Batimetria Aplicada (cont.) Sistemas Sondadores de Multifeixe 1

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1 Batimetria Aplicada (cont.) Sistemas Sondadores de Multifeixe 1

2 Dimensão da grandeza do SSMF Aumento da densidade de dados Método Sondas à hora (a 100m) Razão Prumo 10 1 Feixe simples Multifeixe Dimensão da grandeza do SSMF Prumo Feixe Simples Multifeixe 2

3 Resolução da imagem acústica do SSMF Cobertura SSMF vs. Feixe Simples A sondagem SSMF cobre uma área bidimensional A sondagem a feixe g simples cobre apenas uma linha sob a embarcação. 3

4 Aumento da cobertura em função da profundidade Permite operar em condições de mar agitado Várias opções de montagem vertical e obliqua Operação SSMF Insonorização do fundo submarino 4

5 Insonorização do fundo submarino Célula Insonificada Insonorização do fundo submarino Transdutor Tx Transdutor Rx Feixe transmitid do 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) 5

6 Profundidade Intersecção do feixe de transmissão com o feixe de recepção Insonorização do fundo submarino Feixe de transmissão 1-5 proa-popa popa 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) 6

7 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 na direcção do traçado do raio sonoro em função da variação da velocidade da água (ang_inc = ang_ref = 0º). Velocidade do som médio é suficiente. 7

8 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. 8

9 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). 9

10 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 sondas SSMF Tx (transmissão) Medição de balanços; Conversão do balanço em desfasamento e geração dos respectivos sinais i (guiamento de feixes); 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). 10

11 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. 11

12 Sistema Sondador Multi-Transdutores 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. Multi-Transdutores 12

13 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 13

14 Sonar Lateral O sonar lateral é um equipamento hidrográfico que, entre outras aplicações, tem o objectivo de localizar alvos submarinos, tais como navios afundados, aeronaves, etc. É também utilizado em levantamentos sistemáticos, hidrográficos e geológicos. 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 total do fundo. O Sonar Lateral dá-nos informação qualitativa do fundo do mar. Sonar Lateral 14

15 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 leque e e recebem os ecos do fundo. 15

16 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 a construção de um registo de imagem, onde toda a morfologia do fundo é apresentada em tempo real, sendo ainda gravada em suporte digital para pós processamento. Sonar Lateral Formação Formação da imagem acústica 16

17 Sonar Lateral Formação 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 Formação da imagem acústica corrida a b a) Altura do peixe acima do fundo b) Profundidade do peixe Profundidade local = a+b Fleming,

18 Sonar Lateral Formação da imagem acústica A intensidade é função das propriedades dos materiais reflectores bem como da 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 Cálculo da altura dos objectos (H 0 ): H 0 C s A p C s A L C s = Comprimento da sombra acústica A p = Altura do peixe acima do fundo A L = Alcance longitudinal A h A 2 L A 2 p A h = Alcance horizontal Pp=30m H 7, 5m Ap=20m H 0 Fleming,

19 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 19

20 Remote Operated Vehicle O ROV é um sistema que permite obter imagens e outros dados do meio 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. 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 submarino: 4 motores Projectores, câmara vídeo, maq. fotográfica Emissor/receptor do sistema de posicionamento Garra articulada ROV - Constituição 20

21 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 Sedimentologia Geotecnia ROV Área de aplicação Controlo de obras de engenharia costeira Localização de alvos Apoio à acção de mergulhadores (op. UKC) 21

22 ROV LUSO ROV da EMEPC usado na Missão de Extensão da Plataforma Continental ( Rocega Hidrográfica UKC 22

23 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 imersões de cabo, até encontrar a imersão máxima a que o cabo passa sem se prender na obstrução. 23

24 UKC Rocega Hidrográfica Em canais estreitos pode-se improvisar uma rocega hidrográfica, suspendendo um carril por cabos ligados ao bordo da embarcação. 24