USV Apache 4 no projeto de levantamento hidrográfico

ANTECEDENTES DO PROJECTO

Os rios alimentam a terra, mantêm o equilíbrio ecológico e promovem o desenvolvimento agrícola, mas se as alterações no caudal dos grandes rios não forem conhecidas, podem ocorrer inundações ou secas. Desde os grandes rios até aos pequenos ribeiros, a monitorização da velocidade e do caudal sempre foi uma dor de cabeça para a medição hidrográfica. Os primeiros equipamentos representativos, como os medidores de corrente mecânicos, os medidores de corrente impressos, os medidores de corrente electromagnéticos, etc., só podem medir a velocidade do caudal num único ponto e não podem medir com precisão o caudal na secção transversal. O aparecimento do perfilador de velocidade Doppler acústico (ADCP), que pode medir a velocidade de cada camada de toda a secção, mostra de forma mais intuitiva e precisa o caudal dos rios, pelo que é preferido pelos utilizadores hidrológicos globais.

UTILIZADORES PINTAM PONTOS

Atualmente, os métodos utilizados pelos utilizadores hidrológicos tradicionais para a medição do caudal em secções transversais incluem principalmente o reboque por teleférico, a montagem num barco não tripulado, o reboque por um trimarã, etc.

Por conseguinte, os pontos problemáticos podem ser enumerados da seguinte forma:

1. A instalação do equipamento de reboque num teleférico é dispendiosa e a sua manutenção é complicada.

2. O barco artificial é inflexível quando transporta ADCP para medição de caudal. O percurso ao longo da secção não é muitas vezes retilíneo, o que conduz a maus resultados em termos de dados e a perigos para as pessoas em correntes turbulentas.

3. A perda de dados de rastreio na parte inferior do ADCP leva à falta de dados de medição do caudal, além de que o ambiente pode facilmente afetar a precisão da bússola.

Figura 1. O USV Apache 4 está a completar o levantamento hidrológico

SOLUÇÃO

O APACHE 4, um USV de levantamento hidrográfico autónomo, pode ajudar a evitar o elevado custo de manutenção de rebocar peixes num teleférico; é compacto, fácil de lançar e manusear no local da missão, funciona eficazmente num ambiente estreito. Além disso, pode ser convenientemente transportado de carro.

O APACHE 4 foi integrado com um ecobatímetro de feixe único e um ADCP para compensar a perda dos dados de seguimento do fundo e da bússola do ADCP, vulneráveis às condições ambientais. Esta USV suporta uma grande variedade de sistemas ADCP disponíveis no mercado; oferece uma solução de operação não tripulada com um calado pouco profundo, uma elevada precisão de navegação e um pairar estável para os hidrólogos quando medem a velocidade do fluxo de água e a descarga da secção atual.

O APACHE 4 USV reúne o melhor do posicionamento de alta precisão e da tecnologia de controlo de navegação automatizada, construída em torno dos hábitos do operador quando efectua medições de caudal da secção transversal hidrográfica ADCP. Mesmo quando ambientes obstruídos podem degradar o posicionamento GNSS, o módulo interno GNSS+IMU continua a fornecer uma posição e um rumo fiáveis para o ADCP e o controlador de piloto automático. Como resultado, o APACHE 4 é uma solução perfeita para obter medições de caudal e velocidade de alta qualidade em águas onde o acesso de barcos tripulados é impraticável.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO APACHE 4 USV PARA COMPLETAR O PROJECTO COM SUCESSO

• Torna o percurso ao longo da secção transversal mais retilíneo e os dados de medição do caudal mais precisos devido às tecnologias de linha reta adaptativa automática do caudal de água e de flutuação estável

• Fornece dados ininterruptos de posicionamento e direção para o ADCP e compensa a perda de dados de seguimento do fundo e da bússola do ADCP devido a interferências ambientais

• Quando tem uma sonda de eco de feixe único incorporada e um ADCP em simultâneo, a topografia do fundo pode ser obtida durante a medição do caudal.

ETAPAS DE IMPLEMENTAÇÃO DO PROJECTO

1. INSTALAÇÃO

O orifício de instalação do ADCP, com 17 cm de diâmetro, está reservado no centro de gravidade do casco do USV e é compatível com a variedade mais comum de ADCPs existentes no mercado. Neste projeto, o APACHE 4 está equipado com o ecobatímetro de feixe único D230 da CHCNAV e o ADCP RiverPro da Teledyne RD Instrument. Assim, os utilizadores podem instalá-los e removê-los rapidamente no local.

Figura 2. Instalação do ADCP no APACHE 4

2. PLANEAMENTO DA MISSÃO

Foi previamente planeada uma linha de ida e volta ao longo da secção transversal do rio no software AutoPlanner, que seria a rota de ida e volta seguida autonomamente pela USV APACHE 4 para recolher os dados de profundidade e caudal.

Figura 3. Uma rota de ida e volta planeada para o levantamento com o APACHE 4

3. OPERAÇÃO HIDROLÓGICA AUTÓNOMA

Neste projeto, o APACHE 4 transmite os dados do ADCP para o software da estação terrestre em terra através da rede 4G. Depois de configurar os dados do ADCP, o posicionamento NMEA GPGGA e o acesso aos dados de orientação GPHDT e de definir a distância à costa no software WinRiver II, o APACHE 4 entrou no modo de flutuação de ponto fixo na costa, sendo libertado depois de o ADCP ter recolhido os dados da costa.

Em seguida, o APACHE 4 foi equipado com o ecobatímetro de feixe único D230 e o ADCP RiverPro para navegar automaticamente ao longo da linha de secção transversal do rio planeada, e o software registou os dados do perfil de fluxo transversal.

Figura 4. O APACHE 4 recolhe os dados para um levantamento

4. RECOLHA DE DADOS

Neste projeto, o APACHE 4 USV foi equipado com o RiverPro ADCP, completou duas viagens de ida e volta de medição de caudal transversal em apenas 20 minutos, encurtando o tempo de uma medição de ida e volta para 2 horas, reduzindo os recursos humanos para 2 pessoas.

Figura 5. Dados obtidos após a primeira medição de ida e volta

Figura 6. Dados obtidos após a segunda medição de ida e volta

5. RESUMO

O erro de comparação do caudal total das duas voltas de medição é de apenas 0,39%, o que é muito melhor do que os 5% exigidos pela especificação de precisão da medição de caudal deste projeto.

Os utilizadores elogiaram muito a elevada eficiência e a elevada precisão do APACHE 4.

CONCLUSÃO

As operações aquáticas são uma das indústrias mais perigosas da atualidade, onde os factores humanos causam aproximadamente 70% dos acidentes. As aplicações integradas de USV começaram a modificar o estado de trabalho do pessoal e dos navios em causa. O pessoal já é parcialmente transferido dos barcos para terra quando os barcos são equipados com sensores inteligentes para navegar de forma autónoma. Consequentemente, os custos de exploração são reduzidos e a eficiência e a precisão das medições são consideravelmente melhoradas.

O APACHE 4, USV autónomo de medição de caudal, resolve os problemas relacionados com a baixa precisão de navegação e medição, a curta distância de transmissão de dados, a baixa eficiência de trabalho e a estimativa da distância do caudal em terra, tão comuns nos levantamentos hidrológicos. Cumpre os requisitos das especificações de medição e inova a forma como fazemos o levantamento hidrológico.

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Sobre a CHCNAV

A CHC Navigation (CHCNAV) cria soluções inovadoras de navegação e posicionamento GNSS para tornar o trabalho dos clientes mais eficiente. Os produtos e soluções da CHCNAV abrangem vários sectores, como o geoespacial, a construção, a agricultura e a marinha. Com presença em todo o mundo, distribuidores em mais de 120 países e mais de 1.500 funcionários, a CHC Navigation é atualmente reconhecida como uma das empresas de crescimento mais rápido em tecnologias geomáticas.