Autonoom hydrografisch onderzoek voertuig: SONBOT. Meetmethodes 3 FNT/PBA-VG-LAM/3A

Transcriptie

1 Paper Meetmethodes 3 Autonoom hydrografisch onderzoek voertuig: SONBOT Meetmethodes

2 Inhoudsopgave INLEIDING... 3 SONOBOT... 4 VISIETEKST... 8 BRONNEN

3 Inleiding Kleinere USV s ( unmanned surface vehicles), met als doel om de diepte te meten en de bodem te verkennen van havens en binnenwateren, zoals de SONOBOT, zijn in deze tijden niet meer te missen voor hydrografische onderzoeken. Deze USV s zijn heel aantrekkelijk aangezien ze autonoom of van op afstand bestuurbaar zijn. Ze kunnen uitgerust worden met radio- alsook met on-board dieptemeter, side-scan sonar en nog vele andere sensoren om waardevolle gegevens te verzamelen op vlak van de hydrografie. De SONOBOT is het resultaat van twee ondernemingen die de handen in elkaar sloegen om zo n autonoom hydrografisch onderzoeks-voertuig te maken. Dit met als doel om een licht en relatief betaalbaar voertuig te maken voor de industrie die zich toelegt op de hydrografie. Evologics kwam met het idee en zorgde voor de uitwerking, GEO-DV zorgde op zijn beurt voor de hardware en de software voor de besturing van de SONOBOT. Evologics is een bedrijf dat in het jaar 2000 opgericht werd door een aantal internationale wetenschappers en onderzoeks & ontwikkeling-experten. Deze high-tech onderneming, gevestigd in Duitsland, werd opgericht om innovatieve sleuteltechnologieën te ontwikkelen, zoals bijvoorbeeld de SONOBOT. Deze hedendaagse onderneming gaat ervanuit dat de natuur, in de loop van de miljoenen jaren van zijn bestaan, tot zijn meest efficiënte ontwerp gekomen is. Het blootleggen en onderzoeken van de elementen van de natuur, kan de mens enorm vooruit helpen in de ontwikkeling van nieuwe technologieën die zowel superieur alsook veilig zijn voor het milieu, we leren als het ware van de natuur. Zo is bijvoorbeeld de hydro-akoestische telemetrie gebaseerd op de communicatie van dolfijnen. GEO-DV is, in tegenstelling tot Evologics, een Duits ingenieursbureau voor data management en meten. Het bedrijf werd opgericht in 1991 en spitste zicht toe op de verkoop van hardware en software voor architecten en ingenieurs, zo ook voor de SONOBOT van Evologics. In het verdere verloop van deze paper zal u de SONOBOT uitgebreid leren kennen. 3

4 SONOBOT Evologics doel voor hun USV (de SONOBOT) is, zoals u in de inleiding kon lezen, een goedkope en effectieve oplossing bieden voor hydrografische metingen in ondiepe binnenwateren en in haven wateren. Maar wat zijn de specificaties van de SONOBOT die ons een antwoord kunnen bieden op al onze hydrografische problemen? De makers van de SONOBOT hebben ervoor gekozen om hun USV de vorm te geven van een twin-hull catamaran. Dit omdat deze vorm zorgt voor een grote stabiliteit alsook voor een groot laadvermogen, wat nodig is om alle hydrografische apparatuur mee te dragen. Aangezien de SONOBOT logischerwijs ten alle tijde boven water moet blijven is hij gemaakt uit heel licht, maar zéér stevig materiaal. Zo is de romp volledig vervaardigd uit koolstofvezel; dit heeft ook nog het grote voordeel dat het niet oxideert onder invloed van water en zuurstof, wat natuurlijk een zéér belangrijk element is voor een watervoertuig als deze USV. Een ander belangrijk element voor de keuze van de vorm van een catamaran is dat de USV gebruikt kan worden tot windsnelheden van 3 beaufort en golfcondities van 0,3 meter. Wat best wel spectaculair is voor een kleine USV als de SONOBOT. Maar deze condities volstaan natuurlijk enkel maar op rustigere waterlichamen zoals binnenwateren, havens, meren en aangrenzende kustwateren. Voor een betere gebruiksvriendelijkheid hebben de makers van de SONOBOT ervoor gekozen om het laadvermogen relatief beperkt te houden. Maar hierdoor heeft men er voor kunnen zorgen dat het totaalgewicht van de USV drastisch is afgenomen en dat de hele USV al bij al gemakkelijk in de koffer van een auto past; de SONOBOT is immers slechts 1,2 meter lang, 0,92 meter breed en heeft een hoogte van 0,5 meter. Er zijn dus geen omvangrijke opleggers of containers vereist wat een groot pluspunt is op basis van transporteerbaarheid. Het voertuig kan bijgevolg zelfs gemakkelijk opgetild worden door slechts één persoon (het totaal gewicht is slechts 30 kilogram)! Afbeelding 1: SONOBOT Evologics 4

5 De SONOBOT heeft natuurlijk ook heel wat hydrografische apparatuur aan boord om al zijn hydrografische taken te kunnen vervullen. Al deze apparaten zijn op een slimme manier gemonteerd op de USV zodat men eenvoudig en snel zonder technische ervaring of speciaal gereedschap alles kan (de)monteren. Hier wat meer informatie over de belangrijkste componenten van zijn uitrusting. Afbeelding 2: uitrusting SONOBOT Deze USV is uitgerust met een single-beam echosounder. Dit is een peiltoestel dat doormiddel van één enkel geluidssignaal, dat rechtstreeks naar de bodem gestuurd wordt, de diepte nauwkeurig (tot op 6 mm) kan bepalen tussen de echosounder en de bodem; dit zelfs in heel ondiep water (minimum 0,5 meter tot maximum 60 meter; indien tot 100 meter minder nauwkeurig). Door twee metingen per seconde uit te voeren (aan 4 km/u) kan de USV voldoende data verzamelen om een gedetailleerd diepteprofiel van het waterlichaam te maken. Door constant te meten terwijl de SONOBOT vaart, wordt er een diepteprofiel gecreëerd langs de vaarroute. Afhankelijk van de frequentie die de echosounder uitstuurt(meestal tussen de 80 en de 12O khz), kan het signaal gereflecteerd worden op verschillende lagen en dus op verschillende dieptes (lage frequenties dringen verder door in tegenstelling tot hoge frequenties). Hierdoor wordt vaak niet enkel de diepte gemeten, maar kunnen we ook informatie krijgen over de ondergrond. Indien we informatie willen bekomen over zowel de diepte als over de ondergrond zonder tot twee maal toe over hetzelfde gebied te moeten varen, kan er een echosounder genomen worden met een dubbele frequentie (een hoge en een lage). Een nadeel van de single-beam echosounder is echter dat we meerdere keren parallel moeten varen ten opzichte van de beginlijn indien we informatie willen over een bredere zone. Het grote voordeel van de single-beam echosounder is ongetwijfeld het feit dat deze zeer compact is en dus ideaal is om te installeren op een kleine USV zoals de SONOBOT. 5

6 De SONOBOT is ook uitgerust met een GPS-systeem, hierdoor kan de USV nauwkeurig zijn eigen positie bepalen alsook een positie schatten van het gemeten oppervlak onderwater. Eén van de volgende snufjes die meegedragen wordt is de side-scan sonar. Dit systeem heeft als doel om objecten in het water te vinden en te identificeren. Dit apparaat is een beeldsysteem dat schaduwen creëert van de bodem. Dit doormiddel van geluidsgolven uit te sturen naar de bodem. Dit zorgt ervoor dat hoogteverschillen (zoals: wrakken, onregelmatige bodem, zandbanken,..) op de bodem goed zichtbaar worden. De SONOBOT heeft ook een automatische piloot (waypoint gebaseerde navigatie), hierdoor kan de SONOBOT een op voorhand geprogrammeerde vaarroute volgen (=een missie). Deze missies kunnen gemaakt worden op geografische kaarten met een set van waypoints. Dit is heel handig, want zo weet je zeker dat alles wat je gemeten moet hebben ook daadwerkelijk gemeten zal zijn. Aan de oever kan tegelijkertijd via de onshore pc-software gecontroleerd worden als de USV daadwerkelijk correct aan het meten is. En natuurlijk is het ook mogelijk om de USV via een draadloze controller te besturen. Hiermee kan je de automatische piloot ook onderbreken. Aan de hand van de front-camera die geïnstalleerd wordt, is het heel eenvoudig om de SONOBOT vanop zelfs grote afstanden het juiste parcours af te laten leggen. Ook is het hierdoor mogelijk om te werken op plaatsen die moeilijk tot niet zichtbaar zijn vanop de kust en in moeilijk toegankelijke gebieden. Aan de hand van deze camera kan er ook controle gehouden worden tijdens de voorgeprogrammeerde missies van de USV. Op de wal wordt gewerkt met een draadloze LAN-station. Hierdoor kan men met een aangesloten pc real-time of achteraf de gemeten bathymetrische data zien. Dit station heeft een bereik tussen de 1,5 km en de 2 km tot de SONOBOT. Afbeelding 3: LAN-station SONOBOT 6

7 Alle data die de SONOBOT verzameld kan ook opgeslagen worden op de USV zelf, dit tot maximaal 32 GB, wat toch vrij beperkt is. Maar gelukkig kan er ook gekozen worden voor een optie waardoor je een maximaal geheugen hebt van 128 GB, maar dit heeft natuurlijk ook zijn prijskaartje. De SONOBOT is uitgerust met heel degelijke oplaadbare batterijen (14,8V Lithium Polymer), hij kan immers blijven meten tot wel 10 uur aan één stuk! De maximum snelheid waaraan deze USV zijn metingen kwaliteitsvol kan blijven uitvoeren is 4 km/u, aan deze voortbewegingssnelheid is er een evenwicht met de benodigde meetnauwkeurigheid. Dit betekent dus dat de SONOBOT tot 40 km kan afleggen (en meten) met slechts 1 batterij. Dit is natuurlijk heel gemakkelijk voor de gebruiker die niet moet zorgen voor voldoende batterijen voor slechts een kleine meting. Tijdens de meting kan aan wal de batterijstatus in het oog gehouden worden op een pcscherm. Na afloop van de meting, kunnen de accu s aan wal gemakkelijk opgeladen worden door de acculader aan de achterkant van de USV aan te sluiten. De voortstuwing van de USV van Evologics, wordt geregeld door zijn twee hydro-jet boegschroeven. Elke boegschroef is slechts 43 mm en wordt aangedreven door een 700W borstel-loze elektromotor. Hierdoor kan elke motor een stuwkracht ontwikkelen van minstens 100N. Aangezien de SONOBOT beschikt over twee hydro-jet boegschroeven kan hij een maximum snelheid van wel 13 km/u behalen. Dankzij deze twee flexibele jet thrusters, die ook de mogelijkheid bieden om de USV achteruit te laten varen, is de SONOBOT in staat om relatief snel, accuraat en vooral efficiënt manoeuvres uit te voeren en een gebied gecontroleerd te scannen en dus ook op te meten. 7

8 Visietekst Bij de aanvang van dit academiejaar moesten alle derdejaars studenten vastgoedlandmeetkunde twee keuzevakken kiezen die ze dit semester wouden volgen. Bij mij was de keuze al snel gemaakt: hydrografie. Alles omtrent water interesseert mij namelijk enorm! Reeds in het eerste jaar kregen we voor het opleidingsonderdeel meetmethodes 1 de opdracht om een paper te schrijven, toen al was ik de richting van de hydrografie uitgegaan (namelijk omtrent de hydrografie van de Schelde en het Sigma-plan ), en dit had mij warm gemaakt om nog meer te weten te komen over dit opleidingsonderdeel. Na een semester lang les gehad te hebben over deze materie, een bezoekje te brengen aan Intergeo in Hamburg en nu een paper te schrijven over de SONOBOT, ben ik er nog meer van overtuigd. Ik zie mij binnen enkele jaren al werken met deze, of een nieuwere versie, USV. Volgens mij zit hier namelijk veel toekomst in! Met het oog op de klimaatverandering door de opwarming van de aarde en het feit dat Vlaanderen zo goed als volgebouwd staat, neemt de kans op overstromingen in Vlaanderen drastisch toe. En logischerwijs moeten er hier dringend oplossingen voor gevonden worden! Met behulp van USV s zoals de SONOBOT is het mogelijke om snel en efficiënt diepteprofielen van rivieren, kanalen, meren, te maken om zo de buffercapaciteit van deze waterlichamen te bepalen. Aan de hand hiervan kunnen we te weten komen als dit volstaat indien er zich een ramp zou voordoen. Indien dit niet het geval zou zijn, iets waar we nu eigenlijk al zeker van zijn, kunnen we op de meest kritische plaatsen stappen ondernemen zoals bijvoorbeeld: baggeren, dijken ophogen, bufferzones aanleggen,. Ook met het oog op baggeren van havens kan de SONOBOT zijn nut bewijzen. Aangezien deze USV heel snel inzetbaar is, kan men snel en relatief goedkoop de meest kritische punten opsporen zonder een dure grotere boot in te zetten. Ook ter controle van gedane werken is de USV ideaal. Zo zijn er nog vele opdrachten die dit soort kleine USV s zoals de SONOBOT kunnen vervullen (controleren van leidingen onderwater, zoeken van objecten,..). En juist omdat er zo n verscheidenheid in opdrachten is, lijkt dit mij iets waar ik in de toekomst graag bezig zou met zijn. 8

9 Bronnen Evologics (2000). (geraadpleegd op ) GEO-DV (1991). (geraadpleegd op ) Wikipedia (2014). (laatst geraadpleegd op ) Evologics (2000). Product information guide (geraadpleegd op ) GEO-DV (1991). SONOBOT_booklet (geraadpleegd op ) 9