El USV Apache 4 en el proyecto de levantamiento hidrográfico
ANTECEDENTES DEL PROYECTO
Los ríos nutren la tierra, mantienen el equilibrio ecológico y promueven el desarrollo agrícola, pero si no se conocen los cambios en el caudal de los grandes ríos, pueden producirse inundaciones o sequías. Desde los grandes ríos hasta los pequeños arroyos, el control de la velocidad y el caudal siempre ha sido un quebradero de cabeza para la medición hidrográfica. Los primeros equipos representativos, como los medidores de corriente mecánicos, los medidores de corriente impresos, los medidores de corriente electromagnéticos, etc., sólo pueden medir la velocidad del flujo en un punto y no pueden medir con precisión el flujo de la sección transversal. La aparición del perfilador de velocidad acústico Doppler (ADCP), que puede medir la velocidad de cada capa de toda la sección, muestra de forma más intuitiva y precisa el caudal de los ríos, por lo que los usuarios de la hidrología mundial se inclinan por él.
LOS USUARIOS PINTAN PUNTOS
En la actualidad, los usuarios de la hidrología suelen llevar ADCP principalmente para la medición del caudal de la sección transversal, para remolcar peces en un teleférico, remolcar un trimarán sin motor, etc. Por lo tanto, los puntos conflictivos pueden enumerarse de la siguiente manera:
1. La instalación del equipo para remolcar peces en un teleférico es costosa y su mantenimiento es complicado.
2. El barco artificial es inflexible cuando lleva ADCP para la medición del flujo. La ruta a lo largo del tramo a menudo no es recta, lo que da lugar a malos resultados en los datos y al peligro para las personas en las corrientes turbulentas.
3. La pérdida de datos de seguimiento en la parte inferior del ADCP hace que se pierdan los datos de medición del flujo, además el entorno puede afectar fácilmente a la precisión de la brújula.
Figura 1: Apache 4 USV está completando el estudio hidrológico
SOLUCIÓN
El APACHE 4, un USV autónomo de prospección hidrográfica, puede ayudar a evitar el elevado coste de mantenimiento del remolque de peces en un teleférico; es compacto, fácil de lanzar y manejar en el lugar de la misión, y funciona eficazmente en un entorno estrecho. Además, se puede transportar cómodamente en coche.
El APACHE 4 se integró con una ecosonda monohaz y un ADCP para compensar la pérdida de los datos de seguimiento del fondo y de la brújula del ADCP, vulnerables a las condiciones ambientales. Este USV es compatible con una amplia variedad de sistemas ADCP disponibles en el mercado; ofrece una solución de operación no tripulada con un calado poco profundo, una alta precisión de navegación y una flotación estable para los hidrólogos cuando miden la velocidad del flujo de agua de la sección actual y la descarga.
El USV APACHE 4 reúne lo mejor de la tecnología de posicionamiento de alta precisión y de control de navegación automatizado, construido en torno a los hábitos del operador cuando realiza mediciones de flujo de secciones hidrográficas ADCP. Incluso cuando el posicionamiento GNSS puede verse degradado por entornos obstruidos, el módulo interno GNSS+IMU sigue proporcionando una posición y un rumbo fiables para el ADCP y el controlador del piloto automático. Por ello, el APACHE 4 es una solución perfecta para obtener mediciones de flujo y velocidad de alta calidad en aguas a las que no es posible acceder con una embarcación.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE APACHE 4 USV PARA COMPLETAR EL PROYECTO CON ÉXITO
◼ Hace que la ruta a lo largo de la sección transversal sea más recta y que los datos de medición del flujo sean más precisos gracias a las tecnologías de adaptación automática de la línea recta del flujo de agua y de la estabilidad de la flotación
◼ Proporciona datos de posicionamiento y rumbo ininterrumpidos para el ADCP y compensa la pérdida de los datos de seguimiento del fondo y la brújula del ADCP debido a las interferencias ambientales
◼ Cuando tiene incorporada una ecosonda de un solo haz y un ADCP al mismo tiempo, se puede obtener la topografía del fondo durante la medición del flujo.
ETAPAS DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO
1. FÁCIL INSTALACIÓN
El orificio de instalación del ADCP de 17 cm de diámetro está reservado en el centro de gravedad del casco del USV y es compatible con la variedad más común de ADCP del mercado. En este proyecto, el APACHE 4 está equipado con la ecosonda monohaz D230 de CHCNAV y el ADCP RiverPro de Teledyne RD Instrument. Por lo tanto, los usuarios pueden instalarlos y retirarlos rápidamente in situ.
Figura 2: La instalación del ADCP en el APACHE 4
2. Planificación de la misión
Se planificó previamente una línea de ida y vuelta a lo largo de la sección transversal del río en el software AutoPlanner, que sería la ruta de ida y vuelta seguida de forma autónoma por el USV APACHE 4 para recoger los datos de profundidad y caudal.
Figura 3: Una ruta de ida y vuelta planificada para la encuesta con el APACHE 4
3. OPERACIÓN HIDROLÓGICA AUTÓNOMA
En este proyecto, APACHE 4 transmite los datos del ADCP al software de la estación terrestre en tierra a través de la red 4G.
Después de configurar los datos del ADCP, el posicionamiento NMEA GPGGA y el acceso a los datos de orientación GPHDT, así como el ajuste de la distancia a la costa en el software WinRiver II, el APACHE 4 entró en el modo de vuelo estacionario de punto fijo en la costa, y se libera después de que el ADCP recogiera los datos de la costa.
A continuación, el APACHE 4 se equipó con la ecosonda monohaz D230 y el ADCP RiverPro para navegar automáticamente a lo largo de la línea de la sección transversal del río planificada, y el software registró los datos del perfil de flujo de la sección transversal.
Figura 4: APACHE 4 recoge los datos de una encuesta
4. RECOGIDA DE DATOS
En este proyecto, el USV APACHE 4 estaba equipado con el ADCP RiverPro, completó dos viajes de ida y vuelta de medición de flujo transversal en sólo 20 minutos, acortando el tiempo de medición de ida y vuelta a 2 horas, reduciendo los recursos humanos a 2 personas.
Figura 5: Datos obtenidos tras la primera medición de ida y vuelta
Figura 6: Datos obtenidos tras la segunda medición de ida y vuelta
5. RESUMEN
El error de comparación del flujo total de las dos rondas de medición es sólo del 0,39%, lo que es mucho mejor que el 5% requerido por la especificación de precisión de medición de flujo de este proyecto.
Los usuarios han elogiado la gran eficacia y la alta precisión de APACHE 4.
Conclusión
Las operaciones con agua son una de las industrias más peligrosas hoy en día, donde los factores humanos causan aproximadamente el 70% de los accidentes. Las aplicaciones integradas de USV han comenzado a modificar el estado de trabajo del personal y de los buques correspondientes. El personal ya se traslada parcialmente de los barcos a tierra cuando las embarcaciones están equipadas con sensores inteligentes para navegar de forma autónoma. Como resultado, se reducen los costes de funcionamiento y se mejoran considerablemente la eficacia y la precisión de las mediciones.
El APACHE 4, USV Autónomo de Medición de Caudal, resuelve los problemas relacionados con la baja precisión de navegación y medición, la corta distancia de transmisión de datos, la baja eficiencia de trabajo, la estimación de la distancia del caudal en la costa que son tan comunes en los estudios hidrológicos. Cumple los requisitos de las especificaciones de medición e innova la forma de realizar el estudio hidrológico.
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