Mehrstrahl-Kanalvermessung mit dem USV „Apache 4“ und dem HQ-400 MBES

Binnenschifffahrtskanäle sind die Autobahnen des Wasserstraßennetzes, und ihre Sicherheit hängt von der Kenntnis der Gewässerform ab. Regelmäßige Verschlammung, Auswaschungen und das Risiko geologischer Gefahren verändern diese Form ständig, weshalb die Kanäle häufig, vollständig und zügig vermessen werden müssen. An einem Nebenfluss des Jangtse kartierte ein Vermessungsteam einen Kanalabschnitt mit dem unbemannten Oberflächenfahrzeug „CHC Navigation Apache 4“, das mit dem kompakten Multibeam-Echolot HQ-400 ausgestattet war. Das Team erfasste in drei Stunden eine Fläche von 0,7 km² Unterwasser Gelände – etwa dreimal schneller als ein bemanntes Vermessungsschiff – und erstellte Konturkarten, eine Unterwasser-Punktwolke sowie ein digitales Höhenmodell des Gewässergrundes. So wurde die Vermessung durchgeführt.

Der Standort: ein Kanal an einem Nebenfluss des Jangtse

Das Untersuchungsgebiet war ein Flussabschnitt eines Nebenflusses des Jangtse. Die Aufgabe bestand darin, die Form des Flussbetts in Ufernähe zu erfassen, die Verteilung der Verschlammung und die Entwicklung der Auswaschungen zu dokumentieren sowie Daten zur Unterstützung der Baggerplanung, gezielter Uferbefestigungsmaßnahmen und der langfristigen Bewirtschaftung des Flussbetts bereitzustellen. Eine genaue und flächendeckende Erfassung des Flussbetts war erforderlich, um beurteilen zu können, wie sich der Flusslauf im Laufe der Zeit veränderte.

Die Herausforderung: Effiziente Vermessung eines sich verändernden Flussbetts

Die Kartierung eines solchen Kanals von einem bemannten Schiff aus mit einer herkömmlichen Multibeam-Ausrüstung wirft mehrere Probleme auf:
 

• Das Verfahren ist kostspielig, die Installation ist komplex und der Gesamtdurchsatz ist gering.
   
• In den flachen Gewässern nahe den Ufern, wo sich ein Großteil der Verschlammung befindet, lassen sich die Daten nur schwer erfassen.
   
• In Teilen des Vermessungsgebiets, wie beispielsweise in Flusstälern, gibt es kaum oder gar keine Netzabdeckung für Echtzeitkorrekturen.
   

Das Team benötigte eine leichte, einfach einsetzbare Plattform, die eine lückenlose Abdeckung bei hoher Effizienz gewährleisten und auch dort, wo das Netzwerksignal ausfällt, die Genauigkeit aufrechterhalten konnte.

Die Lösung: die Apache 4 USV mit dem kompakten Multibeam-Echolot HQ-400

Das Team kombinierte das „Apache 4“, ein kompaktes und äußerst wendiges unbemanntes Oberflächenfahrzeug (USV), mit dem „HQ-400“, einem leichten, integrierten Multibeam-Echolot. Die Plattform mit geringem Tiefgang kann nahe am Ufer operieren und ohne spezielles Dock zu Wasser gelassen werden, und der kompakte Sensor lässt sich schnell auf dem USV installieren. Laut Projektangaben verfügte das System über einen extrem geringen Tiefgang von 0,3 m, und das HQ-400 ermöglichte Tiefenmessungen bis zu 150 m sowie eine Abtastbreite von 120°, wodurch im Untersuchungsgebiet im Tiefenbereich von 1 bis 100 m Details im Zentimeterbereich erfasst wurden.
 

An Stellen, an denen die Netzabdeckung im Vermessungsgebiet lückenhaft war, nutzte das Team den PPK-Workflow (Post-Processed Differential) des HQ-400, um die Datengenauigkeit aufrechtzuerhalten, sodass das System auch in Flusstälern ohne Live-Signal stabil weiterarbeitete.

Im Einsatz: geplante Linien und automatische Steuerung

Vor der Vermessung erzeugte die Android-Software „EasySail“ die Vermessungslinien direkt aus einer .dxf-Datei, wobei Kurs und Linienabstand mit einem Fingertipp angepasst werden konnten. Dadurch wurde die Überlappung der Vermessungsstreifen bei über 20 Prozent gehalten, was die Datenqualität verbessert und gleichzeitig einen Großteil der manuellen Arbeit beim Auslegen der Linien von Hand erspart.

Während der Vermessung passte die Anzeige- und Steuerungssoftware des Multibeam-Systems ihre eigenen Steuerungsparameter entsprechend den Veränderungen im Vermessungsgebiet an, darunter den Erfassungswinkel, die Schwellenwerte für flache und tiefe Gewässer sowie die Impulsfrequenz, sodass der Bediener das System nicht manuell überwachen und einstellen musste. Der Apache 4 fuhr die geplanten Linien ab, während das HQ-400 einen durchgehenden Messstreifen über den Meeresboden aufzeichnete.

Auswertung und Ergebnisse: Ein umfassendes Bild des Kanals

Nach der Datenerfassung verarbeitete das Team die Daten in der CMS-Multibeam-Software von CHC Navigation und nutzte dabei die automatische Filterung, um akustische Störgeräusche in einem einzigen Schritt zu entfernen, was den Arbeitsaufwand bei der Nachbearbeitung im Büro reduzierte. Die Vermessung lieferte daraufhin mehrere Ergebnisse für die Fahrrinne:
 

• Eine Konturkarte, eine Unterwasser-Punktwolke und ein digitales Höhenmodell des Gewässergrundes.
   
• Die Verteilung der Verschlammung in Ufernähe und die Entwicklung der Auswaschungen entlang des Fahrwassers.
   
• Daten zur Unterstützung einer präziseren Festlegung des Ausbaggerungsumfangs, gezielter Sanierungsmaßnahmen zum Uferschutz und eines ganzheitlichen Kanalmanagements über die gesamte Lebensdauer.
   

Die Punktwolke deckte ein großes Gebiet ab, das fast 500 m breit war und einen Tiefenbereich von rund 120 m umfasste, und lieferte dennoch eine Auflösung von 0,5 m, sodass flache Strukturen vollständig und klar erfasst wurden. Als der Wasserstand während der Vermessung anstieg und einen Teil des ufernahen Bereichs überflutete, stimmte das digitale Höhenmodell eng mit den Satellitenbildern desselben Gebiets überein. Was die Genauigkeit betrifft, erfüllten 99,96 Prozent der Tiefenpunkte die Vermessungsstandards der IHO, und der gesamte Vorgang verlief etwa dreimal schneller als bei einem bemannten Vermessungsschiff.

Wo dies sonst noch gilt

Der gleiche Ansatz lässt sich auch auf andere Arbeiten im Binnenland und in Küstennähe übertragen. Er eignet sich für die Instandhaltung von Fahrrinnen und Wasserstraßen sowie für Baggervermessungen, für die Bathymetrie in Küstennähe und in flachen Gewässern, wo ein bemanntes Boot nicht effizient arbeiten kann, sowie für die regelmäßige Überwachung von Flüssen und Stauseen, bei denen sich das Flussbett ständig verändert und eine lückenlose Erfassung entscheidend ist.

Besetztes Schiff vs. Apache 4 USV auf einen Blick

Für Teams, die bathymetrische Vermessungen im Binnenland und in Küstennähe planen, umfasst das breitere Angebot an Lösungen für die Meeresvermessung USV-Plattformen und Multibeam-Nutzlasten für hydrografische und bathymetrische Arbeiten.

____

Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und autonome Systeme und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview