22-05-2014
Batimetria Aplicada (cont.)
Sistemas Sondadores de
Multifeixe
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Dimensão da grandeza do
SSMF
Aumento da densidade de dados
Método
Sondas à hora (a 100m)
Razão
Prumo
10
1
Feixe simples
21600
2160
Multifeixe
324000
324000--1500000
32400
32400--150000
Dimensão da grandeza do SSMF
Prumo
Feixe Simples
Multifeixe
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Resolução da imagem acústica
do SSMF
Cobertura SSMF vs. Feixe
Simples
• A sondagem SSMF
cobre uma área bidimensional
• A sondagem
g
a feixe
simples cobre apenas
uma linha sob a
embarcação.
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Operação SSMF
• Aumento da
cobertura em função
da profundidade
• Permite operar em
condições de mar
agitado
• Várias opções de
montagem –
vertical e obliqua
Insonorização do fundo
submarino
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Insonorização do fundo
submarino
Insonorização do fundo
submarino
Transdutor Tx
Transdutor Rx
Feixe
transmitid
do
Célula Insonificada
Feixe recebido
O sistema multifeixe insonifica o fundo através de um impulso transmitido
(grande abertura transversal e pequena abertura longitudinal). Durante a
recepção são electronicamente formados feixes com grande abertura longitudinal
e pequena abertura transversal. A intersecção entre os dois feixes corresponde à
célula insonificada, sendo a profundidade atribuída ao centro dessa célula.
(F. Artilheiro)
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Insonorização do fundo
Profundidade
submarino
Intersecção do
feixe de
transmissão com o
feixe de recepção
Feixe de transmissão
1 - 55° proa
1°
proa-popa
popa
90° - 170° de abertura
Feixes de recepção
20 a 1440 feixes
20° proa-popa
1° - 5° de abertura
Insonorização do fundo submarino
Determinação da profundidade
Os métodos mais comuns para a determinação da
profundidade são:
a) Método do centro de gravidade – baseia-se na determinação do
tempo de percurso do sinal recebido na janela de profundidade,
baseado na amplitude do sinal – usado nos feixes interiores;
b) Método da Interferometria – baseia-se na análise da diferença de
fase do sinal recebido na janela de profundidade – usado nos
feixes exteriores
(F. Artilheiro)
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Insonorização do fundo submarino
Guiamento de feixes
Os eixos acústicos dos feixes dos transdutores ou de
agregados são sempre normais aos eixos desses
transdutores ou agregados. O processo de gerar feixes não
perpendiculares ao eixo do agregado é designado por
guiamento de feixes.
Este guiamento pode ser efectuado por atraso em tempo ou
por introdução de diferenças de fase.
(F. Artilheiro)
Revisões de acústica
Feixe Vertical
• Não há mudança
ç na direcção
ç do traçado
ç
do
raio sonoro em função da variação da
velocidade da água (ang_inc = ang_ref = 0º).
• Velocidade do som médio é suficiente.
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Revisões de acústica
Feixe refractado
• Refracção (feixe desviado) em função da
variação de velocidade do som.
• Requer conhecimento SVP.
• Gera “Smiley Faces” (erros de refracção).
Refracção – SSMF inimigo nº1
“Smiley Face”
Requer um estudo muito intensivo da massa de água.
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Calibração (SVP)
Com o conhecimento
prévio do SVP da coluna
de água, os feixes podem
ser formados com um
ângulo de incidência prédefinido de modo a
corrigir o efeito.
Integração de sensores
(ATITUDE)
• Rotações da embarcação devido ao “pitch” e
“roll” devem ser compensadas.
• O “pitch” e o “roll” são medidos através de de
uma unidade de referência vertical (URM, URV).
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Integração de sensores (PROA)
• A proa da embarcação também deve ser
considerada em caso de excentricidade.
• A proa deve ser medida com um “Gyro”, agulha
magnética ou por um par de antenas GPS.
•
Fases de obtenção de sond
sondas
as
SSMF
Tx (transmissão)
• Medição de balanços;
• Conversão do balanço em desfasamento e geração dos
respectivos
ti
sinais
i i ((guiamento
i
t d
de ffeixes);
i
)
• Amplificação dos sinais e aplicação aos respectivos transdutores.
• Rx (recepção)
• Pré amplificação dos sinais Rx;
• Formação dos diversos feixes de Rx;
• Processamento de sinal / Determinação da profundidade.
• Pré processamento
• Representação gráfica das sondas;
• Posicionamento de cada medição;
• Gravação de dados (tempo, posicionamento, sonda).
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Fontes de erros no SSMF
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Desvio na medição do “pitch” e “roll”;
Desvio na medição da proa e alinhamento do transdutor;
Erro azimutal de instalação da URM;
Atraso de resposta da URM;
Desvio na medição do “heave” (ondulação, URV);
Variabilidade do SVP ao longo da sondagem;
Erros de calado (“settlement” e “squat”);
Variação do deslocamento do navio;
Variação da densidade da água;
Erro de posicionamento relativo dos sensores;
Atraso do posicionamento (X, Y) relativamente à medição da
profundidade (Z), a latência;
• Erros inerentes ao SSMF.
SSMF - Vantagens
•
•
•
•
•
•
•
•
Conhecimento detalhado da ZEE;
Planeamento estratégico da exploração de recursos;
Determinar áreas com maior necessidade de exploração;
Uma fiada cobre uma faixa muito grande comparando com
a fiada dos sondadores de feixe simples;
Economia de gastos de permanência dum navio no mar;
Detecta relevos e anomalias no mar que só por acaso o
feixe simples detectaria;
Conhecimento detalhado da geomorfologia (ocorrência de
picos e bancos submarinos);
Detectar e quantificar os recursos vivos.
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Sistema Sondador
Multi--Transdutores
Multi
Multi--Transdutores
Multi
• Mesmo princípio que o do feixe
simples.
• “Array” de feixes verticais
georeferenciados
relativamente à referência da
embarcação.
• Necessário conhecer
constantemente a proa, rotação
da embarcação – Giro.
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SSMF vs. MF
• Largura de varredura
constante (ganha o
SSMF)
• Frágil quando exposto às intempéries (ganha o
SSMF)
• Simples em teoria e em operação (ganha o MT).
• Feixes acústicos
verticais (ganha o
MT).
Sonar Lateral
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Sonar Lateral
O sonar lateral é um
equipamento hidrográfico que,
entre outras aplicações,
aplicações tem o
objectivo de localizar alvos
submarinos, tais como navios
afundados, aeronaves, etc.
• É também utilizado em levantamentos sistemáticos,
hidrográficos
d og á cos e geo
geológicos.
óg cos
• É fundamental na remoção de sondas duvidosas. Uma
operação que depende da profundidade média na zona, do valor da
sonda duvidosa e do tempo do último relato.
• Sistema de varrimento acústico
lateral, que, em complemento
com a sondagem a feixe
simples, garante o conhecimento
total do fundo
fundo.
• O Sonar Lateral dá-nos
informação qualitativa do fundo
do mar.
Sonar Lateral
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Sonar Lateral
• O Sonar Lateral (SL/SSS) é composto pelo
registador,
cabo e o
peixe.
Sonar Lateral - Constituição
• Os dois conjuntos de transdutores apontados para
cada um dos lados produzem feixes acústicos com a
forma de leq
leque
e e recebem os ecos do ffundo.
ndo
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Sonar Lateral - Funcionamento
• O Sonar Lateral (SL/SSS) é então constituído por um
registador à superfície, um cabo de reboque e um
peixe portador de dois conjuntos de transdutores
acústicos de multifeixe.
• O registador processa e amplifica os sinais recebidos,
colocando-os de uma forma coerente, permitindo assim
ç de um registo
g
de imagem,
g , onde toda a
a construção
morfologia do fundo é apresentada em tempo real,
sendo ainda gravada em suporte digital para pós
processamento.
Sonar Lateral – Formação da imagem
acústica
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Sonar Lateral – Formação da imagem
acústica
a
b
a - Altura do peixe acima do fundo
b - Profundidade do peixe
Profundidade local = a+b
Fleming, 1976
Sonar Lateral – Formação da imagem
acústica
corrida
a
a) Altura do peixe acima do fundo
b) Profundidade do peixe
Profundidade local = a+b
b
Fleming, 1976
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Sonar Lateral – Formação da imagem
acústica
A intensidade é função das propriedades dos materiais
reflectores bem como da topografia
topografia. Imagem de registo mais
escura, sinal de retorno mais forte.
Os objectos de grandes dimensões são bons reflectores e
produzem uma sombra acústica atrás deles (espaços em
branco).
A largura da zona de sombra e a sua posição em relação ao
peixe são utilizados para calcular a altura dos objectos.
Fleming, 1976
Sonar Lateral – Formação da imagem
acústica
Cálculo da altura dos objectos (H0):
H0 
Ah 
Cs  Ap
C s  AL
A L2  A p2
Cs = Comprimento da sombra
Ap = Altura do peixe acima do fundo
AL = Alcance longitudinal
Ah = Alcance horizontal
Pp=30m
Ap=20m
H0 
36  20
 7,5m
36  60
H0
Fleming, 1976
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Sonar Lateral - Resolução
• Resolução transversal – distância mínima entre dois objectos
paralelos à direcção seguida pelo peixe, que permite o seu registo
separado.
Rt = Sen(1.2º) x Escala em metros
• Resolução vertical – distância mínima entre dois objectos
perpendiculares à direcção seguida pelo peixe, que permite o seu
registo como objecto separado.
Rv = Escala (m) / Largura do papel (mm)
[metros]
1.2 º
ROV
Remote Operated Vehicle
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Remote Operated Vehicle
• O ROV é um sistema que permite obter
imagens e outros dados do meio subaquático,
subaquático a
partir da superfície.
• Pode evitar o recurso à intervenção de
mergulhadores em trabalhos de simples
observação;
• Pode atingir maiores profundidades (até 6 mil
metros) ficando limitado o seu tempo de
permanência no fundo.
ROV - Constituição
• Consola:
•
•
•
•
Joy-sticks (controlo 4 motores)
Monitor vídeo
Receptor imagem sonar
Sistema posicionamento veiculo
• Cabo Umbilical:
• Ligação consola-veiculo
• Flutuabilidade positiva ou negativa
• Constituído por condutores
• Veiculo
V i l submarino:
b
i
•
•
•
•
4 motores
Projectores, câmara vídeo, maq. fotográfica
Emissor/receptor do sistema de posicionamento
Garra articulada
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ROV – Sistema de posicionamento
• Constituído por:
• Um comando na consola à superfície
• Um hidrofone (que se fixa ao bordo da embarcação)
• Um receptor / emissor no veiculo
Hidrofone
Receptor / Emissor
Veículo
ROV – Área de aplicação
•
•
•
•
•
Sedimentologia
Geotecnia
Controlo de obras de engenharia costeira
Localização de alvos
Apoio à acção de mergulhadores (op. UKC)
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ROV – LUSO
• ROV da EMEPC usado na Missão de Extensão
da Plataforma Continental (www.emepc.pt)
Rocega Hidrográfica
UKC
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UKC – Rocega Hidrográfica
Esta operação consiste em arrastar um cabo de
aço de modo a verificar se existe qualquer
obstáculo no seu trajecto (uma agulha rochosa, o
casco de um navio afundado, etc.), onde o cabo
fique preso.
UKC – Rocega Hidrográfica
As duas principais finalidades da rocega são:
a) Garantir a segurança da passagem de navios
até um determinado calado, sendo a rocega
feita, neste caso, com um cabo imerso a uma
cota inferior ao máximo calado previsível.
b) Garantir a mínima profundidade de uma
obstrução. Esta é obtida após realizar diversas
rocegas, com diferentes
dif
t iimersões
õ d
de cabo,
b até
té
encontrar a imersão máxima a que o cabo
passa sem se prender na obstrução.
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UKC – Rocega Hidrográfica
Em canais estreitos pode-se improvisar uma
rocega
g hidrográfica,
g
suspendendo
p
um carril p
por
cabos ligados ao bordo da embarcação.
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