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La acústica una ciencia para conocer lo que se encuentra sumergido – Parte 2

En la Parte 1 de esta serie de “La acústica una ciencia para conocer lo que se encuentra sumergido”, te contamos acerca de cómo las ecosondas son tecnologías para obtener “ojos bajo el agua” aprovechando la acústica. Esta ciencia se usa para descubrir la morfología del lecho acuático, y explicamos que la batimetría es la técnica usada para este fin.

También describimos las tecnologías (ecosondas) que existen actualmente para conocer el fondo de un cuerpo de agua por medios acústicos, discutimos la arquitectura física de estos sistemas y profundizamos en dos de sus componentes principales: La estación de superficie y los transducers.

En esta segunda entrega continuaremos la conversación en torno a la batimetría, mencionando algunas actividades clave para llevar a cabo estas labores, y continuaremos con la descripción de la arquitectura física de una ecosonda, profundizando en el sistema de posicionamiento GPS y en las herramientas de software de visualización y posprocesamiento.

Tipos de ecosondas y arquitectura física

Como se explicó en la entrega anterior, la batimetría es una técnica que permite conocer la topografía del fondo del lecho acuático, usando pulsos en forma de sonido. Estos se producen desde la superficie del agua con un transducer que se energiza desde una estación de superficie, que también facilita la visualización de las mediciones en tiempo real y la integración con el posicionamiento GPS de las mediciones. 

En la entrega anterior describimos algunos tipos de ecosondas como las monohaz, multihaz y los perfiladores de subsuelo, y mencionamos que todos comparten una misma arquitectura (ver Figura), que está conformada por:

Figura. Arquitectura física de una ecosonda
  1. Estación de superficie
  2. Transducer
  3. Sistema de posicionamiento
  4. Software de visualización / posprocesamiento

A continuación hablaremos acerca de los puntos 3 y 4.

3. Sistema de posicionamiento

El sistema de posicionamiento de una embarcación a bordo de la cual se realizará un estudio de batimetría debe permitir ubicar cada una de las mediciones realizadas con la ecosonda en los tres ejes coordenados X, Y e Z. Las coordenadas o posiciones en X,Y se conocen como posición horizontal, y la posición en Z es la vertical. 

Tanto para el posicionamiento horizontal como el vertical existen diferentes métodos y tecnologías. Por ejemplo, uno de los instrumentos más comúnmente usados que integra el posicionamiento horizontal y vertical, es la técnica de GPS RTK, el cual consiste en tener una antena o receptor GPS a bordo de la embarcación (rover), y otra referencia en tierra. Con este instrumento se pueden lograr precisiones centimétricas en las coordenadas X,Y, e Z.

Otras formas de integrar el posicionamiento vertical en el levantamiento se basan en conocer el nivel del agua (o la altura de la marea según sea el caso) al momento de realizar el levantamiento, y tomar dicho valor como la referencia vertical.

Actualmente existen instrumentos con la capacidad de lograr una precisión de hasta +/-2 cm

4. Software de visualización y pos-procesamiento

Finalmente, el software de visualización es la herramienta que permite integrar las fuentes de datos anteriormente descritas para facilitar las labores de levantamiento e incluso permitir la toma de decisiones en tiempo real según el comportamiento de las mediciones. 

En su función más básica, los algoritmos de estas herramientas de software le permiten al operador de la ecosonda, por ejemplo, verificar en tiempo real el comportamiento de las mediciones de profundidad que detecta el transduscer en la medida que avanza la embarcación (ver Figura). Sin embargo, además de la visualización, existe software que puede integrarse a las mediciones incluso desde la planeación, como por ejemplo el NaviPac de EIVA (incluido dentro del paquete de NaviSuite Kuda Acquisition), con el cual se puede planear las líneas y transectos a seguir durante el levantamiento.

“Dentro de la suite de herramientas de NaviSuite se encuentra el NaviScan, el cual permite visualizar el levantamiento en tiempo real.”

Además de la planeación y la visualización, en los estudios batimétricos es indispensable contar con un paquete de software que permita el procesamiento y modelación de los datos capturados. Esta herramienta se usa después de las mediciones en campo para generar el Modelo Digital del Terreno levantado con la ecosonda, y debe permitirle al hidrógrafo interactuar con los datos para producir un resultado libre de ruido de los sensores.

Ejemplo de eliminación de ruido en un DTM con NaviPac

“Para la etapa de Procesamiento, EIVA ofrece la herramienta NaviModel, el cual, además de facilitar el procesamiento de los datos de una forma amigable, permite también integrar funcionalidades de la industria 4.0 como algoritmos de inteligencia artificial que ayudan a agilizar y automatizar el posprocesamiento.”

Acerca de la planeación en los estudios de batimetría

Aún cuando se cuente con los sistemas de ecosondas más avanzados, la clave de una buena batimetría está en una planeación adecuada de las actividades a llevar a cabo en un levantamiento. De acuerdo a la Organización Internacional de Hidrografía (IHO por sus siglas en inglés), los siguientes asuntos deben ser claros antes de iniciar cualquier estudio de batimetría:

  • Área exacta de levantamiento
  • Tipo de estudio batimétrico a realizar, ¿es de reconocimiento o es un levantamiento estándar?
  • ¿El estudio a realizar es de carácter recurrente, o es de corto plazo?  
  • Tipo de plataformas o embarcaciones disponibles 
  • ¿Se requieren trabajos complementarios al estudio de batimetría? (fotogrametría satelital, aérea o subacuática, mareas, geodesia, etc)
  • Factores restrictivos como presupuesto, ubicación geográfica, conectividad, orden público, logística, entre otros.  

Una vez claros estos temas, la IHO recomienda contar con un equipo de trabajo conformado por al menos un hidrógrafo y personal de apoyo técnico, quienes consolidan las instrucciones e información específica del sitio del levantamiento como son, la calidad (o turbiedad) del agua, los límites o dimensiones del área, la precisión necesaria (X,Y e Z) de las mediciones, tipo de ecosonda requerida, tipos de obstáculos o “naufragios” si los hay, mediciones de velocidad del sonido si las hay, entre otros.

Para mayor información acerca de los lineamientos propuestos por la Organización Internacional de Hidrografía – IHO, puedes acceder a su página web, donde encontrarás muchos de sus procedimientos gratuitos y libres para consulta.

En general, la planeación de los levantamientos batimétricos debe ser un ejercicio continuo y debe establecerse un proceso sistemático que contemple lo siguiente:

  1. La seguridad es primero, por lo que el encargado de las labores en campo debe analizar todos los posibles riesgos y mitigar toda posibilidad de accidentes para el personal.
  2. Realizar un cronograma detallado de actividades, considerando la dinámica del sitio del levantamiento, el flujo de embarcaciones y las posibles interrupciones. 
  3. Conocer el datum de referencia del lugar del levantamiento
  4. Contar con un canal directo de comunicación con las autoridades del sitio para estar al tanto de notificaciones importantes
  5. Usar ecosondas y sistemas de posicionamiento con las que el personal esté familiarizado, para evitar demoras en calibración y puesta en marcha.
  6. Contar con software de registro y procesamiento de datos que sea amigable con el usuario, de modo que el personal encargado del software se familiarice fácilmente con todas sus funciones

Conclusiones principales 

  1. Gracias a los avances en acústica de las últimas décadas los sistemas que integran sensores acústicos como las ecosondas son indispensables para realizar mediciones de profundidad con baja incertidumbre, es por esto que las ecosondas son tecnologías para obtener “ojos bajo el agua” aprovechando la acústica
  2. A la hora de requerir sistemas de ecosondas para “ver” bajo el agua en algún contexto específico, es necesario tener al menos una idea de las embarcaciones o plataformas disponibles, las condiciones del agua, y el tamaño del área a estudiar, de modo que se pueda seleccionar de forma rigurosa la ecosonda adecuada para el estudio
  3. Es indispensable contar con un buen sistema de posicionamiento en superficie para la georreferenciación de las mediciones bajo el agua.
  4. Se debe contar con una estación en superficie con una herramienta de software robusta que facilite la toma de decisiones in-situ y permita integrar fácilmente diferentes fuentes de datos.
  5. No basta con tener buena instrumentación y herramientas de software modernas, si no se tiene un equipo de trabajo capacitado y con experiencia en el proceso de levantamiento y procesamiento de datos acústicos.

Sin importar la industria en la que te encuentres, si estás a cargo de alguna infraestructura, activo, equipo, maquinaria o construcción que se encuentre total o parcialmente bajo el agua, la integración de ecosondas te dará “ojos bajo el agua” para descubrir por medios acústicos lo que no sabes de tus activos. ¡Déjanos tus datos y en DeepCo te apoyamos a integrar estas tecnologías!

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