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Ampia panoramica sui sistemi per lo studio di fondali e coste

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Ampia panoramica sulla strumentazione usata nello studio di fondali e coste.
Questi sistemi lavorano nella Geofisica, Oceanografia, Ingegneria Civile, Dragaggio, Piping, Lavori marittimi, Monitoraggio costiero...
Quali caratteristiche, quali applicazioni?

Published in: Technology
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Ampia panoramica sui sistemi per lo studio di fondali e coste

  1. 1. Panoramica strumentazione Codevintec per attività in mare
  2. 2. La quasi totalità della strumentazione utilizzata in acqua utilizza onde acustiche. Salvo poche e limitate eccezioni:  Foto e Video (portata: visibilità ottica)  Modem Radio (Lento: portata max. 30 metri. Veloce: poche decine di centimetri)  Laser Scanner (portata: 2-3 Secchi)
  3. 3. ACUSTICA Il principio fisico principe utilizzato per il telerilevamento subacqueo è la propagazione delle onde acustiche Alcuni degli strumenti acustici più utilizzati:  Side Scan Sonar  Sub Bottom Profiler  LBL, SBL e USBL (posizionamento)  Modem  Profilatori di corrente Harold E. Edgerton (a sinistra), Jacques Cousteau (a destra) e Parviz Babai (al centro) posano con un Side Scan Sonar EG&G (Courtesy of MIT Museum Collections)
  4. 4. Side Scan Sonar - Descrizione E’ stato il primo strumento per «vedere» sott’acqua. Fornisce immagini 2D fondale. Nonostante i primi esperimenti nascano durante la Seconda Gerra Mondiale, il primo strumento commerciale fu sviluppato nei primi anni 60 dallo scenziato Harold “Doc” Edgerton su commissione di Jacques Cousteau. Edgerton è stato anche il fondatore di Edgetech (al tempo EG&G)
  5. 5. Side Scan Sonar - Esempio
  6. 6. Side Scan Sonar - Esempio
  7. 7. Side Scan Sonar – come si usa https://youtu.be/lCBuzxOhAaI
  8. 8. Sub Bottom Profiler Descrizione:  Può essere considerato come un «georadar» che utilizza onde acustiche anziché onde radio.  Penetra il terreno generando un eco ogni qualvolta si incontra una discontinuità nel materiale:  Genera le tipiche «iperboli» in corrispondenza di oggetti (sepolti e non)  Utilizza frequenze piuttosto basse (500 – 24.000 Hertz)  Utilizza un segnale modulato CHIRP Adatto a:  Rilevare, mappare e classificare strati di sedimenti sul fondale  Rilevare e posizionare possibili oggetti e/o pericoli nell’area  Rilevare risorse naturali
  9. 9. Sub Bottom Profiler La capacità di penetrazione dipende dalle caratteristiche del sedimento: SB-0512i SB-216S SB-424 Frequency Range 500 Hz – 12 kHz 2 – 16 kHz 4 – 24 kHz Vertical Resolution (depends on Pulse selected) 8 – 20 cm 6 – 10 cm 4 – 8 cm Penetration (typical) In coarse calcareous sand In clay 20 m 200 m 6 m 80 m 2 m 40 m Beam Width (depends on centre frequency) 16° - 32° 17° - 24° 16° - 23° La capacità di penetrazione dipende dalla frequenza utilizzata e dal tipo di materiale investigato:
  10. 10. Sub Bottom Profiler - Esempio
  11. 11. Posizionamento Subacqueo: LBL, SBL e USBL Qualsiasi sistema di radioposizionamento utilizzato a terra (GPS, Loran, GSM, ecc…) è inutilizzabile in acqua Il posizionamento subacqueo si basa sul rilevamento di angoli e distanza di un trasmettitore installato sulla barca ed un beacon (ricetrasmettitore) installato sul target da posizionare. La distanza viene calcolata misurando il tempo impiegato dal suono a percorrere il tragitto trasmettitore/beacon e ritorno Il rilevamento dell’angolo avviene invece differentemente per i tre sistemi e da origine alla sigla: LBL, SBL e USBL
  12. 12. Posizionamento Subacqueo - LBL  LBL – Long BaseLine. E’ stata la prima soluzione adottata per posizionare oggetti sott’acqua. Utilizza una rete di 4 o più trasmettitori posizionati sul fondo su cui il beacon effettuerà una trilaterazione, come avviene con il GPS. Fornisce ancora adesso le migliori prestazioni di precisione e consente anche un controllo di qualità in tempo reale, visto che i trasponder della rete si possono controllare a vicenda.
  13. 13. Posizionamento Subacqueo - SBL  SBL – Short BaseLine. E’ una soluzione molto simile a quella con trasponder fissi sul fondo, ma qui i trasponder vengono posizionati solidali all’imbarcazione. In questo caso, più l’imbarcazione è grande, maggiore è la distanza tra i trasponder e di conseguenza la precisione
  14. 14. Posizionamento Subacqueo - USBL  USBL – Ultra Short BaseLine. E’ il sistema più diffuso perché economico e facile da installare. I tre o più trasduttori necessari al funzionamento degli altri due sistemi (LBL e SBL) sono annegati in un unico strumento, a pochi centimetri l’uno dall’altro. I trasduttori misurano la differenza di fase del segnale ricevuto da ogniuno di loro per determinarene l’angolo di provenienza.
  15. 15. Modem acustici Non si tratta di una novità. Chi ricorda?
  16. 16. Modem acustici Il principio di funzionamento non è molto diverso dai modem acustici che si usavano nei primi anni di Internet. Sono in grado di raggiungere velocità di 38400 bps e di coprire distanze fino a 10 chilometri!
  17. 17. Profilatori di corrente Noti con l’acronimo ADP – Acoustic Doppler Profiler, i profilatori di corrente sfruttano l’effetto doppler generato dalle particelle in sospensione per determinare la velocità della corrente a varie profondità Si utilizzano normalmente tre trasduttori inclinati di 20°e posti a 120°l’uno dall’altro. L’effetto doppler misurato dai vari trasduttori viene combinato per determinare la direzione e l’intensità della corrente alle diverse profondità.
  18. 18. Profilatori di corrente Ulteriori applicazioni degli ADP / ADCP  Misura delle correnti in movimento  Misura intensità direzione e frequenza delle onde  Navigazione e posizionamento (DVL)
  19. 19. Ecoscandagli Multibeam Sono gli strumenti più utilizzati per esplorare il fondale
  20. 20. Ecoscandagli Multibeam Una soluzione per ogni applicazione
  21. 21. Ecoscandagli Multibeam Composto da un trasmettitore e da un array di ricevitori montati a T («Mill Cross»)
  22. 22. Ecoscandagli Multibeam Il risultato che si ottiene è una «nuvola di punti» molto simile a quella dei più comuni Laser Scanner LIDAR.
  23. 23. Ecoscandagli Multibeam
  24. 24. Ecoscandagli Multibeam Esempi di rilievi
  25. 25. Ecoscandagli Multibeam
  26. 26. Ecoscandagli Multibeam Esempi di rilievi
  27. 27. Ecoscandagli Multibeam The SeaBat 7112 offers 360°coverage at 100kHz and can detect intruders at ranges of up to 5-700 meters. This system may be permanently mounted on the sea floor, or may be mounted on a pole or hoist affixed a vessel. Esempi di Applicazioni
  28. 28. Multibeam: Gli strumenti ausiliari (necessari…)  Misura di velocità del suono in acqua Misura in tempo reale in prossimità dei trasduttori  Profili di velocità del suono Lungo la colonna d’acqua investigata.  Posizionamento e Assetto In grado di fornire posizione, prua, beccheggio, rollio, altezza onda e tempo con una velocità almeno pari a quella dell’ecoscandaglio (50Hz)
  29. 29. Multibeam: Sensor Fusion I dati Multibeam prodotti si presentano sotto forma di “nuvole di punti” come I più comuni Laser Scanner… … e allora? Optech ILRIS-3D High Resolution Lidar (LIght Detection And Ranging) able to collect up to 10.000 high accuracy 3D points up to 1000 meters range. RESON SEABAT 7125 High resolution Multibeam echosounder able to collect up to 20.000 3D seafloor points per second up to 500 meters depth.
  30. 30. Multibeam: Sensor Fusion I dati Multibeam prodotti si presentano sotto forma di “nuvole di punti” come I più comuni Laser Scanner… … e allora?
  31. 31. Multibeam: Sensor Fusion I dati Multibeam prodotti si presentano sotto forma di “nuvole di punti” come I più comuni Laser Scanner… … e allora perchè non metterli insieme? APPLANIX POSMV Positioning system based on military grade IMU and a dual GNSS receivers (GPS, GLONASS and European Galileo) providing a very accurate 3D attitude, position and velocity of any moving vehicle. http://youtu.be/8ODrW3xNpBU
  32. 32. Micro-Multibeam
  33. 33. Micro-Multibeam BV5000-1350 • 1.35MHz • 30mmaximumrange • 300m&4,000mdepthratedoptions • Beam Width:1° x 1° BV5000-2250 • 2.25MHz • 10mmaximumrange • 300m&4,000mdepthratedoptions • Beam Width:1° x 1°
  34. 34. Micro-Multibeam
  35. 35. Micro-Multibeam: Ispezione scalzo dei ponti https://youtu.be/hRFyvnypKbU
  36. 36. AUV Autonomous Undervater Vehicles (o Vessels)
  37. 37. AUV Molti degli strumenti destinati ai rilievi a mare possono essere installati anche su AUV:
  38. 38. Dragaggi
  39. 39. La gestione ed il monitoraggio in tempo reale delle operazioni di dragaggio aumenta la produttività e reduce I costi Visualizzazione in tempo rale, in 3D con calcolo dei volumi in linea Completa integrazione con moduli software dedicati al rilievo La gestione dei dragaggi
  40. 40. Controllo delle operazioni
  41. 41. www.codevintec.it andrea.faccioli@codevintec.it +39 02 4830.2175 Domande?

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