Guia de equipamentos de levantamento hidrográfico: ADCP vs. ecossonda vs. multifeixe

Os trabalhos de levantamento hidrográfico abrangem uma vasta gama de questões relacionadas com a água: qual é a profundidade do canal, como é o leito do rio, qual é a velocidade da corrente e como é que tudo isso se altera ao longo do tempo. Não existe um único instrumento que responda a todas essas questões. A escolha do equipamento de levantamento hidrográfico consiste, principalmente, em adequar o instrumento à questão, ao corpo de água e à plataforma que o irá transportar. Este guia apresenta as três principais famílias de instrumentos utilizados no mapeamento batimétrico moderno — ecossondas de feixe único, ecossondas multifeixe e perfiladores acústicos de corrente Doppler — e explica onde cada um deles se enquadra.

O que mede o equipamento de levantamento hidrográfico

Na sua essência, um levantamento hidrográfico produz dois tipos de dados: a forma do leito subaquático (batimetria) e o comportamento da própria água (corrente e caudal). Os instrumentos acústicos realizam esse trabalho, enviando um impulso sonoro para a água e medindo o tempo de retorno do mesmo. As diferenças entre os tipos de instrumentos resumem-se ao número de feixes que utilizam, à amplitude da área que cobrem e ao facto de terem sido concebidos para medir a profundidade, o caudal ou ambos.

Três tarefas de medição repetem-se em quase todos os projetos:
 

• Profundidade e configuração do leito: mapeamento do leito marinho, fluvial ou lacustre para cartas de navegação, planos de dragagem e cálculos de volume. Este é o trabalho das ecosondas.
   
• Corrente e caudal: medir a velocidade e a direção da corrente ao longo da coluna de água e calcular o caudal do rio. Esta é a função dos perfiladores acústicos de corrente Doppler.
   
• Posicionamento e movimento: associar cada sondagem a uma posição precisa e corrigir o movimento da plataforma de levantamento. Esta é a função do GNSS e do sistema inercial que sustenta todo o levantamento.

Sondadores de feixe único

Um ecobatímetro de feixe único é o instrumento de medição de profundidade mais direto. Emite um pulso acústico diretamente para baixo e indica um único valor de profundidade em cada emissão. Ao traçar uma linha de levantamento na água, o resultado é um perfil das profundidades ao longo desse percurso. É simples, robusto, leve e a opção mais acessível para quem se inicia no trabalho de levantamento batimétrico.
 

Os sistemas de feixe único são adequados para projetos em que não é necessária uma imagem completa do leito marinho: verificações de rotina da profundidade de canais, levantamentos do nível de reservatórios e lagos, secções transversais de rios e trabalhos de inspeção em que basta um perfil de profundidade representativo ao longo de linhas definidas. Os modelos de feixe único de dupla frequência acrescentam uma segunda função, utilizando uma frequência baixa para penetrar em sedimentos moles e uma frequência alta para detetar o leito duro, de modo a que o levantamento capte tanto a superfície do lodo como o fundo sólido por baixo deste.
 

Na gama da CHCNAV, os ecossondas de feixe único incluem o ecossonda compacto de feixe único D270 e o ecossonda de dupla frequência D60, concebido para embarcações de levantamento não tripuladas.

Sondadores multifeixe

Um ecobatímetro multifeixe resolve a limitação do feixe único. Em vez de um único impulso direto para baixo, emite um conjunto de feixes em forma de leque ao longo de uma faixa por baixo da embarcação e indica a profundidade para cada feixe do leque, produzindo centenas ou milhares de medições por impulso. À medida que a embarcação avança, essas faixas vão-se juntando para formar um modelo tridimensional contínuo e de cobertura total do leito, em vez de um conjunto de perfis espaçados.
 

O multifeixe é o instrumento de eleição quando o levantamento requer cobertura completa e elevado nível de detalhe: levantamentos de portos e baías, medição do volume de dragagem, inspeção de estruturas subaquáticas e compilação de cartas de navegação de alta precisão. A largura da faixa é normalmente expressa como um múltiplo da profundidade da água, pelo que uma única passagem cobre uma faixa várias vezes mais larga do que a profundidade abaixo da embarcação, o que torna o mapeamento de cobertura total prático em grande escala. A contrapartida é o custo e a complexidade: os sistemas multifeixe necessitam de uma compensação de movimento precisa e de uma calibração cuidadosa para transformar os dados brutos dos feixes numa superfície limpa.
 

O ecobatímetro multifeixe compacto CHCNAV HQ-400 foi concebido para este trabalho numa plataforma compacta, levando a batimetria de cobertura total a embarcações pequenas e não tripuladas.

Perfiladores Acústicos de Correntes por Efeito Doppler (ADCP)

Um perfilador acústico de correntes por efeito Doppler mede algo que os ecossondas não medem: o movimento da água. Utiliza o desvio Doppler do som refletido pelas partículas suspensas na água para medir simultaneamente a velocidade e a direção da corrente em várias profundidades ao longo da coluna de água, criando um perfil do fluxo desde a superfície até ao leito. Em conjunto com uma secção transversal do canal, um ADCP também calcula a vazão, ou seja, o volume total de água que passa por um ponto por segundo, o que constitui um valor fundamental na hidrologia e na gestão dos recursos hídricos.
 

Os ADCPs são o instrumento de eleição para a medição de caudais em rios e ribeiros, monitorização de cheias, estudos de irrigação e recursos hídricos, bem como para qualquer projeto em que o objetivo seja o caudal e não apenas a profundidade. Muitos ADCPs também registam a profundidade do percurso no leito, pelo que uma única utilização pode fornecer tanto um perfil de caudal como uma medição de profundidade ao longo do percurso.
 

Os perfiladores acústicos de corrente Doppler CHCNAV RS-1200 e RS-600 desempenham esta função em diferentes profundidades fluviais e condições de caudal.

ADCP vs. feixe único vs. feixes múltiplos, em comparação direta

Os três são complementares, em vez de concorrentes. Um programa completo de recursos hídricos ou vias navegáveis recorre frequentemente aos três: um ADCP para a medição do caudal, um sonar de feixe único para as linhas de profundidade de rotina e um sonar multifeixe para as secções detalhadas de cobertura total que mais importam. O ponto de partida adequado depende do facto de o projeto se centrar principalmente na profundidade, no detalhe ou no caudal.

A plataforma é tão importante quanto o instrumento

A qualidade de um ecobatímetro ou de um ADCP depende, em grande medida, da plataforma que o transporta e do posicionamento que lhe é atribuído. Estes dois fatores determinam a qualidade dos dados finais tanto quanto o próprio sensor.

Embarcações de levantamento não tripuladas

As embarcações de levantamento não tripuladas de calado raso chegam a zonas da área de levantamento onde as embarcações tripuladas não podem operar em segurança: bancos de areia, trechos com vegetação, margens íngremes e troços com tráfego comercial contínuo. Um USV compacto pode transportar uma carga útil de sonda de feixe único, multifeixe ou ADCP, percorre linhas de levantamento contínuas sem necessidade de coordenar a prioridade de passagem e pode ser lançado e operado por uma pequena tripulação a partir da margem. A embarcação de levantamento não tripulada APACHE 4 é um exemplo de uma plataforma leve construída para transportar estas cargas úteis em águas difíceis.

Posicionamento e compensação de movimento

Cada medição de profundidade tem de estar associada a uma posição precisa e, numa embarcação em movimento, tem também de ser corrigida em função do rolamento, da inclinação e do movimento vertical. Essa é a função de um sistema integrado de GNSS e inercial. Sem um posicionamento preciso e sem compensação do movimento, mesmo um multifeixe topo de gama apresenta uma superfície distorcida. É por isso que o equipamento de levantamento hidrográfico é especificado como um sistema — o sensor acústico, a unidade de posicionamento e a plataforma em conjunto —, em vez de apenas como um sensor isolado.

Como escolher equipamento de levantamento hidrográfico

Uma breve série de perguntas permite restringir rapidamente as opções:
 

• Profundidade ou caudal? Se o projeto se centrar na quantidade de água que circula, comece por um ADCP. Se se centrar na forma do leito, comece por um ecobatímetro.
   
• Perfil ou cobertura total? Se forem suficientes linhas de profundidade representativas, um ecobatímetro de feixe único é a escolha mais eficiente. Se o trabalho exigir uma cobertura completa e altamente detalhada, um ecobatímetro multifeixe é a solução.
   
• Que tipo de águas e que tipo de acesso? Águas pouco profundas, com vegetação, de corrente forte ou com tráfego intenso apontam para uma embarcação de levantamento compacta e não tripulada, em vez de um barco com tripulação.
   
• Que classe de precisão? A compilação de cartas de navegação e os trabalhos de engenharia implicam normas de precisão rigorosas que determinam tanto a qualidade dos sensores como os requisitos de posicionamento.

Equipamento de levantamento hidrográfico e marítimo da CHCNAV

A CHC Navigation fabrica equipamento de levantamento hidrográfico em todas as três famílias de instrumentos e nas plataformas que os transportam: perfiladores de corrente ADCP da série RS, ecossondas de feixe único da série D, a ecossonda multifeixe HQ-400 e a série APACHE de embarcações de levantamento não tripuladas. Estes fazem parte da solução mais abrangente de levantamento hidrográfico e mapeamento batimétrico da CHCNAV, que reúne sensores, sistemas de posicionamento e plataformas para a cartografia de vias navegáveis interiores, levantamentos portuários, trabalhos em rios e reservatórios, monitorização de cheias e caudais e inspeção subaquática.
 

Para as equipas que estão a criar ou a expandir uma capacidade hidrográfica, o caminho mais prático consiste em adequar o instrumento à medição, a plataforma ao tipo de água e o posicionamento à classe de precisão, reunindo-os depois num único sistema, em vez de uma coleção de componentes.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Atuando em setores como o geoespacial, a agricultura, o controlo de máquinas e a autonomia, a CHCNAV fornece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço do setor. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2 200 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder no setor geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https://geospatial.chcnav.com/about/overview