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Los diferentes métodos para realizar estudios de fondo de agua

Riley Kooh   |   12 de agosto de 2022

¿Qué son los Levantamientos Hidrográficos?

Los estudios hidrográficos (también conocidos como estudios del fondo marino) se refieren a la recopilación de datos sobre los fondos de los océanos, lagos, ríos o estuarios. Los hidrógrafos utilizan los datos recopilados sobre profundidades y configuraciones físicas para crear cartas náuticas y modelos precisos. Esta información es fundamental para la planificación de la construcción marítima, la identificación de rutas de transporte, la gestión de inundaciones o para conocer los ecosistemas bentónicos, como los arrecifes de coral de agua fría y los bosques de algas marinas.

Además, las técnicas de inspección se utilizan comúnmente como respuesta de emergencia para operaciones militares o de búsqueda y recuperación.

  • Eliminación de artefactos explosivos (EOD): Los equipos de EOD utilizarán botes o vehículos no tripulados como AUV, USV y ROV montados con sonares de barrido lateral para barrer cuerpos de agua para la detección de minas. Si el amarre se daña o se retira, las minas pueden desplazarse a lugares no identificados, lo que representa una seria amenaza para los buques de carga o civiles que pasan. Una vez identificados, el equipo de EOD puede retirar o detonar intencionalmente los explosivos peligrosos. Más reciente; la Ucrania-Rusia La guerra ha resultado en la eliminación de minas de la era soviética en un esfuerzo por interrumpir el comercio mundial. Hasta que estas minas no se eliminen o detonen con éxito en un entorno controlado, el transporte marítimo no puede reanudarse.
  • Búsqueda y recuperación (SAR): La identificación de víctimas ahogadas o evidencia descartada bajo el agua puede ser extremadamente desafiante. Las corrientes a la deriva y las condiciones turbias pueden generar una visibilidad cercana a cero para buscar un objeto en constante movimiento. Al completar estudios de suelo con un sonar de barrido lateral, los equipos SAR pueden identificar anomalías en grandes áreas de búsqueda para acotar los objetivos de búsqueda. ¿Está interesado en leer más sobre búsqueda y recuperación? Consulte nuestro artículo detallado aquí.

El origen de los levantamientos del fondo marino

El levantamiento hidrográfico se remonta a cientos de años mediante el uso de varillas de sondeo, sin embargo, las primeras versiones de las técnicas modernas de embarcaciones comenzaron a principios del siglo XX. El método conocido como "arrastre de cables" requería que dos embarcaciones tiraran de un sistema de cables, pesas y boyas para chocar con rocas expuestas para calibrar la profundidad. Esto simbolizó un hito importante en la batimetría (topografía submarina), ya que optimizó los levantamientos y sentó las bases para desarrollar técnicas modernas de batimetría de sonar y lidar.

Boat

Hidrografía moderna

La batimetría moderna y el mapeo del fondo marino se logran utilizando ecosondas, sonares o sistemas lidar. Los avances en estas tecnologías de imágenes permiten levantamientos más rápidos, fáciles y efectivos a mayores profundidades. Además, los hidrógrafos pueden optar por perfiladores de corriente Doppler acústico (ADCP) para identificar patrones de corriente o perfiladores de subsuelo para analizar sedimentos y desarrollar una comprensión más completa de los cuerpos de agua.

Sistemas Hidrográficos

Sistemas de imágenes multihaz

Los sistemas de ecosonda, lidar o sonar multihaz ofrecen un área de estudio más amplia en comparación con sus contrapartes de un solo haz para una mayor cobertura de la superficie. Esto se presta como la técnica principal para estudios a gran escala de océanos o lagos. Los sistemas multihaz funcionan enviando múltiples pulsos de luz o sonido simultáneos en forma de cono en lugar de un solo pulso directo. Los hidrógrafos utilizarán el tiempo de retorno y la intensidad de estos pulsos para calcular la profundidad del agua, así como el material del suelo para generar mapas detallados. Estos sistemas generalmente serían montados o arrastrados por un bote u otro vehículo para levantamientos panorámicos de piso.

Imaging Sonar

Sistemas de imágenes de un solo haz

Los canales de agua poco profundos o pequeños pueden utilizar sistemas de imágenes de un solo haz. Utilizando un solo pulso, estos sistemas son efectivos para medir las profundidades del agua directamente debajo de un barco. En entornos de agua más pequeños, esto puede ser beneficioso para un análisis más específico y como una metodología de menor costo. Para cuerpos de agua más pequeños, estos sistemas de haz único también se pueden montar en ROV o AUV para mejorar la capacidad de navegación.

Lea nuestro artículo sobre sistemas Sonar y aprenda más sobre esta tecnología.

Sistemas De Sonar 101: Todo Lo Que Necesita Saber

Sonda de exploración lateral

Los sonares de barrido lateral son herramientas eficaces que se pueden utilizar para grandes levantamientos hidrográficos o batimétricos. Utilizan sonares de imágenes montados lateralmente para pintar imágenes del fondo marino en un área de superficie amplia. Si son remolcados, pueden proporcionar mayor detalle que un sonar montado en un barco, ya que se puede ajustar la profundidad. La compensación de una huella tan grande es el detalle fino, que puede perderse en los extremos del "abanico" de escaneo lateral. En la práctica, los sonares de barrido lateral se usan comúnmente para identificar anomalías grandes como naufragios, estructuras/vehículos sumergidos o minas (fuente).

Doppler

Perfilador de corriente acústico Doppler (ADCP)

Un ADCP es un medidor de corriente hidroacústica que los oceanógrafos e hidrógrafos pueden usar para medir diferentes caudales a profundidades determinadas. Funciona enviando 'pings' de alta frecuencia a través del agua y calculando los niveles de corriente y sedimentos en función de la frecuencia de los pings de retorno. Usados ​​junto con ecosondas o sonares, los ADCP son una herramienta útil para construir una comprensión más completa de los cuerpos de agua.

Muestreo del fondo marino

La recuperación de muestras físicas permite a los hidrógrafos y otros científicos marinos estudiar las tendencias pasadas, actuales y futuras en los entornos acuáticos. Estos se pueden usar para predecir patrones de inundación, monitorear la erosión, estudiar la vida marina, inspeccionar proyectos de construcción y más. Con una amplia gama de diferentes muestras requeridas, hay una variedad de técnicas únicas, cada una con un objetivo final diferente en mente.

Perforación

En sus términos más simples, la extracción de núcleos se refiere a la recolección y compresión de sedimentos del lecho marino en cilindros o "núcleos". Si bien existen múltiples variaciones de métodos de extracción de núcleos, incluidos los núcleos kasten, pistón, multi, mega y por gravedad, se aplican los mismos principios en cada uno. Se baja un tubo de muestreo al lecho marino y el peso del cuerpo le permite excavar en el sedimento para su recolección. Una vez recolectado, el núcleo se puede llevar a la superficie para su posterior análisis.

Coring

Agarre

El agarre es uno de los métodos más comunes y sencillos para recolectar muestras físicas del fondo de los océanos, lagos, ríos, etc. Usando un dispositivo que consta de dos "conchas", los hidrógrafos pueden bajar los ganchos al nivel del suelo y recolectar sedimentos de la parte superior rápidamente. y fácilmente Las extracciones en aguas profundas generalmente requieren una grúa, una polea o un ROV para bajar las abrazaderas al sedimento; sin embargo, en aguas poco profundas, se pueden usar grúas manuales.

Dragado

El dragado se refiere a la recolección de rocas u otros desechos sueltos para retirarlos de un cuerpo de agua. Esto generalmente se hace como una contramedida contra la acumulación progresiva de sedimentos en las vías fluviales para continuar su vida útil. El dragado a menudo se enfoca en mantener o aumentar la profundidad de los canales de navegación, fondeaderos o áreas de atraque para garantizar el paso seguro de botes y barcos (fuente). Dado que la gran mayoría de los bienes globales son transportados por grandes buques de carga, mantener profundidades seguras en los canales es una necesidad para la economía mundial.

Dragado

Hay una serie de métodos para realizar el dragado que varían según el tamaño del proyecto y los materiales que se recolectan. Las embarcaciones de dragado generalmente usan un dispositivo mecánico tradicional de concha para recoger y eliminar sedimentos, o una combinación de cortadores/barrenas para aflojar el sedimento y eliminarlo por vacío. Una vez levantados, estos sedimentos y escombros pueden estudiarse en busca de tendencias ambientales o reutilizarse para cosas como la rehabilitación de playas, materiales de construcción o tierra vegetal.

Pesca de arrastre

La pesca de arrastre es un método para arrastrar una gran red de cara abierta detrás de un barco y recolectar toda la vida marina grande a su paso. Si bien la pesca de arrastre se usa principalmente como una práctica de pesca comercial, sus rendimientos también se pueden usar para estudiar los fondos oceánicos y la salud marina en general. Un estudio reciente evaluó los hallazgos de 235 redes de arrastre en la costa de Sudáfrica para estudiar la abundancia de peces como así como la concentración y distribución de la contaminación.

Usos de la fotografía y el vídeo en hidrografía

La captura de fotografías o videos durante los estudios del fondo marino es un método efectivo para estudiar especies marinas, características físicas o monitorear cambios ambientales a lo largo del tiempo. La extracción de muestras físicas puede ser difícil o destructiva para el medio ambiente. Las fotos normalmente pueden transmitir la misma información sin necesidad de retirar las muestras. Además, estas fotos y videos se pueden almacenar y compartir fácilmente en todo el mundo para mejorar el intercambio de conocimientos.

En el mundo de la topografía del fondo marino, la fotografía puede agregar un medio visual para monitorear la acumulación de sedimentos, la degradación o la mejora de los hábitats naturales, los comportamientos de los animales o como una herramienta de inspección para evaluar los componentes del fondo marino. Las imágenes submarinas también se pueden compilar y representar en modelos fotogramétricos 3D. Estos modelos pueden ser extremadamente útiles para la topografía, la planificación de la construcción o la identificación de vías fluviales. Sin embargo, el nivel de detalle requerido para crear estos modelos hace que sea increíblemente difícil completarlos a gran escala.

Fotografía

¿Interesado en leer más sobre fotogrametría? Consulte nuestro estudio de caso reciente con el Departamento de Arqueología de Stantec Markham

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Sistemas no tripulados para estudios del fondo marino

Vehículos de superficie no tripulados (USV)

Los USV son un barco en la parte superior operado a distancia capaz de pilotar con diversos grados de autonomía. Los levantamientos hidrográficos son la aplicación más común de estos vehículos, ya que están bien preparados para navegar rutas repetitivas en lugar de un operador en cubierta. Al operar en la superficie, los USV se ven más afectados por las condiciones de las olas y son más adecuados para aguas poco profundas. Equipar estos vehículos con tecnología de sonar de imágenes permite realizar estudios exhaustivos en condiciones turbias, sin personal manual.

Vehículo submarino autónomo (AUV)

Los AUV son vehículos submarinos sin ataduras capaces de pilotar entornos submarinos sin ningún control externo. Estos vehículos pueden variar dramáticamente en tamaño, desde unos pocos cientos de libras hasta miles. Los AUV funcionan a través de controles de misión preprogramados y están equipados con tecnologías de imágenes similares a las de un USV para almacenar datos internamente a medida que viajan a lo largo de la ruta de la misión. Sin necesidad de comunicaciones atadas, los AUV pueden funcionar en rangos inmensos. Esto es beneficioso para inspeccionar grandes lagos u océanos, sin embargo, cualquier falla en el sistema puede resultar en la pérdida de una unidad.

Vehículo operado a distancia (ROV)

De manera similar a los AUV, los ROV operan debajo de la superficie para inspeccionar activos sumergidos. Donde difieren es que los ROV operan con un factor de forma mucho más pequeño y dependen de las comunicaciones de amarre para el pilotaje manual de precisión. De manera similar a los AUV, los ROV varían en tamaño desde unidades de clase de trabajo que pesan miles de libras hasta vehículos de observación o de clase micro que se pueden llevar en una mano. Montados con las mismas tecnologías de imágenes, los ROV se usan comúnmente de forma sincrónica con sistemas autónomos para estudios grandes que también requieren navegación de precisión.

Beneficios de los ROV para la topografía del fondo marino

Los vehículos operados a distancia (ROV) son un método increíblemente seguro, eficaz y cada vez más asequible para capturar fotografías submarinas, recolectar muestras y recopilar otros datos. Operan como drones atados capaces de sumergirse a inmensas profundidades y albergar complementos específicos de hidrografía para simplificar drásticamente las misiones.

Fácil de transportar

Los ROV de observación o de clase micro han dado saltos increíbles en nombre de la portabilidad. Estos dispositivos son lo suficientemente pequeños como para caber dentro de uno o dos estuches Pelican y ser implementados por un solo operador. Las unidades alimentadas por batería eliminan cualquier necesidad de generadores de energía en la parte superior, lo que reduce la huella del vehículo para una implementación y transporte más rápidos. Esto hace que sea posible realizar inspecciones visuales desde embarcaciones pequeñas o grandes.

DESCRIPCIÓN AQUÍ

Maniobrabilidad

Si bien pilotar drones submarinos en aguas profundas puede parecer una tarea abrumadora, los controladores intuitivos, junto con una creciente familiaridad con los videojuegos y la electrónica de consumo, permiten una experiencia muy accesible. Algunas funciones avanzadas pueden requerir práctica adicional o guías visuales, sin embargo, las operaciones principales de conducción, captura de imágenes y recuperación de muestras son simples y confiables. Las unidades con múltiples propulsores vectoriales y verticales ofrecen una experiencia aún más fluida para infundir confianza en casi cualquier piloto.

Imágenes de alta calidad

Algunos de los desafíos de la fotografía submarina son los costos asociados con los equipos de buceo, la iluminación adecuada o las profundidades complejas o inseguras que impiden el acceso de los buzos. Al utilizar ROV, los topógrafos pueden capturar rápida y fácilmente imágenes/videos de 1080p o 4K sin ninguna de estas preocupaciones. Además, mantener una vista superior de lo que ve el ROV permite a los topógrafos garantizar que las imágenes sean precisas, en lugar de depender de la comunicación con un tercero.

Complementos

La capacidad de albergar complementos específicos del proyecto realmente permite que un ROV sea una solución topográfica todo en uno. Además de la cámara integrada, los ROV pueden equiparse con captadores y muestreadores para recuperaciones físicas, sonar para escaneo batimétrico en condiciones turbias, así como sensores ambientales para recopilar mediciones precisas en diferentes zonas oceánicas.

Ocean

Cómo los ROV de Deep Trekker son beneficiosos para los levantamientos del fondo marino y del fondo

Deep Trekker fabrica ROV de observación y de clase micro líderes en la industria capaces de una variedad de tareas de ciencias oceánicas. Con cuatro modelos diferentes, incluidos DTG3, PIVOT, REVOLUTION y DTPOD, hay opciones disponibles que se adaptan a casi todos los presupuestos o entornos. Capaz de sumergirse hasta 1,000 pies y operar cómodamente en temperaturas tan bajas como -5 grados centígrados, los ROV de Deep Trekker permiten realizar estudios visuales del fondo marino en casi cualquier lugar.

Seafloor

Con todas las unidades operando con batería y funcionando desde un controlador BRIDGE de mano, los pilotos pueden disfrutar de la portabilidad de uno o dos estuches Pelican según el modelo. Los brazos de captura se pueden equipar con muestreadores de sedimentos o agua, o simplemente se pueden usar para la recuperación de muestras físicas, y cada unidad es integrable con sonar para navegar o escanear a través de aguas turbias. Con unidades todavía en servicio durante más de 10 años, los ROV de Deep Trekker son una inversión confiable para estudios visuales continuos, en lugar de depender de los costos repetidos de buzos contratados o equipos de alquiler.

¿No ves las herramientas que necesitas? Aprenda cómo un científico agregó su propia herramienta impresa en 3D a su ROV Deep Trekker aquí

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