Cartógrafos de Mar

Posicionamiento Submarino por HidroAcústica

Las operaciones de ingeniería submarina en aguas profundas requieren el posicionamiento de estructuras artificiales en el suelo marino, donde no es posible utilizar mano de obra humana. Para tales servicios muchas veces son utilizados vehículos operados remotamente (ROVs, en la sigla en inglés).

Como en todas las obras de ingeniería civil, es necesario levantar el terreno a través de la topografía y de la geodesia antes de preparar un proyecto y para implementarlo. Para instalar las estructuras submarinas es necesario también el posicionamiento de precisión de las mismas para que todo acuerdo submarino quede disponible conforme a los cálculos previos. Mallas de ductos submarinos demandan levantamientos catastrales, tales como ductos, redes eléctricas y rutas que tenemos en tierra. Los geólogos también requieren una buena precisión al hacer la localización de un foco a ser perforado, para que los objetivos litológicos previstos en los modelos estratificados puedan ser entendidos. Todos estos servicios que son hechos por topógrafos en tierra son hechos en el mar con ROVs operados por offshore surveyors – o hidrógrafos – que son los topógrafos y cartógrafos del mar.

Los ROVs utilizados en mapeo son equipados con instrumentos y sensores que permiten su posicionamiento en tiempo real, con informaciones del norte, este, profundidad, agrupamiento (azimut de proa del vehículo), altura del fondo, entre otros. A partir de esas informaciones el ROV puede obtener la posición de diversas formaciones marinas, además de filmar y fotografiar.

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Georreferenciar un objeto en el fondo del mar requiere métodos muy diferentes de los empleados en tierra, después no es posible enviar un topógrafo con una estación total o un GPS al fondo del mar. Ahora la tecnología GNSS tiene difundido y popularizado en diversas finalidades onshore, ahora es posible utilizar un GNSS en el ambiente submarino, visto que la energía electromagnética es ampliamente absorbida por el agua. Para localizar o posicionar un objeto en el ambiente submarino es necesario utilizar energía acústica. Los principios de trilateraciones es de triangulaciones utilizados en los posicionamientos geodésicos utilizando tecnología GNSS son los mismos empleados sobre el agua. El método es obtener la posición de un objeto o local sumergido a través de energía acústica y denominado Hidroacústica.

Georreferenciación Submarino

Un sistema que sea capaz de posicionar objetos en el fondo del mar, primero deber ser capaz de posicionar la embarcación en la cual está instalado. La posición de la embarcación es el principio de todo georreferenciamiento submarino. En tanto, los navíos son objetos fluctuantes que sufren las acciones del mar, estado en constante movimiento de traslación y de rotación.

El primer paso, por lo tanto, es localizar o el navío, el cual realiza seis movimientos distintos, siendo tres rotaciones y tres traslaciones, llamadas pitch, roll, yaw, heave, surge y sway.
Un GNSS es instalado en el navío y posiciona la embarcación por satélites. La posición de a antena es insertada en el software de navegación sobre la forma de un offset, de manera que la posición de cualquier parte del navío pueda ser calculada a partir de la posición de la antena. Una brújula giroscópica proporciona la dirección contraria de la embarcación y un sensor de altitud proporciona los movimientos del centro de masa de la embarcación, de forma que el software de navegación pueda corregir la posición de cada punto del navío de acuerdo con la altitud medida.

Una vez que todos los puntos del navío estén ya georreferenciados en tiempo real, se torna posible transportar coordenadas para el fondo del mar. Un transductor acústico instalado usualmente en el casco de la embarcación, con coordenadas conocidas actualizadas en tiempo real por el software de navegación, envía señales acústicas por el agua. Esas señales son recibidas por el transportador instalados en submarinos o estructuras submarinas, lo mismo sobre el suelo oceánico. Al recibir la señal acústica el transpondedor responde con otra señal. Cuando esta llega de vuelta al transductor, es hecho el cálculo de la distancia entre ellos, a traes del tiempo de propagación de dos señales por la columna de agua, por la velocidad de propagación del sonido ene l agua y por el ángulo de recepción de la señal por el transductor. Como este posee coordenadas conocidas es el ángulo de recepción de la señal el que también es obtenido, luego se torna posible saber la posición del transpondedor dentro de la columna de agua.

Una vez que la posición depende de la medida de la distancia entre el transconductor y el objeto siendo posicionado, es necesario conocer las velocidades de propagación del sonido en el agua en toda la columna de agua. Antes de una operación de posicionamiento hidroaústico es hecho un perfil en la columna de agua con un sensor que marca directo o indirectamente la velocidad de propagación del sonido. Con los datos se elabora un perfil de velocidad del sonido que es insertado en el software. El tiempo de propagación de la señal siempre debe ser corregida de acuerdo con el perfil para que el posicionamiento tenga la precisión esperada. Errores de propagación de la velocidad del sonido con fuentes comunes de errores en posicionamiento submarino.

Métodos de posicionamiento

Fundamentos en este principio básico de propagación de señal acústica pro el agua, existen dos principales métodos de posicionamiento hidroaústico: El método de Línea Base Super Corto (SSBL) y el Método de Línea Base Larga (LBL).

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El SSBL consiste en utilizar un transductor multi-elementos, en el cual varios pequeños elementos (hidrofones) pueden variar y recibir señales acústicas. Cuando una señal acústica es recibida por el transductor, cada elemento se recibe en un tiempo diferente. La diferencia en tiempo de recepción de la señal por cada elemento permite el cálculo de ángulo de llegada del mismo. La distancia conocida entre cada elemento constituye una línea base que, junto con los ángulos de incidencia de la señal, forman un triángulo el cual permite el cálculo de la distancia entre los elementos y el transpondedor. Así mismo, es posible obtener la posición de este. El posicionamiento SSBL permite normalmente una precisión de 0,5% de la columna de agua.

Ya el método LBL consiste en la instalación de un array georreferenciado de transpondedores en el piso marino. Primero los transpodedores son instalados en el suelo y fijados por un peso muerto o por un triple. El transductor entonces envía comandos acústicos para que los transpondedores realicen mediciones entre si. Una vez conocidas las líneas base, que son las distancias entre los transpondedores, cada una es georreferenciada a través de innumerables mediciones en SSBL con el navío asumido en diversas posiciones diferentes que identifican y minimizan los errores sistemáticos. Una vez georreferenciadas, las posiciones son ajustadas de acuerdo con los cumplimientos de las líneas base. El array georreferenciado se torna, así mismo, un sistema de referencia. El propio navío, un ROV, una plataforma en cualquier otro móvil equipado con una transductor acústico capaz de interrogar el array en su frecuencia programada se puede posicionar a partir de las posiciones de los transpondedores, a través de triangulaciones. Ese es el método que fundamenta el posicionamiento dinámico de plataformas, el llamado DP, el cual permite que ellas permanezcan sobre una misma localización sin la necesidad de anclaje.

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El posicionamiento LBL permite precisión submétrica independientemente de la profundidad, pudiendo ser centimétrica en operaciones especialmente preparadas en las cuales los transpodedores son instalados sobre trípodes fijos.

El método SSBL permite ser utilizado para posicionamientos en aguas rasas en las cuales su error de 0,5% de LDA no sea tan significativo. Es utilizado también para mapeo en inspecciones que requieren menor precisión. Ya para la instalación de estructuras submarinas a partir de las cuales todo un acuerdo submarino va a ser instalado, es necesario un posicionamiento más preciso, principalmente en aguas profundas. En estos casos es utilizado el método LBL, que es más demoroso y, consecuentemente, más caro. La señalización de una locación donde será perforado un pozo normalmente es hecha en SSBL cuando en aguas rasas es en LBL cuando son aguas profundas.

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Fuente:

Mundogeo

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