CURSO MULTIHAZ HYPACK ® GENERALIDADES CURSO MULTIHAZ HYPACK ® 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Qué es Multihaz? 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Sistema Multihaz: 100% Cobertura de barrido del fondo desde un Transducer Sencillo Transducer Multihaz Cabeza de transducer sencilla que genera un barrido de una franja del fondo Varios barridos por segundo Huella de alta resolución 10° a 210 ° ancho barrido Muestra Diferencia en cubrimiento monohaz & multihaz Barridos 10 a 40 por segundo haces 0,5 a 3 grados Cobertura Monohaz 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

De Dónde vino el Multihaz? Desarrollado por US Navy a inicios-mediados de los 1960s … sistemas de “barrido” de aguas profundas Aplicaciones de “aguas someras” se desarrollaron en los inicios de 1990s Qué son “Aguas Someras”?? Las primeras aplicaciones grandes fueron durante la inundación del Río Mississippi de 1993... Distrito St. Luis & John Chance Inc. El Costo ha bajado desde $500K a $50K (+) (Solo Multihaz) Con periféricos, un sistema completo esta alrededor de $ 90K Muchas firmas de dragado & contratistas están adquiriendo estos sistemas Ayuda Importante... cubrir línea por línea NOTA: $150K para multihaz … necesita Equipos periféricos… MRU, GPS Algunos organizaciones tienen mas de 1 sistema Distrito LA primero en adquirir un sistema a mediados de los 1990s 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Para qué es usado el Multihaz? Holguras de dragado … cobertura total del fondo Pagos de Dragado Investigación de Estructuras submarinas... espolones, plantas hidroeléctricas, estructuras de control de ríos, represas y embalses. Levantamientos Rutinarios de Condición del Canal Levantamientos de Ríos & Represas Las siguientes ayudas ilustraran aplicaciones, ventajas & desventajas 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Barrido Sencillo o Ping Barridos Múltiples en Serie 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Detección y Prevención Objeto Detección y Prevención 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Banco del Río o revestimiento Multihaz permite cobertura bajo Embarcaciones a lo largo de los bancos del Río, y Muelles Provee alguna habilidad para “ver bajo” la embarcación … tiene que esperar que la embarcación se mueva con sistemas monohaz Barcaza Banco del Río o revestimiento 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Erosión socavación/vacío Multihaz permite cobertura alrededor de Muelles, Paredes, Compuertas, Represas y otras Estructuras Submarinas. Provee alguna habilidad para detectar erosiones o huecos alrededor de estructuras submarinas Paredes metálicas Erosión socavación/vacío Esta esto realmente Aquí?? 13/04/2017

MONOHAZ vs. Multihaz Aguas Someras ancho monohaz típico 7,5 °. Varios pasos para resolver la extensión y mínima profundidad de una característica. << 5% de cobertura del fondo Procesamiento de Datos no es complejo Adquisición utiliza tecnología establecida. Múltiples haces angostos en un patrón en forma de abanico, o barrido. 100% de cobertura del fondo Hasta 60 perfiles /segundo ( 30000 sondajes/segundo ) Resuelve características rápidamente Acquisición y procesamiento complejo Huella de 7,5 grados en 50 pies produce un cubrimiento de solo 2,6%. Hasta 20.000 sondajes por segundo pueden ahora ser colectados.

+ Diferencias del Tamaño del Área Enzonificada o “Huella” Tamaño Huella de 8,0 grados es 6,99 pies en 50 pies de profundidad del agua 3.0 grados (2,6’ o 0,79 m.) 1.5 grados (1,3’ o 0,40 m.) 0.5x1.0 grados (0,44’ x 0.87’ o 0.14m x 0,27m.) 8.0 grados (6,99’ o 2,13 m.) +

Ángulos de Haz Típicos & Ancho de barrido. Ancho Barrido vs. Prof. Agua Grados 2 x 90° 2.5 x 102.7° 4.29 x 130° 4 x 126.8° 3.46 x 120° 3 x 112.6° 7 x 148.1° 6 x 143.1° 5 x 136.4° 150° 157.4° 161.1° 7.4 x 10 x 12 x 2*TAN (Angulo MB/2) = Multiplicador Ancho Barrido Diferencias entre varios paquetes Reson Note diferentes frecuencias disponibles 100’ 740’

CURSO MULTIHAZ HYPACK ® ASPECTOS TÉCNICO CURSO MULTIHAZ HYPACK ® 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Transdúceres Multihaz & Geometría del Haz Transdúceres Multihaz están típicamente basados en geometría de abanico cruzado... una disposición de transmisión y una de recepción en configuración “L” o “T”. Cada disposición consiste de múltiples elementos de transducer idénticos, igualmente espaciados, en una línea. Disposiciones pueden ser planas o curvas. Cada disposición produce un lóbulo principal aplanado el cual es angosto en el eje largo de la disposición. La intersección de los dos lóbulos principales aplanados resulta en un haz angosto. Cada «disparo” o transmisión de la disposición es llamado un “ping”. Durante un ping, todos los haces son transmitidos & recibidos. Vista de 16 haces cercanos al nadir formados por un transducer multihaz Tope-abajo (vista en planta) vista del lóbulo principal de transmisión e intersección del lóbulo principal de recepción como se proyecta en el fondo marino…con producto de cruce resaltado.

Directividad Multihaz Directividad a Través del Traqueo es proveida por el receptor Directividad a Lo largo del Traqueo es gobernada por el transmisor Principios Formadores de Haz 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Formador de Haz e Interferometría Métodos Multihaz Formador de Haz e Interferometría Las diferencias entre estos dos métodos tienen que ver con la forma que los pares Angulo Tiempo de viaje son determinados. Un Sistema Formador de Haz determina el Tiempo de Viaje como una función del Angulo (esto excluye la posibilidad de diferentes tiempos de viaje correspondiendo a un ángulo sencillo) Un Sistema Interferométrico determina el Angulo como una función del Tiempo de Viaje (esto excluye la posibilidad de diferentes ángulos correspondiendo a un tiempo de viaje sencillo) Principios Formadores de Haz

Ventajas Método Formador de Haz Interferometría Imagen Aceptable (Sonar Lateral) Batimetría excelente para cartografía de alta resolución de fondo marino irregular Bueno para todos los tipos de requerimientos batimétricos Amplio barrido de datos, ambos bati e imagen. Buena Imagen. (Sonar Lateral) Bueno para batimetría general Barrido de datos más Ancho Principios Formadores de Haz

( Igual que en Levantamientos Terrestres con una Estación Total ) Bases Multihaz Todos los sistemas multihaz utilizan la misma aproximación básica El fondo es enzonificado por un haz transmitido... Hasta 60 veces por segundo El retorno del eco es recibido y procesado Estimaciones de tiempo de viaje de haces individuales son convertidos en distancias inclinadas La Profundidad verdadera es calculada al aplicar datos de ángulos del haz, orientación, movimiento y posición, y datos del perfil de velocidad del sonido. ( Igual que en Levantamientos Terrestres con una Estación Total ) Multihaz mide solo distancias inclinadas… varias correcciones son requeridas para obtener una profundidad X-Y-Z en un Datum de Referencia conocido.

Bases Multihaz Silos Cámaras Compuertas Para Profundidades “Verdaderas” El resto de esta Sesión cubrirá estas correcciones

Técnicas de Medición Rango Profundidad/Pendiente Multihaz Amplitud & Detección de Fase Varias tecnicas de “Formación de haz física & electrónica son usadas para detectar cual punto direccional en la disposición del multihaz recibido esta siendo observada transducer La mayoría de sistemas multihaz usan tanto uno y/o ambos métodos de detección de amplitud y fase. 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®

Procesamiento Señal es complejo. Técnicas de Medición Rango Profundidad/Pendiente Multihaz Amplitud & Detección de Fase La mayoría de los sistemas multihaz usan uno y/o ambos métodos de detección de amplitud y fase. Detección de Amplitud se basa en encontrar el tiempo de viaje de la inteceptación de un eco con el fondo. Típicamente determinada usando el método del centro de masa. (Similar a métodos de medición de profundidad monohaz) Detección de Fase (Técnica Interferométrica) se basa en encontrar el cambio de fase de dos subsecciones de la disposicion del transducer de recepción. (De alguna manera analógo a EDM o fase transportadora GPS). 2 Tipos de métodos de detección... ambos pueden ser usados en el mismo sistema. Procesamiento Señal es complejo.

Detección de Amplitud se basa en encontrar el tiempo de viaje de la interceptación de un eco con el fondo. Típicamente determinada usando el método del centro de masa. (Similar a métodos de medición de profundidad monohaz). amplitud pico señal de retorno (tiempo viaje … distancia inclinada) AMPLITUD transducer

Detección fase (Técnica Interferométrica) se basa en encontrar el desplazamiento de fase en dos subsecciones de la disposición del transducer de recepción. (De alguna manera analógo a fase transportadora GPS). FASE o INTERFEROMETRICO recibido fase Señal transducer desplazamiento fase (función de la distancia inclinada)

Detección Amplitud & Fase Detección amplitud es típicamente usada por los haces internos (0 ° a ~45° desde-nadir) Los puntos de cambio entre detección amplitud y fase varia según el diseño; métodos incluyen corte absoluto, análisis en tiempo real de cada haz, y combinación amplitud & fase (~45° hasta ~60° desde-nadir) Detección Fase es típicamente usada para los haces externos (~60° hasta ~100° desde el nadir) Precaución: la precisión de la profundidad puede cambiar en los puntos de transmisión de detección del fondo Nota Precaución… por eso hacemos Pruebas de Desempeño

Operación Ciclo Ping Generación Ping Mostrar Señal Procesada Pulso Transmisión Proceso Señal Detección Fondo Amplificación Señal Retorno Reflexiób Recepción Señal Nota Precaución… por eso hacemos Pruebas de Desempeño

Frecuencias & Resolución Multihaz A medida que cambia la frecuencia y Temperatura del Agua, así también lo hace la atenuación debida a la energía acústica Absorción, pérdida de transmisión debida a la conversión de energía acústica en calor. Aumento Absorción, causará que la Ganancia incremente más rápidamente con el incremento del Rango A medida que el Rango aumenta, asi lo hace la atenuación debida a la dispersión esférica de la energía acústica llamada Pérdida por Dispersión (Huella del Haz). No hay perdida real de energía, la energía es simplemente esparcida a través de una superficie mas grande reduciendo su densidad. Compensación por Absorción y Perdidas de Dispersión son mejor logradas al usar Ganancia Variable en Tiempo (TVG). Cuando TVG es usado, los valores de Ganancia en los receptores en el Nadir, iniciarán en un nivel y luego aumenta, como una función del tiempo, a través del ciclo de recepción. Sistemas de frecuencia 200 kHz puede ser obtenidos… duplicado de frecuencia monohaz

Ancho de Haz & Resolución Resolución Vertical es la mínima diferencia en profundidad determinada entre retornos acústicos adyacentes Entre mas corta la longitud de pulso, mayor la resolución Longitud de Pulso corresponde al ancho de banda de la frecuencia del sonar A mayor frecuencia del sonar, mas ancho de banda A mayor frecuencia del sonar, mas precisamente puede resolver la medida de distancia Resolución vertical es también influenciada por el ancho del haz. Un pulso desde un haz mas ancho (ej 3,0 °) requerirá mas tiempo para ser reflejado que un pulso desde un haz mas angosto (e.g. 0,5 ° o 1,5 °). Nota: Contratistas de dragado de USACE tienden a procurar sistemas con ancho de haz angosto - presume mayor precisión que los sistemas de haz mas ancho del USACE

Ancho de Haz & Resolución El haz mas ancho causará un “esparcimiento del eco” que puede llevar a una resolución vertical de profundidad y horizontal de posicionamiento reducida… i.e., Precisión El esparcimiento del eco es una función de la frecuencia, topografía del fondo, profundidad, y ancho del haz. En resumen, entre mas angosto el ancho del haz, mejor la resolución vertical y horizontal. Nota: Contratistas de dragado de USACE tienden a procurar sistemas con ancho de haz angosto - presume mayor precisión que los sistemas de haz mas ancho del USACE

“Esparcimiento del Eco” . . .

Técnicas Formadores de Haz Espaciamiento Haz Igual (Equi-Angulares) Espaciamiento Huella igual (Equi-Distancia) Angulo constante por haz Distancia Constante a lo largo del traqueo por haz Espaciamiento Haz Igual (Equi-Angulares) Angulo constante por haz Odom ha desarrollado un sistema que produce huellas iguales Distancia Constante a lo largo del traqueo por haz Espaciamiento Huella igual (Equi-Distancia)

*Actualizaciones futuras no requeriran un rediseño del transducer Ventajas de Formación del Haz en Tiempo Real con un Sistema Multihaz de Detección de Fase Interferométrico y Amplitud Combinado Guiado haz corregido por Rolido Control ángulo haz Variable (Huella Igual) Aumenta la confianza de los haces externos Control del Usuario del ancho de barrido y del número de haces *Actualizaciones futuras no requeriran un rediseño del transducer *El número de haces, tamaño de los ángulos de haz, resolución son todos dependientes del poder del procesador de señal -- no del transducer * A medida que equipos mas nuevos / rápidos esten disponibles, el sistema puede ser actualizado facilmente y sin mayores costos

Bases Multihaz Después de que una distancia inclinada es determinad para cada haz en la disposición, las siguientes correcciones [y sensores] debe ser aplicadas para determinar una profundidad adecuadamente orientada para cada punto en el fondo: Desviaciones Orientación Montaje Transducer [Prueba Parcheo para Ófsets Rolido-Cabeceo-Guiñada] Ófsets Posicionamiento Antena -transdúceres [medido] Posicionamiento y/o MRU Latencias Sistema [Prueba Parcheo] Oleaje [MRU y/o RTK] Perfil Velocidad del Sonido [datos perfil periódico y/o Tiempo Real] Calado o desviación de índice (Chequeo de Barra] El resto de esta Sesión cubrirá estas correcciones

Bases Multihaz Correcciones Distancias Inclinadas (Continúa): Squat [Calibración squat o RTK] Marea/Fase [mareógrafo o RTK] Ajuste Datum Vertical [modelos mareales, Undulaciones Geoidales] Ajustes Datum Horizontal [transformación] Cubrira algunos tópicos en mas detalle en secciones posteriores 13/04/2017 Seminario Entrenamiento Multihaz HYPACK®