Aplicaciones hidrológicas para drones

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Introducción

El termino dron, palabra adoptada en español como sinónimo del término inglés drone o zángano, se empezó a utilizar en el mercado militar para designar vehículos aéreos no tripulados. hoy en día la generalización del término engloba todo tipo de vehículos no tripulados y con el paso del tiempo estas plataformas han dado el salto y se han empezado a extender en todo tipo de aplicaciones civiles.

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Tanto si se trata de vehículos aéreos, terrestres o submarinos su aplicación se encuentra en continua expansión y no es raro encontrar a diario en los medios de comunicación noticias acerca de nuevas aplicaciones y modelos de negocio generados entorno al uso de un vehículo no tripulado; como es lógico su aplicación se ha extendido también a multitud de campos de la ingeniería civil, entre ellos la hidrología o estudio de las características de las aguas continentales y oceánicas.

Los drones presentan multitud de ventajas que los han convertido en firmes apuestas a sustituir o complementar la actividad del ser humano en multitud de ámbitos. En la mayoría de los casos la ventaja principal es la flexibilidad de uso del recurso que representa el vehículo y la reducción del riesgo para la vida humana, en otras aplicaciones a estas ventajas se suma la simplicidad de uso y la reducción de costes respecto a otras soluciones posibles.

En los siguientes apartados se abordará de forma somera la aplicación de vehículos submarinos no tripulados y vehículos aéreos no tripulados de tipología multirrotor en el ámbito de la hidrología.

Aplicación de los vehículos no tripulados en hidrología

Las grandes masas de agua representan un complejo reto tecnológico al mismo tiempo que un medio natural de expansión de la actividad humana. La complejidad de operación y caracterización de estas masas de agua (ya sean continentales u oceánicas) ha frenado hasta no hace muchos años la actividad del hombre en este medio.

Los recientes avances en tecnología de telecomunicaciones y electrónica e ingeniería en general han posibilitado una nuevo modo de acercamiento y conocimiento del medio.

Un reflejo de este aspecto de expansión se puede observar en la creciente instalación y operación de parques eólicos off-shore y near-shore. Esta instalación refleja una gran complejidad de desarrollo tecnológico por las condiciones de diseño que el océano supone pero al mismo tiempo brinda la oportunidad de explotar el recurso en zonas que anteriormente no se contemplaba esta posibilidad.

Así mismo, fenómenos como el cambio climático o el calentamiento global y la influencia de las grandes masas de agua en estos fenómenos han resaltado la creciente necesidad, no solo de caracterizar y conocer el comportamiento de las grandes masas de agua, si no de generar procesos de evaluación continua del impacto de la actividad del hombre en estas grandes masas de agua.

Entorno a todos los argumentos expuestos en los párrafos anteriores los vehículos no tripulados se están constituyendo como potentes y flexibles herramientas de monitorización y control de estas masas de agua.

La aplicación de vehículos no tripulados a hidrología e hidrografía representa un amplio campo de actuación en el que estas plataformas están ofreciendo servicios diferenciados con gran eficiencia.

Vehículos submarinos no tripulados usados en hidrología

Actualmente se pueden encontrar en el mercado civil varios tipos de vehículos submarinos no tripulados con un elevado potencial de adaptación de carga de pago que posibilita su aplicación a distintos tipos de operaciones.

Dentro de este tipo de plataformas se pueden encontrar las de tipo remotamente operadas (ROV) mediante cable umbilical, las plataformas completamente autónomas (UUV o UAV, dependiendo de la bibliografía) y conceptos híbridos que permiten distintos grados de autonomía y operaciones remotas con umbilical.

Los vehículos tipo ROV poseen la capacidad de operación remota en tiempo real, esto es posible gracias a una conexión de datos y una transmisión de potencia eléctrica establecida mediante el cable umbilical.

Esta conexión mediante umbilical limita el espacio físico de operación al mismo tiempo que posibilita abordar operaciones de alto consumo de potencia.

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Los vehículos tipo UUV son vehículos con elevada capacidad de movimiento en la columna de agua, pudiendo abordar operaciones que se desarrollen dentro de un marco espacial mayor que el de los ROV, dado que no poseen conexión en tiempo real con la estación de operador, típicamente dependiendo de la zona de operación comunican mediante sistemas de radio frecuencia, GSM o satélite con la estación de operador. Estos vehículos poseen capacidades de operación en el tiempo limitadas por la capacidad de sus baterías.

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Dentro de los UUV se pueden encontrar vehículos híbridos, con capacidad de transmisión de datos y potencia mediante cable para ciertas operaciones; también se puede emplazar dentro de este grupo a los planeadores submarinos que variando su densidad relativa respecto a la masa de agua y combinando esta capacidad con una hidrodinámica específica son capaces de desplazarse a lo largo de grandes distancias en el océano durante largos períodos de tiempo.

Casos de aplicación de los vehículos submarinos no tripulados en hidrología

A continuación se exponen casos de aplicación de vehículos no tripulados submarinos en hidrología, su forma de operar y los objetivos de ésta.

Estudio de la calidad del agua, detección y caracterización de contaminantes en las aguas oceánicas y continentales

Mediante la adaptación en la plataforma de sensores capaces de detectar y mediar la concentración de contaminantes en el agua se pueden generar históricos de concentración de estas sustancias y tomar muestras de agua que analizar a posteriori.

Este tipo de operaciones son abordables de forma efectiva por plataformas del tipo UUV y planeadores submarinos y son de aplicación en aguas de pantanos que alimenten las redes hídricas urbanas y zonas de aguas continentales y oceánicas de especial sensibilidad ecológica.

Estudio y caracterización de la batimetría de los fondos en aguas continentales y oceánicas

Mediante la fusión de información de sensores de navegación y el uso de tecnología sonar se puede obtener con una resolución espacial aceptable información acerca de las características de los fondos marinos de forma versátil. Estos datos pueden ser de interés estratégico para varias aplicaciones o sectores como por ejemplo el sector de operaciones de instalación de infraestructuras offshore, empresas de ingeniería civil que realicen obras portuarias o costeras, empresas que realicen estudios de impacto ambiental y todas las operaciones afines.

Este tipo de aplicaciones es, dependiendo de la extensión del área a estudiar, abordable por vehículos ROV o UUV por igual. normalmente estas operaciones, cuando se trata de mapear o cartografiar en detalle amplias zonas son realizadas por UUV, y por el contrario, cuando se pretende obtener información detallada de un punto, zona o elemento concreto en el fondo marino se acude a la operación remota con visualización en tiempo real mediante el uso de ROV o plataformas híbridas.

Estudio de la composición y dinámica de los sedimentos tanto en lagos y pantanos como en zonas costeras y oceánicas

Mediante la adaptación de sistemas mecánicos.

Estudio de las corrientes marinas

Mediante la adaptación de sensores tipo DVL en vehículos se puede medir la velocidad del vehículo respecto al fondo marino al mismo tiempo que respecto a la lámina de agua, de este modo se pueden obtener datos que apoyan y mejoran la precisión de la navegación inercial de la plataforma así como datos al respecto de las corrientes que están afectando el recorrido de la plataforma. A través de campañas de operaciones se puede establecer la estacionalidad, recorrido y magnitud de las corrientes.

Este tipo de misiones son, dependiendo de su duración en el tiempo, abordadas mediante el uso de uuv o planeadores submarinos. el planeador submarino ofrece una operación mucho más dilatada en el tiempo que el uuv (puede llegar a operar durante más de un mes en el agua) recorriendo mayores distancias; de esta manera cuando se trata de caracterizar las corrientes de zonas determinadas por cortos períodos de tiempo (desde horas hasta como máximo dos o tres días) se acude al uso de uuv propulsados convencionalmente, para operaciones de mayor duración en el tiempo se acude al uso de planeadores submarinos que ofrecen esta posibilidad de forma flexible.

Detección de fenómenos geológicos

Mediante un sistema compuesto por un vehículo en superficie o moviéndose en profundidad (pero con la capacidad de emerger) y un dispositivo posicionado en el fondo marino, se pueden detectar fenómenos geológicos como terremotos o erupciones volcánicas submarinas y transmitir la información al respecto de la detección usando como link o nexo de unión entre el fondo marino y el sistema satélites o transmisión de datos en superficie un vehículo no tripulado.

Esta aplicación ha sido recientemente realizada en el océano pacífico por un grupo de científicos e investigadores del JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Science Technology) con el objetivo de detectar tsunamis mediante un dispositivo posicionado en el fondo del mar y transmitir la información al respecto de la velocidad, intensidad y dirección del tsunami al vehículo autónomo que así mismo en superficie transmite esta información a un centro de control y monitorización en tierra. (http://www.hydro-international.com/ news/id7320Acoustic_Link_for_realtime_tsunami_Monitoring_System_in_japan.HTML)

Aplicación de los vehículos aéreos no tripulados de tipología multirrotores a la hidrología

Aunque algunos de los sistemas requieren para aplicaciones hidrológicas la incorporación de sensores para análisis, se pueden realizar mediante sistemas aéreos aplicaciones tales como:

  • • Fotogravimetría
  • • Ortofoto
  • • Georeferenciación
  • • Topografía asi como estudio de cauces de rio, barrancos e inundación de zonas para análisis de desastres

Asimismo se realizan aplicaciones de contaminación mediante sensores embarcados tal como IR o multiespectral, en salidas de aguas residuales de fábricas a cauce de río pudiendo evaluar el impacto medioambiental, y la vigilancia sobre si las industrias poseen un sistema de tratamiento de aguas residuales.

 

Entrada: Aplicaciones hidrológicas para drones

Hugo Ramos Castro y José Carlos Montesinos

IXION Smart Automation