pone en modo de mantenimiento de la estación mientras que la estación costera está configurada para el levantamiento.

El ASV puede recibir un plan de línea, que luego ejecuta o (y lo que se usó para este levantamiento) la siguiente línea de levantamiento puede ser calculada automáticamente por Hypack, basada en la cobertura del sonar real en tiempo real, e incluyendo una superposición porcentaje. Una vez que se completa la línea, se genera la siguiente línea y la información de guía alimentada por el controlador del piloto automático al software de control ASV.

La capacidad de mantenimiento de líneas del ASV fue bien demostrada, generalmente no se desvió más de 0,2 m de la línea de la encuesta.

A medida que avanzaba el ASV, se computaba la siguiente línea y al final de la línea del levantamiento se calculaba una nueva línea.

Hubo solo un problema muy ocasional con las lagunas en la cobertura y esto se basó más en seleccionar manualmente el grado de empuje apropiado durante los giros de línea (para estar con o contra la corriente) que el cálculo autónomo de la propia línea. Hypack inicia y detiene el inicio de sesión automáticamente al inicio y al final de cada línea, por lo que no se requirió ninguna aportación del hidrógrafo en tierra.

ASV Harry at Hurst Castle.

El ASV está equipado con una sonda de velocidad del sonido en el transductor, para la formación del haz y de forma única, también está equipado con un cabrestante desde el que una sonda AML Base X SVP puede ser lanzada como parte de la misión o manualmente.

Los comandos para iniciar el probe le dicen al ASV que despliegue el probe a una profundidad específica o que se detenga cierta distancia desde el fondo, donde luego usa la profundidad del sonar para establecer el perfil de velocidad de sonido. Una vez que el probe se ha recogido y está en cubiertae, los datos se transmiten a través de wifi.

El sonar R2Sonic 2020 se ejecutó en el nuevo modo Ultra Alta Definición, que produjo 1024 haces en cada ping completo con fragmentos de retrodispersión para cada haz. Esto fue acoplado al POSMV Wavemaster que estaba ejecutando el nuevo software POS View 5 que permitía la entrada de correcciones RTK GNSS a través de la transmisión en línea.

Esto anuló la necesidad de una radio de datos adicional y las conexiones y el uso de la batería que hubieran sido necesarios.

The ASV’s AIS system.

Durante el levantamiento, el sistema AIS de ASV se estaba ejecutando mostrando todos los buques cercanos donde estaba.

El buque de reconocimiento Zephyr de CCO proporcionó cobertura de seguridad, pero acabó ocultando el ASV. Donde el ASV dejaba alguna zona sin levantar, esta era levantada por el Zephyr.

Las líneas de relleno se seleccionaron, se cargaron en su propio plan de línea y luego se le asignó al ASV la tarea de ejecutar el plan de línea. Esto se hizo de manera eficiente y sin esfuerzo.

 

Resultados

El área del levantamiento se había dividido en 3 bloques con el Bloque 1 adyacente y al sur del Castillo, el Bloque 2 estaba adyacente y se extendía hacia el oeste a lo largo de la fachada de Hurst Spit y el Bloque 3 se extendía entre Castle Point y North Point, en el lado este de el asador, un parche de fondos marinos poco profundos no estudiados con multihaz.

Al final de 2 días de levantamiento, se había completado el Bloque 3 y, debido a las condiciones climáticas y de la corriente de las mareas, se habían inspeccionado tres cuartas partes del Bloque 1 y ninguno del Bloque 2.

El bloque 1 se vio afectado el día 2 por los vientos fuertes y las mareas vivas, lo que significaba que el ASV (y para el caso, cualquier pequeño bote de reconocimiento) no podría inspeccionarse en ese bloque o en el bloque 2.

Block 3 and Hurst Castle.

El bloque 3, aunque poco profundo, resultó ser muy interesante porque posiblemente se encontraron los restos de un bosque antiguo.

Para fines de navegación, la morfología y la ubicación del Spit han cambiado drásticamente desde que se realizaron los levantamientos hidrográficos previos con haz único, por lo que las nuevas extensiones y profundidades adyacentes serán utilizadas por el UKHO para actualizar las células ENC y los Admaralty Charts.

El rendimiento de ASV fue mejor de lo esperado ya que la duración de la batería fue de aproximadamente 5 horas y, a veces, se estaba ejecutando a una potencia de propulsión muy alta.

La función de Autoline en Hypack tenía algunos problemas al principio y al final de cada línea.

Se encontró que ocasionalmente la línea tenía que cerrarse manualmente para permitir que se genere una línea recta “recta”.

Los desarrollos futuros también deberían dar la capacidad de generar la siguiente línea con las extensiones definidas por un polígono.

El ASV hizo frente bien con fuertes corrientes de marea, ondas estacionarias, y tenía una buena funcionalidad general del sistema, particularmente en términos de mantenimiento de línea.

El ASV es claramente un medio rentable y eficiente en el tiempo para llevar a cabo un levantamiento hidrográfico.

La flexibilidad y conveniencia que brinda permiten un despliegue rápido para una variedad de requisitos de levantamiento, desde encuestas de eventos hasta encuestas costeras grandes y muy eficientes.

Última actualización: 03/03/2018