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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE TOPOGRAFÍA Y VIAS DE TRANSPORTE SECCIÓN I

TOPOGRAFIA II BATIMETRÍA 28/11/2011 1

ÍNDICE

INTRODUCCION .................................................................................................................................. 2

OBJETIVOS: ......................................................................................................................................... 3

BATIMETRÍA............................................................................................................................................ 4

DEFINICIÓN: ....................................................................................................................................... 4

Batimetría mediante Sonar Lateral .................................................................................................... 5

BATIMETRÍAS MEDIANTE SISTEMA MONOHAZ Y MULTIHAZ DE SONDEO POR ECO ................... 10

BATIMETRIA MEDIANTE SENSORES REMOTOS ................................................................................ 27

INSTRUMENTOS USADOS EN LA BATIMETRÍA: ................................................................................ 31

CONCLUSIONES: ............................................................................................................................... 50




INTRODUCCION

La batimetría representa la morfología o relieve del fondo marino, es el equivalente

submarino de la altimetría.

En topografía se entiende por batimetría como el levantamiento del relieve de

superficies subacuáticas, tanto los levantamientos del fondo del mar, como el fondo de

cursos de agua, de embalses, etc. Estos trabajos denominados también topografía

hidrográfica cartografía náutica, etc. La labor del topógrafo consiste en realizar el

levantamiento de los fondos, como si de un terreno seco se tratase. En general la

batimetría representa la morfología o relieve del fondo marino, es el equivalente

submarino de la altimetría.

El principal objetivo de la cartografía marina, es la obtención de cartas de

navegación, que es describir las características de la superficie subacuática para hacer

posible la navegación por terrenos invisibles.

Al igual que en levantamientos convencionales, en las batimetrías la finalidad será la

obtención de las coordenadas (X, Y, Z) de todos estos puntos. La parte más compleja y que

caracteriza a los diversos métodos de levantamientos batimétricos es la profundidad de un

punto se obtendrá midiendo la distancia vertical entre el nivel del agua y la superficie del

fondo. Se debe tener en cuenta una serie de correcciones como la corrección por marea.




OBJETIVOS:

El conocimiento del relieve submarino es sin duda de gran utilidad para proyectos

importantes. Como lo son los levantamientos del fondo del mar, del fondo de cursos de

agua, de embalses y otros.

El principal objetivo de la investigación del relieve submarino es la obtención de las cartas

batimétricas, el cual describe las características del relieve submarino. Esto es útil para la

ejecución la navegación así como también guiar como se debe desempeñar determinado

proyecto que implique el trabajo en el fondo marino.

El conocimiento del relieve submarino es sin duda de gran utilidad para proyectos

importantes. Como lo son los levantamientos del fondo del mar, del fondo de cursos de

agua, de embalses y otros.

El presente estudio nos ayuda a determinar la mejor ubicación, para cierta infraestructura

como por ejemplo las portuarias.

Es un apoyo necesario para las obras realizadas en terrenos sumergidos.

Como la construcción de diques, muelles, dragados, estudio en la capacidad de embalses,

etc.




BATIMETRÍA

DEFINICIÓN: La batimetría en la ciencia que estudia las profundidades submarinas, para poder

determinar la topografía del fondo del mar.

Las primeras técnicas usaban segmentos de longitud conocida de cable o cuerda pesada,

descolgadas por el lateral de un barco. La mayor limitación de esta técnica es que mide la

profundidad en un solo punto cada vez, por lo que es muy ineficiente. También es muy imprecisa, ya

que está sujeta a los movimientos del barco, las mareas, y las corrientes que puedan afectar al

cable.

Actualmente las mediciones son realizadas por un GPS diferencial para una posición exacta de un

buque, y se emplean mediciones exactas de la velocidad del sonido en el agua para calcular la

refracción de las ondas de sonido al atravesar capas de agua con distinta temperatura,

conductividad y presión; todo ello se va a un ordenador a bordo que procesa los datos, corrigiendo

cada uno de los factores, así como el ángulo de cada rayo individual.

Además para obtener la verdadera cota del punto levantado, se tomaran en cuenta los factores que

alteran, tales como lo son las mareas que son variaciones periódicos en la altura del nivel del mar,

debida a la atracción entre la luna y la tierra.

Para el conocimiento de la marea es imprescindible tomara en cuenta los siguientes factores:

- Nivel medio del mar: que se refiere a las cotas de la superficie.

- Nivel de bajamar escorada: altura de las mareas mientras dura la operación de sonda

Al final, de este conjunto de datos se consigue confeccionar la carta batimétrica.

Una carta batimétrica normalmente muestra el relieve del fondo o terreno con isobaticas, y puede

también dar información adicional de navegación en superficie.

Las cartas batimétricas han de incluir la forma y el contorno de las costas visibles desde el mar, la

situación de los puntos notables de la costa y el relieve submarino destacando las zonas

accidentadas y peligrosas para la navegación, e identificando las corrientes predominantes, la

naturaleza geológica de los fondos, la declinación magnética y su variación anual.

Ahora podemos conocer ciertos métodos batimétricos que se usan:

Métodos topográficos en batimetría:

1. Método de posicionamiento planimétrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Terreno

http://es.wikipedia.org/wiki/Navegaci%C3%B3n




2. Método de posicionamiento altimétrico

3. Método de posicionamiento en 3D

4. Batimetría fotogramétrica

5. Batimetría por procedimiento fotográfico

6. Batimetría mediante sonar lateral

7. Batimetría mediante laser

8. Batimetría mediante satélite

Batimetría mediante Sonar Lateral

Un método usado para la obtención de batimetrías es el sonar lateral, análogo al radar lateral. Los

sistemas de radar lateral de apertura sintética eran considerados por el ejército de los Estados

Unidos como materia reservada hasta el año 1970. Los sistemas de sonar se adaptan a las normas

de geometría de los radares laterales, por lo que actualmente tienen una gran aplicación en la

investigación técnico-cartográfica del fondo del mar.

El sonar lateral consiste en un emisor receptor de ondas acústicas que va instalado en un objeto

(fish) unido a la embarcación mediante un cable de acero, que, además de sujetarlo, permite la

transmisión de la información al barco. Las ondas reflejadas proporcionan una imagen en dos

dimensiones parecidas a la obtenida por el SAR, o a fotografías cuando el sol está bajo y detrás de la

cámara. Se puede hacer con varios barcos moviéndose en paralelo y así conseguir una carta

completa y continua. Su funcionamiento básico es como sigue:




1. El emisor lanza un impulso de microondas, que dibujado en sección por un plano

perpendicular al eje de la dirección de trayectoria, sería un arco de circunferencia con

centro en foco emisor, que avanzaría hacia el fondo a la velocidad de la luz en forma de

abanico. Aunque pueda parecer plano, no debemos olvidar que en realidad es un haz cónico

cuya base es esférica, ya que es un frente de onda esférico.

2. La onda alcanza un punto del fondo (P) que refleja parte del impulso emitido en la misma

dirección, pero en sentido contrario, es decir, lo devuelve de nuevo hacia la fuente emisora.

3. El frente de onda alcanza un punto T, mientras que la onda que fue reflejada por el fondo es

P’ y continua avanzando hacia la antena. El punto T, a su vez, dará una señal de retorno T’.

El equipo dispone de un conmutador transmisor y receptor que permite recibir la señal

reflejada en el terreno. Si la señal es positiva, es decir, devuelta por el objeto y recogida,

pasa al receptor. El receptor está conectado a un tubo de rayos catódicos en el que un haz

de electrones barriendo la pantalla produce un punto luminoso S de mayor o menor

luminosidad, según la intensidad de la señal recibida con la velocidad del medio de

transporte.

4. La señal reflejada por el punto del fondo (P) es captada por el receptor y la hace visible en la

pantalla, apareciendo en ella el punto P. También el punto T, que ha devuelto la señal,

aparecerá luminoso en la pantalla, por lo que se ve la imagen de dos puntos del terreno, P y

T. Como el medio de transporte sigue avanzando, iremos obteniendo la imagen de varios

puntos del terreno en el tubo de rayos catódicos, es decir se está obteniendo una imagen

de una franja de terreno. Esta secuencia sucede en muy poco tiempo y la onda emplea tan

solo una fracción de segundo en hacer su recorrido, por lo que la superficie de emisión y

recepción se puede considerar como un plano, ya que depende de la velocidad del medio

de transporte, de la distancia del foco al objeto y de la velocidad de propagación de la onda

en el medio.




Las principales formas de almacenamiento de imágenes son en película fotográfica y en cinta

magnética.

- Película fotográfica. Distinguiendo: a) Imagen bidimensional: en la práctica lo que se hace es

colocar un rollo de película paralelo al tubo de rayos sobre el cual el punto sólo recorrerá una y otra

vez la misma línea, y se hace pasar el carrete fotográfico a una velocidad proporcional a la velocidad

del medio de transporte. La película se impresionará con las distintas intensidades del punto

luminoso, con lo que obtendremos una secuencia continua del terreno. Estas imágenes pueden

obtenerse sobre la película de color con luz monocromática, o simplemente con película en blanco y

negro; b) Imagen tridimensional: si la señal de retorno la comparamos con otra señal de referencia

de impulsos constantes en el receptor, y la imagen resultante la recogemos sobre una película de

grano muy fino obtendremos lo que se denomina un Holograma Sonar. La imagen obtenida

presenta un aspecto grisáceo, más o menos uniforme, que desde luego no produce a simple vista la

impresión de ver el terreno como se suele ver en una fotografía. Aumentando la imagen se podrá

ver una serie de líneas paralelas llenas de puntos negros y de espacios en blanco irregularmente

distribuidos, que no son más que el resultado de las interferencias producidas por las ondas de

referencia sobre las de retorno del Sonar. Esta imagen sirve para obtener una imagen tridimensional

del terreno observado.




- Cinta magnética. La señal recogida y procesada por el receptor puede almacenarse en una cinta

magnética después de haber sido codificada. El proceso no es excesivamente complicado ni

requiere unos aparatos complejos. Además da la posibilidad de obtener la imagen sobre un tubo de

rayos catódicos.

Las imágenes en general, tienen una buena nitidez y dan una sensación de relieve espectacular,

como consecuencia de las sombras. Los objetos que tienen una elevación en el terreno con una

cierta diferencia respecto a los que se encuentran en su entorno aparecen muy definidos. Las

imágenes en blanco y negro tienen, en líneas generales, un aspecto más oscuro que las obtenidas

con emulsión de color. Abundan los grises (reflectores difusos) y la imagen es quizá menos luminosa

que una fotografía clásica. Destacan mucho los buenos reflectores sobre este fondo apagado.

Sin lugar a dudas, la imagen en color es mucho más luminosa. Las sombras destacan aún más sobre

el fondo de color, con lo que se tiene una mejor visión de las elevaciones. Estas imágenes en color

se obtienen utilizando luz monocromática, resultando así imágenes en rojo o verde, pero en las que

a veces aparece otro color como resultado de respuestas muy intensas. El sonar lateral ofrece la

posibilidad de inspeccionar el lecho marino entre perfiles. Pese a las múltiples características

favorables de este sistema, su empleo en batimetrías ha estado limitado por su incapacidad para

incorporar información cuantitativa de las profundidades.

El sonógrafo de barrido lateral calcula el nivel del eco como una función del rango del ángulo de

arrastre del equipo remolcado, dando por tanto, una imagen distorsionada del fondo marino. Esto

hace que la interpretación del gráfico del sonar sea costosa en tiempo y dinero.

El sónar de barrido lateral ofrece unos resultados útiles en áreas de lechos marinos compuestos por

materiales homogéneos, en tanto que en las zonas de materiales heterogéneos es de escasa

utilidad. Se trata, por tanto, de técnicas de trabajo complementarias en la ejecución de batimetrías.

En zonas con batimetría abrupta los gráficos de sónar ofrecen unas imágenes muy distorsionadas

del fondo marino. En tales áreas es muy difícil distinguir entre los efectos ocasionados por el barrido

lateral y los ocasionados por los materiales.




Batimetría mediante "WRELADS"

En Australia se ha usado para la ejecución de batimetrías el WRELADS (Weapon Research

Establishment Láser Depth Sounding). Es un sonar que funciona por medio de láser. Debido a sus

características especiales permite obtener una mayor profundidad y exactitud. Mide profundidades

de entre 2 y 30 metros con un error máximo de 1 metro. Su resolución es de 10 metros y se puede

llevar a bordo de un avión a 70 m/sg.

El láser emite en el espectro infrarrojo 1.064 nm, aunque también emite en verde. La radiación

infrarroja se decodifica mientras la verde aún está en el fondo marino. El infrarrojo se emite vertical

mientras que el verde se emite con un ángulo de 15 grados respecto a la vertical. Permitiendo así

conocer la profundidad al comparar ambas ondas. De noche se llega a alcanzar los 60 metros de

profundidad.

Usando el WRELADS desde avión, se determinan 268 x 70 metros cuadrados, mientras que con un

barco el mismo tiempo de trabajo sólo se consiguen 5 metros cuadrados. Esto explica el interés en

el uso de sensores remotos para determinar con rapidez un conjunto de mapas para la navegación

comercial.

Existe una versión que se ha usado en Canadá que utiliza al mismo tiempo láser e imágenes en color

de fotografía aérea. Los dos sistemas se consideran complementarios. Con las imágenes en color se

determinan los puntos de poca profundidad, con el láser las aguas profundas. De esta forma se

consigue un mapa del fondo del mar completo y con errores inferiores a 1 m.




BATIMETRÍAS MEDIANTE SISTEMA MONOHAZ Y MULTIHAZ DE SONDEO POR ECO

Sonda batimétrica Multihaz:

Esta sonda multihaz está diseñada para producir

mapas batimétricos digitales en zonas de estudio

muy amplias y hasta profundidades de 200 m. La

cobertura en cada pasada puede abarcar hasta

300 m de ancho. Los transductores emiten en

frecuencia de 250 Khz y a ritmo de 10 impulsos

por segundo, lo que genera una velocidad de

captura de puntos de sondeo de

aproximadamente 3.000 por segundo. La

resolución transversal es de 4,5 cm, excediendo

con mucho las especificaciones de los “Standards

for Hidrographic Surveys”(1998) marcadas por la

IHO (Organización Hidrografica Internacional).

El equipo multihaz permite garantizar el 100% de cobertura en el área

de sondeo, hasta 200 puntos de sonda por metro cuadrado. El formato

de entrega es múltiple, desde ASCII, TXT, XYZ, curvados bajo surfer,

terramoder, 3D , Microstation, Autocad. Según demanda.

El equipo consta de una estación de trabajo con un procesador

Pentium III. Los programas instalados permiten: el calibrado del

equipo, la adquisición de datos en tiempo real y generación de

mosaico parcial en tiempo real; corrección de datos y el posprocesado




de los mismos generando el modelo digital batimétrico 3D y el curvado clásico de isobatas. Este

equipo está conectado a un sensor-corrector de movimiento, un girocompás y a un GPS Diferencial,

en línea con el procesador central que corrige en tiempo real la señal procedente de los dos

transductores cerámicos.

3D extraído del sonar y superposición del mapa sobre ortofoto

Características de la sonda batimétrica multihaz Geoswath 250:

Frecuencia de sonar : 250 Khz

Profundidad máxima: 100 mts

Ancho de barrido máx.: 300 mts

Resolución horizontal: 1,5 cm.

Frecuencia de barrido: 10 impulsos/seg.

Otras características:

Corrección dinámica por compensador de oleaje, girocompás, sonda de velocidad

del sonido y GPSD

Adquisición en tiempo real de batimetrías y sónar de barrido lateral

Generación de mapas digitales en 3D del terreno

Una herramienta integral para la adquisición de datos y posterior procesado en el

estudio y cartografiado batimétrico.




Herramientas de gestión de los datos:

El programa de análisis de datos permite visualizar la totalidad

de la información con un claro componente geográfico. Ello será

desde los datos en tablas “x,y,z” a las múltiples

representaciones. También es posible el cálculo de volúmenes,

superficies, la generación de perfiles, etc.

GPS diferencial con función girocompás:

El GPS diferencial con girocompás permite

tomar la posición del barco con una

precisión centimétrica.

Sensor de movimiento:

En los trabajos de levantamientos

batimétricos no tiene sentido el uso de un

GPS y una sonda de precisión centimétrica

si después no se cuenta con un buen compensador de oleaje que elimine los errores de altura de ola

(error vertical) o los de la posición debido a los movimientos laterales del barco (cabeceo y

balanceo). En este pequeño




El ecosonda permite un muestreo, altamente densificado, de la topografía a lo largo de los

perfiles del levantamiento, pero no da ninguna información del lecho marino entre dichos

perfiles.

Para una cartografía de detalle se precisa una densificación de perfiles, de hasta uno

cada 25 metros, lo que supone un alto costo económico y de tiempo. La producción de

mapas a partir de estos datos precisa de personal especializado y de técnicas avanzadas de

interpolación.

El sonar de barrido lateral ofrece la posibilidad de inspeccionar el lecho marino entre

perfiles. Pese las múltiples características favorables del sonar de barrido lateral, el empleo

de esta técnica, en cartografía batimétrica, ha estado limitado por su incapacidad para

adoptar información cuantitativa de las profundidades, Como se ha comentado

anteriormente.

Las demandas de una cartografía de fondos marinos más fiable y precisa van en aumento.

Esto precisa una mayor densificación de perfiles de sondeo que la obtenida con las sondas

de eco convencionales. Habrá que emplear sistemas de cobertura de barrido con franjas

más anchas, a fin de mantener los costos de los levantamientos dentro de unos límites

razonables y también para conseguir el nivel requerido de detalle y de fiabilidad en los

mapas finales.

La tecnología actual hace posible disponer de sistemas de franja ancha con unas

dimensiones aceptables y dentro de unos límites razonables de costes. La Sonda de Eco

Multihaz puede reemplazar, en gran medida, a las sondas de eco de haz único y a las

técnicas de sonar de barrido lateral. Podrá disponer de una precisión comparable a la de la

sonda de eco de haz único, y no existirá la necesidad de realizar una inspección visual entre

perfiles de sondeo. El empleo de sistemas de franja ancha puede reducir los costos de los

levantamientos. El ahorro en tiempo del levantamiento, para una cobertura del 100%, en

http://www.codegravity.com/




comparación con la sonda de eco de haz único, es proporcional al número de haces y a su

apertura.

Además del ahorro en tiempo de levantamiento, también se reduce el uso razonable

de un sistema de proceso de mapas en tiempo real. Mediante el empleo de estas técnicas

se puede comprobar la calidad de los datos antes de abandonar la zona que se está

levantando. En comparación con los anteriores sistemas de franja ancha, las dimensiones

de los recién desarrollados sistemas de franja ancha son pequeñas. Esto hace posible su

instalación en barcos de cierto porte, lo que significa que el usuario puede incorporar estos

sistemas a los buques de levantamiento ya existentes.

BATIMETRÍA MEDIANTE SATÉLITES DE TELEDETECCIÓN

El uso de satélites en batimetría consiste en el empleo de satélites para realizar

mediciones batimétricas en aguas profundas. Se realiza mediante el estudio y medición del

geoide.

La medida se lleva a cabo mediante satélites capaces de medir su altura sobre la

superficie del mar, mediante la emisión de microondas que son devueltas con un

incremento en la longitud de onda proporcional a la altura. Así puede conocerse el nivel del

mar con un margen de error de unos 3 cm. La huella del haz de radar cubre varios

kilómetros de largo, de tal manera que se compensan las irregularidades provocadas por

vientos y corrientes.

Esta técnica de teledetección requiere conocer de forma exacta y permanente la

posición del satélite, lo cual se consigue por medio de láser y rastreo basado en el efecto

Doppler.

Los mapas obtenidos son filtrados para suprimir anomalías asociadas a variaciones

de densidad. De esta manera aumenta la resolución de la topografía, aunque ésta queda

siempre limitada por el gran tamaño efectivo de la huella del radar.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial

http://es.wikipedia.org/wiki/Batimetr%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial

http://es.wikipedia.org/wiki/Microonda

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Doppler

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Doppler

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Topograf%C3%ADa




EL ALTÍMETRO DEL SATÉLITE GEOSAT (operativo 8 meses entre 1985 y 1986)

Ha sido, probablemente, el más importante para la observación marina. La

desclasificación de los datos de ese satélite se produjo en 1995. A partir de ese año, el

grupo de Geodesia por satélite de la Universidad de California dirigido por David Sandwell,

se embarcó en un proyecto cuyo objetivo era la generación de batimetría detallada en todo

el globo.

Recopilando información antigua de sondas de barco junto con la información de los

satélites altimétricos GEOSAT y ERS-1 (Satélite de la Agencia Espacial Europea, lanzado en

Abril de 1994 y operativo hasta Marzo de 1995) es posible obtener vía Internet la

información batimétrica de cualquier lugar del mundo de forma gratuita y sobre una malla

aproximada de tres por 3 kilómetros, el resultado es un fichero ASCII latitud, longitud,

profundidad en el sistema de referencia GRS80. Cabe decir que la distancia media de los

perfiles obtenidos por el GEOSAT es de aproximadamente 4 kilómetros y la del ERS-1 de

aproximadamente 18 kilómetros en su fase geodésica.

GENERACIÓN DE LA BASE DE DATOS BATIMÉTRICA

Una vez se dispone de toda la información batimétrica digitalizada se debe

homogeneizar para obtener una base de datos única y común.

En nuestro caso la base de datos final es un fichero con las coordenadas X, Y,

profundidad y precisión en la medida de la profundidad.

Las coordenadas X,Y son coordenadas UTM en el sistema de referencia WGS84

(igual al GRS80 a nivel práctico) sobre el huso 31 extendido. La elección de este sistema de

referencia se centra en que la mayoría de la información se encuentra en el mismo,

únicamente 4 cartas náuticas están situadas en el sistema ED50, por lo que se han

transformado al WGS84.




En base a los errores esperados en la medición de la profundidad, tal como se veía

en el apartado anterior, se ha asignado un error de 2 metros en los puntos de las cartas

náuticas, de 10 metros en los puntos del mapa de la ZEEE, de 20 metros en los puntos de la

base de datos de la Universidad de California medidos y de 100 metros a los deducidos a

partir de la altimetría por satélite, estas precisiones quedan confirmadas en la validación de

los datos, en el apartado siguiente.

EL ALTÍMETRO DEL SATÉLITE LANDSAT

El sensor MSS del satélite Landsat se ha utilizado para la realización de batimetrías

en mares poco profundos.

Detecta la luz reflejada por la superficie del mar y el fondo marino. Se puede calcular

así la profundidad con pixeles de 80 metros de lado. Se ha utilizado para dos cosas, la

primera la Idealización de escollos, y la segunda la preparación de nuevos mapas de




profundidades. Cada imagen tiene 75.105 pixeles y cubre un área de 18.520 Kilómetros

cuadrados.

Obtener una imagen cuesta 25 segundos. Cada 18 días vuelve a pasar por el mismo

terreno, habiendo cubierto toda la tierra en esos días. Las bandas verdes y rojas, MSS 6 y 7

se usan para la delineación de los límites costeros.

Los métodos para conseguir la batimetría son más complicados que los que se usan

para conocer la altimetría. La reflectancia del agua y del fondo marino, es menor que la de

la tierra, lo que hace que se requieran datos de más bandas, que deben ser guardados en

cintas. El primer paso en las modificaciones consiste en introducir pixeles artificiales que

permitan hacer más notoria la diferencia entre distintos objetos.

Una de las grandes ventajas del LANDSAT es que su paso se repite cada 18 días, lo

que permite conocer muy bien el fondo marino, comparando las imágenes de una órbita

con la siguiente al conseguir conocer las variaciones de la penetración de las ondas en el

agua. Las imágenes se comparan pixel a pixel mediante ordenadores y proceso

semiautomático.

Para obtener finalmente la batimetría, se hacen gráficos analizando las

profundidades que da cada sensor. Mediante medias ponderadas se consigue la

profundidad aproximada, para luego pasar a modificar la profundidad mediante ecuaciones

por errores conocidos, obteniendo así la profundidad definitiva de cada punto.

Otro sistema de teledetección utilizado actualmente para batimetría es el satélite

francés SPOT. Lleva un sensor HRV-Alta Resolución Visible con cuatro canales.

Mediante los sensores de este satélite se consigue mejorar mucho la resolución, y el

factor estereoscópico aumenta mucho, lo que permite calcular mejor las profundidades.

Combina varias órbitas, su imagen no es vertical y posee una órbita de 60 Km. Mejora

bastante la resolución espacial respecto al TM de LANDSAT, debido principalmente al




tamaño menor de su órbita. Este método tiene una precisión inferior a los anteriores, pero

se puede utilizar a una escala mucho mayor y con un coste muy bajo.

Batimetría fotogramétrica

El uso de la fotogrametría ha permitido mejorar la precisión y aumentar la rapidez

en los levantamientos batimétricos. Su uso queda limitado a aguas muy profundas, siendo

esta variable (la profundidad) la principal limitación de este método.

Comparada con la fotogrametría terrestre, la fotogrametría batimétrica exige la

aplicación de correcciones teniendo en cuenta factores tales como las mareas, el índice de

refracción del agua, la presencia de algas, la salinidad, el plancton, la temperatura del agua,

etc. Tiene la ventaja de que permite tener un número mayor de curvas de nivel por lo que

el fondo queda mejor definido.

Los trabajos realizados en la costa sur de Puerto Rico permitieron concluir que el

solapado óptimo de las fotografías es del 65% al 70%. Con este solapado y en zonas

cercanas a la costa, se ha obtenido un error en la determinación de la profundidad menor

del 2%.

Batimetría por procedimientos fotográficos




Este método es aplicable en aguas poco profundas. Consiste en estudiar las variables

del espectro visible en imágenes obtenidas desde aeroplanos y satélites. Las fotografías se

realizan con películas capaces de producir un alto contraste cromático.

Con un conjunto de varias imágenes del mismo sitio, tomadas en diferentes días,

bajo diversas condiciones, podemos combinar las variables temporales de las imágenes

(que dependen del momento en que se toma la fotografía, tales como nubes,

sedimentos,…) y sacar un promedio, con lo que resaltaremos las características estables del

fondo.

Las imágenes de los sucesivos vuelos de la misma zona se digitalizan y se fisionan

estadísticamente. Finalmente se obtiene una imagen sintética como mezcla de las distintas

bandas y en ella se correlaciona claridad-profundidad.

Las fotografías aéreas también nos dan una idea clara del posible acceso a una costa

que no se conoce, así como: las rutas más convenientes, la existencia de islas, arrecifes;

lugares más convenientes para efectuar desembarcos; caminos, sendas próximas a la costa,

etc.

FOTOS AÉREAS




a) Método de posicionamiento planimétrico:

El levantamiento topográfico de las costas realizado desde tierra se realiza como cualquier trabajo

topográfico, pero para determinar la posición planimétrico de un punto marino, cuya profundidad

queremos medir es necesario recurrir a diversos métodos especiales.

El problema que se presenta en este tipo de levantamientos es el de guiar correctamente a la

embarcación a través del perfil elegido.

Dentro de el perfil elegido se deberá determinar las coordenadas (X, Y) de los puntos en los que se

mide la profundidad.

A continuación presentaremos diversos métodos para determinar coordenadas (X, Y) de puntos

submarinos, estos han ido evolucionando a través del tiempo.

1) Métodos Directos:

Es uno de los métodos más básicos y se usa con poca precisión. Se fundamenta en la materialización

de una alineación por medio de una cuerda atada a cada extremo de la orilla, teniendo una

distancia conocida. Se coloca el buque en cada marca de la cuerda y se determina la profundidad.

Esta limitada por las dimensiones de trabajos y la precisión requerida.




2) Métodos Ópticos:

Consiste en medir con el uso del sextante, el ángulo que forma en el punto dos referencias

conocidas y así deducir la posición del buque por intersección inversa (método de resección o

Pothenot).Este método se obtiene una precisión de 3-5m, siendo un sistema poco costoso, pero en

el cual se realiza cálculos matemáticos.

SEXTANTE METODO DE RESECCIÓN




3) Radiación:

Se realiza con el uso de una estación total situado en un punto de coordenadas conocida, y que se

ha orientado a otro punto de coordenadas también conocidas. La cabeza del perfil se replantea

previamente. El barco va recorriendo el perfil y se van observando los puntos de la embarcación

desde los que a su vez se sondea la profundidad. La observación se realiza con la estación total

tomando ángulos horizontales, cenitales y distancias para poder calcular las coordenadas de dichos

puntos posteriormente.

El prisma se ubica en la embarcación, siendo este el principal problema pues el oleaje provoca

bruscos movimientos en la embarcación lo cual genera perdidas de señal en la estación.

4) Bisección:

En tierra se estacionan dos teodolitos sobre dos puntos de coordenadas conocidas y se orientan los

equipos visando a puntos también conocidos por intersección directa (bisección) se determinara la

posición del punto visado en la embarcación.

Se necesitan dos teodolitos con sus operarios. La toma de datos en cada perfil se realiza desde dos

de bases: una (B1), generalmente coincidente con la propia del perfil y otra (B2) desde la cual se

intercepta la dirección del perfil posicionando el barco. La precisión de este método dependerá de

varios factores como son:

La visibilidad, factor que siempre será un inconveniente importante a tener

en cuenta.

El error angular del aparato.

La sincronización entre los operadores

La geometría de la figura de intersección, que dependerá en gran medida

de la buena elección de las bases.




5) Metodología GPS:

Los equipos GPS han hecho posible la aplicación de las observaciones a satélites en la determinación

de la posición de puntos en la superficie terrestre o en embarcaciones. Los escasos tiempos de

observaciones que se requieren permiten alcanzar elevadas precisiones, evitando la excesiva

influencia del movimiento de la embarcación.

Para la realización de batimetrías utilizaremos el método diferencial en tiempo real, es decir,

dispondremos de nuestra posición precisa en el instante de medición. Esto es posible gracias a un

radio enlace entre la estación de referencia y el equipo móvil que va instalado en la embarcación.

La precisión que se puede obtener en la posición está condicionada por el tipo de observable que

utilicemos, es decir, código o fase. Esta precisión va a ser la que determine nuestra metodología de

trabajo.

Antes de continuar expondremos las dos tareas que tienen que cumplir un sistema para

levantamiento batimétrico:

Navegación, es decir, el sistema debe de ser capaz de indicarnos que

camino debemos de seguir para no crear zonas de solapes indeseados, o

bien, que nos indique por donde debemos llevar la embarcación por unos

perfiles predeterminados.

Sincronización de los datos recibidos por el instrumento de medidas de

profundidades (en nuestro caso, ecosonda) y por el instrumento que nos

indica planimétricamente, donde se ha producido esta medida de

profundidad (GPS).




METODO DE POSICIONAMIENTO ALTIMETRICO

La determinación altimétrica consiste en determinar la cota de los puntos mediante la distancia

vertical existente entre la superficie del agua y el punto en el fondo.

Para determinar la cota del punto en el fondo previamente se debe haber ubicado un punto en

tierra con cota conocida llamado origen altimétrico respecto al cual se determina la cota de la

superficie del agua .

A la determinación altimétrica del relieve submarino se le llama sondar; un perfecto conocimiento

del relieve submarino exige un alto numero de puntos sondados sistemáticamente espaciados, las

zonas que queden sin sondar se han de considerar linealmente crecientes entre dos puntos de

profundidad determinada.

Cuando se trabaja sondeo por perfiles se usan generalmente dos sistemas para llevar a cabo el

sondeo:

Por líneas rectas paralelas

Por líneas radiales

Por líneas rectas paralelas.- Suelen presentar direcciones normales a la costa, la utilización de

perfiles paralelos es tiene el inconveniente de ocultar información entre líneas para reducir la

perdida de información se realizan perfiles transversales cada cierta distancia dependiendo la escala

del levantamiento.




Por líneas radiales.- Se empleara en aquellos lugares donde el perfil de costa cambie drásticamente

de dirección y alrededor de islas de pequeña dimensión o algún punto sobresaliente de la costa.

Este método implica la localización de un teodolito y se toman medidas a intervalos de 5 o 10

grados también se deberá colocar una boya a unos 200 m del teodolito formando asi una especie de

abanico horizontal.

Boya con

plomada

Escarpia de estudio

topografico




Es de vital importancia que la embarcación no sufra desviaciones con respecto al rumbo de

navegación diseñado si esto sucede se rompe la uniformidad del levantamiento; el control del

rumbo se obtiene de diferentes formas:

Manteniendo el rumbo fijo con una brújula

Señalizando los extremos de un perfil en tierra manteniendo lo mas alineado posible

Materializando la línea con un laser o con un teodolito desde tierra

Mediante el sistema de radiobalizas manteniendo un arco de radio constante de distancias

grandes para q se pueda confundir la cuerda con el arco.

Mediante el sonar, la medida de la profundidad es continua a lo largo de la línea que sigue la

embarcación pudiéndose obtener bien un registro grafico o magnético. Para correlacionar este

registro con las planimetrías se efectúan marcas para indicar el momento en que se realizan las

mediciones horizontales.

Para realizar el sondeo se han usado diferentes equipos como:

Escandallo

Sondas mecánicas

Sondas eléctricas

Sondas acústicas

Sondas ultrasónicas

ESCANDALLO SONDAS ULTRASONICAS




BATIMETRIA MEDIANTE SENSORES REMOTOS La ejecución de batimetrías mediante sensores remotos es el campo que en mayor medida y más

rápidamente se ha desarrollado recientemente. Se trata de sistemas con aplicaciones en

condiciones puntuales. No obstante, las precisiones que se obtienen por los diferentes métodos no

son, en general, elevadas, por lo que los objetivos marcados en la actualidad en los estudios en

desarrollo apuntan precisamente hacia su mejora.

Batimetrías mediante métodos fotogramétricos.

Después de los métodos tradicionales, es la solución más utilizada. Muchas veces se prescinde de la

utilización de este método, a causa de que sólo se puede utilizar en aguas limpias y hasta ciertas

profundidades. Sin embargo, son métodos de gran utilidad para la elaboración de mapas

batimétricos de zonas poco profundas.

Para la restitución, se requiere que las fotografías

tomadas tengan una cierta verticalidad con

respecto al fondo marino. Con el empleo de

técnicas fotogramétricas de precisión podemos

lograr esta verticalidad, e incluso muchas veces será

suficiente el empleo de modelos estereoscópicos

simples para la determinación del relieve

batimétrico alrededor de las islas. En zonas alejadas

de costa, es preciso solapar las fotografías para

cubrir las zonas que se encuentran

Entre los puntos del fondo que cumplen la

verticalidad requerida.

La principal diferencia entre la fotogrametría

terrestre y la fotogrametría batimétrica estriba en la

trayectoria de los rayos de luz debido al medio que

atraviesan.

En fotogrametría terrestre el rayo tiene una

corrección debido a la atmósfera, denominada

corrección de refracción atmosférica; en

fotogrametría batimétrica el




rayo atraviesa también el agua, por lo que para la elección de los puntos de una aereotriangulación

debemos de tener en cuenta los efectos de refracción y difracción. Como efectos de menor

importancia se tiene el del oleaje, la salinidad del agua, la presencia de

algas o plancton, la temperatura del agua, etc. El punto sumergido elegido se ve en una posición

aparente. Para que todos los puntos elegidos sean teóricamente correctos para una

aereotriangulación, caso típico en fotogrametría batimétrica, por la dificultad de dar puntos de

apoyo en el agua, tendremos que introducir unas correcciones a fin de obtener la posición real del

punto sumergido.

Métodos Ópticos.

Estos métodos se basan en el estudio de las imágenes obtenidas mediante un sistema óptico. Así

pues, deberán combinarse distintos filtros a fin de obtener varias bandas del espectro, distintos

brillos... En estos métodos será fundamental una buena calibración según su banda o brillo y

resultan de aplicación en trabajos de gran extensión y con buenas condiciones de trabajo en cuanto

se refiere a visibilidad.

Aproximación Multiespectral.

Básicamente el método consiste en determinar el coeficiente de extinción óptica de una columna de

agua mediante la medida del brillo aparente de puntos idénticos en dos fotografías distintas

filtradas de modo especial, una en rojo y otra en verde. La magnitud de los brillos depende de los

sedimentos o partículas suspendidas en el agua, ya que éstos hacen que la luz llegue al fondo

difuminada. Si existen estas partículas, el brillo será distinto al que daría un mismo punto en el caso

de que el agua fuera transparente.




La profundidad de las aguas se determina comparando los brillos en las dos bandas conocidas de

color de transmisión del agua. Los resultados, con una precisión de alrededor del 10% para

profundidades de unos seis metros, son archivados sobre unos fondos homogéneos de arena de

tipo similar a las playas sobrevoladas y se usan en la calibración de los brillos.

El problema que presenta esta técnica, y, por tanto, la limita, es que sólo se puede utilizar en mares

en calma y en aguas relativamente claras, cielos despejados y para ángulos de incidencia solar de

entre 30 y 55°. En las zonas donde la penetración de la luz no es buena, se pueden conseguir datos

con una técnica de fotografiado multiespectral, con un número de bandas mayor y siendo estas

bandas espectrales más estrechas que las normales. Se suele usar en conjunto con un

espectroradiómetro sumergido en el mismo lugar. De forma simple, el concepto se reduce a

seleccionar la banda más adecuada, es decir, la porción de espectro electromagnético entre el azul y

el amarillo, para lograr así la máxima profundidad de penetración según las condiciones del agua,

determinadas por la medida de la atenuación espectral en el agua.

Fusionado de Imágenes Temporales.

Se trata de otra modalidad dentro de los métodos multiespectrales. Nace de una aproximación

multiespectral denominada fusionado de imágenes temporales estáticas (Statical temporal image

merging).

El método se basa en el estudio de un conjunto de varias imágenes del mismo lugar. Estas deben de

estar tomadas en diferentes días y bajo diversas condiciones. Así se combinan las variables

temporales de las imágenes, es decir, las nubes, partículas suspendidas en el agua, etc,... y de este

modo podemos obtener un promedio de las imágenes, con lo que resaltaremos las

características estables en el fondo, ya que éstas no han variado.

Esta aproximación se puede combinar con el uso de filtros de interferencia de bandas estrechas (de

Ingeniería del Agua. Vol. 2 Num.Extraordinario

(Abril 1995) p. 195 alrededor de 20 nm.) a lo largo del rango posible de longitudes de onda que

penetran en el agua. Las bandas deben elegirse de acuerdo a la transmisión selectiva de las aguas

costeras y turbias, teniendo en cuenta que el uso de las bandas estrechas eliminan la redundancia

espectral permitida por los filtros con anchura de banda mayor. Así pues, incluso sin el

conocimiento previo de las características y profundidad de la columna de agua, se puede elegir

bandas óptimas para la toma de imágenes según el día.

Para obtener el calibrado de la profundidad de cada imagen inicialmente cada armazón obtenido de

la película expuesta sobre el agua muestra una determinada claridad en relación a la profundiad.

Luego se comparan con los patrones de imágenes de batimetría obtenidas previamente por




sondeos, es decir, mediante métodos tradicionales, por lo que se ve la profundidad de penetración

según la longitud de onda.

Con todas estas consideraciones, una imagen sintética se obtiene como una mezcla de bandas

umbrales selectivas, tomadas simultáneamente para producir una imagen óptima en la fusión de

estas imágenes temporales. Estas imágenes se combinan cuidadosamente y se calibra la

profundidad. Todo este proceso se realiza mediante una digitalización de las imágenes, logrando así,

mediante un programa de ordenador que fusiona estadísticamente, estos datos digitalizados

obtenidos en sucesivos vuelos sobre la misma zona, el contorno del mapa completo, ya que el

programa calcula superficies por técnicas de regresión lineal y después dentro del dicho mapa.

Batimetrías mediante satélite LANDSAT.

El sensor MSS delsatélite Landsat se ha utilizado para la realización de batimetrías en mares poco

profundos.

Detecta la luz reflejada por la superficie del mar y el fondo marino. Se puede calcular así la

profundidad con pixeles de 80 metros de lado. Se ha utilizado para dos cosas, la primera la

Idealización de escollos, y la segunda la preparación de nuevos mapas de profundidades. Cada

imagen tiene 75.105 pixeles y cubre un área de 18.520 Kilómetros cuadrados.

Obtener una imagen cuesta 25 segundos. Cada 18 días vuelve a pasar por el mismo terreno,

habiendo cubierto toda la tierra en esos días. Las bandas verdes y rojas, MSS 6 y 7 se usan para la

delineación de los límites costeros.

Los métodos para conseguir la batimetría son más complicados que los que se usan para conocer la

altimetría. La reflectancia del agua y del fondo marino, es menor que la de la tierra, lo que hace que

se requieran datos de más bandas, que deben ser guardados en cintas.

El primer paso en las modificaciones consiste en introducir pixeles artificiales que permitan hacer

más notoria la diferencia entre distintos objetos.

Una de las grandes ventajas del LANDSAT es que su paso se repite cada 18 días, lo que permite

conocer muy bien el fondo marino, comparando las imágenes de una órbita con la siguiente al

conseguir conocer las variaciones de la penetración de las ondas en el agua.

Las imágenes se comparan pixel a pixel mediante ordenadores y proceso semiautomático.

Para obtener finalmente la batimetría, se hacen gráficos analizando las profundidades que da cada

sensor. Mediante medias ponderadas se consigue la profundidad aproximada, para luego pasar a

modificar la profundidad mediante ecuaciones por errores conocidos, obteniendo así la profundidad

definitiva de cada punto.




Otro sistema de teledetección utilizado actualmente para batimetría es el satélite francés SPOT.

Lleva un sensor HRV (Alta Resolución Visible) con cuatro canales.

Mediante los sensores de este satélite se consigue mejorar mucho la resolución, y el factor

estereoscópico aumenta mucho, lo que permite calcular mejor las profundidades. Combina varias

órbitas, su imagen no es vertical y posee una órbita de 60 Km. Mejora bastante la resolución

espacial respecto al TM de LANDSAT, debido principalmente al tamaño menor de su órbita. Este

método tiene una precisión inferior a los anteriores, pero se puede utilizar a una escala mucho

mayor y con un coste muy bajo.

INSTRUMENTOS USADOS EN LA BATIMETRÍA:

MUESTRADOR TIPO KAJAK

Consiste en un tubo de muestreo que penetra en el sedimento, una válvula superior

el cual se cierra cuando el muestreador es recuperado y evita de esta manera la pérdida del

material colectado, esta válvula pueden ser operador ya sea por un mensajero enviado

desde superficie o bien por la fuerza de tracción ejercida sobre el muestreador cuando se le

saca del sedimento.




El tubo muestreador cuenta con un cilindro bisel cortador que facilita la penetración

en el sedimento. También tienen pesos

suplementarios, por lo general ubicados en la parte

superior del equipo para aumentar la profundidad de

penetración que ayudan a la penetración del

muestreador.

El tubo puede estar construido en bronce, acero

inoxidable o aun acrílico.

Algunos modelos de muestreador cuentan con

una segunda válvula tipo cascara de naranja en el

extremo inferior del tubo, la cual permite la entrada de

material pero no su salida y que es particularmente

apropiada para sedimentos arenosos.

DRAGAS

Consisten en un par de cucharas articuladas que al cerrarse (una vez que la daga

haya tomado contacto con el fondo) recogen una parte más o menos superficial del

sedimento y de los organismos bentónicos (marinos)

Las dragas gracias a su facilidad de uso y a las cantidades relativamente grandes de

muestra obtenida, son ideales para el estudio de organismos medianos o grandes y para el

análisis de contaminantes recientes.

VENTAJAS

Se utilizan para estudios de sedimentos superficiales y para obtener organismos

bentónicos

Son muy sencillas y requieren de poco mantenimiento

Permiten el muestreo de cantidades relativamente grandes de sedimento

Partes de un muestrador

tipo kajak




DESVENTAJAS

No conservan la estructura original de los sedimentos

Los sedimentos finos pueden ser lavados durante el ascenso del equipo

La profundidad de penetración en el sedimento es por lo general baja

Se han construido varios díselos diferentes de dragas, cuya utilidad depende en buena

medida del tipo de fondo a muestrear.

DRAGA TIPO PETERSEN

La draga de Petersen consiste en un par de pesadas cucharas semicilíndricas

provistas cada una de un brazo metálico articulado y acoplado entre sí Por un medio eje.

Unos pesos auxiliares pueden ser agregados a las cucharas de manera de mejorar la

penetración de la draga en los sustratos más duros

Cuando la draga es descendida, las cucharas permanecen abiertas ya sea mediante

una barra de apertura o bien por un gancho que mantiene al instrumento en la posición

“abierta” a través de de cadenas; en ambos casos, estos mecanismos son parte del

dispositivo de disparo o cierre de la draga.

La ubicación de la barra está ubicada entre los brazos de la draga; en el momento de

impacto la draga con el sustrato, los brazos se aflojan y la barra se suelta quedando libres

las cucharas para cerrarse el cierre se produce cuando la draga es izada, este movimiento

tira de los brazos articulados a ambas cucharas y acerca a estas entre sí.




La draga de Petersen es adecuada para obtención de materiales de fondo duros,

tales como la arena, gravas y arcillas duras.

DRAGA VAN VEEN




En las dragas tipo Van Veen, a diferencia de las tipo Petersen, la fuerza para el cierre

es proporcionada por la acción tipo pinzas de dos largos brazos, uno paraca cuchara a los

cuales está unido el cable de izado. Este método permite ejercer mayores fuerzas y mejorar

la penetración de la draga en el sedimento

Al igual que las dragas Petersen el peso de la draga puede incrementarse agregando

pesos suplementarios. Los mecanismos de disparo por su parte consisten al igual que las

dragas Petersen, ya sea en una barra de apertura o bien en un gancho de suelta.

Existen diferentes modelos de dragas van Veen y sus principales diferencias están

referidas a los mecanismos implicados en el cierre de los brazos. En uno de los diseños se

usan cadenas separadas para cada brazo, en otro diseño, que proporciona un mayor

palanqueo para el cerrado de la draga, se usa un único cable cerrado en un anillo o lazo que

corre sobre roldanas ubicadas en los extremos de cada brazo.

Las dragas tipo Van Veen son adecuadas para la obtención de materiales de tanto de

fondos duros como blandos, tales como gravas, gránulos, arenas y limo arcillas. Su

profundidad de penetración es mayor que las de dragas tipo Petersen.

Si este u otro modelo de

draga retorna a la superficie




parcialmente abierta, la muestra debe ser descartada, ya que se debe asumirse que todo o

parte del contenido se ha lavado durante el ascenso.

Operación de una draga Van Veen

ESTACIÓN TOTAL

La Estación Total es un instrumento topográfico de última

generación, que integra en un solo equipo medición electrónica de

distancias y ángulos, comunicaciones internas que permiten la

transferencia de datos a un procesador interno o externo y que es

capaz de realizar múltiples tareas de medición, guardando los de

datos y realizando los cálculos en tiempo real.

Una estación total posee básicamente 3 componentes:

Mecánico: el limbo, los ejes y tornillos, el nivel, la base nivelante.

Óptico: el anteojo y la plomada óptica

Electrónico: el distanciómetro, los lectores de limbos, el software y la memoria

Los componentes óptico y mecánico no difieren de los que llevan los teodolitos y

taquímetros clásicos de uso en topografía.




La gran ventaja de la Estación Total es la componente electrónica constituido por un

teodolito electrónico unido solidariamente con un distancio metro, estos a su vez llevan en

su interior una libreta electrónica y un microprocesador, el cual le permite registrar los

datos de campo obviando la libreta tradicional, así como compensar y procesar los datos

obtenidos para registrarlos en un archivo de su memoria ;en cuanto a la memoria interna

para almacenar datos de campo, que la hace más versátil y rápida que los instrumentos

clásicos.

COMPONENTES DE LA ESTACIÓN TOTAL

El Componente Mecánico.

Mecánicamente tenemos 3 ejes de movimiento, que generan tres planos al producirse la

rotación en torno a ellos:

: Se encuentra en el anteojo. Pasa por su centro y lo atraviesa longitudinalmente.

Es perpendicular a su vez al eje secundario.

EL COMPONENTE ÓPTICO

El anteojo de la Estación Total está basado en el principio del anteojo astronómico.

Su función es la de poder hacer punterías a objetos o referencias para definir direcciones

con precisión.

Estos son sus principales componentes:

http://www.jcminstrumental.netfirms.com/anteojo.htm

http://www.jcminstrumental.netfirms.com/anteojo.htm




Objetivo

Lo forman dos o más lentes, con la finalidad de formar una imagen real e invertida

del objeto.

Ocular

Son dos lentes que tienen como función principal la amplificación de las imágenes.

También llevan acoplados unos prismas que invierten de nuevo la imagen para ser vista en

posición normal. Otra función es la de enfocar el retículo.

Retículo

Es una especie de diafragma situado en el tubo ocular donde está grabada la cruz

filar. Esta cruz es la que permite hacer punterías con precisión.

La imagen superior nos muestra la visión que se tiene a través del anteojo cuando hace una

correcta puntería con la cruz filar hacia un prisma.

Montura

Lo forman tres tubos, donde van montados el ocular y el objetivo, y que además

llevan un engranaje que permite alargar o acortar el anteojo para enfocar correctamente.

La plomada

Es un dispositivo que va incorporado en la base nivelante de

la estación, nos permite situar o estacionar el aparato exactamente

sobre el punto que queramos.

La plomada está materializada por un rayo óptico que tiene la

dirección de la línea de la plomada, o vertical, de manera que a

través de un pequeño anteojo podemos ver el punto de estación y

centrar el instrumento.




Esta línea también puede materializarse mediante un rayo láser (plomada laser), que

tiene la ventaja de permitir el el centrado a simple vista, sin lentes o prismas de por medio,

aunque también sin aumentos.

APLICACIONES:

Permite medir ángulos horizontales y verticales así como distancias inclinadas; su

procesador interno le permite calcular y mostrarnos inmediatamente la proyección

horizontal y vertical de la distancia medida; así como las coordenadas de los puntos

medidos, dependiendo del caso.

Permite medir y calcular la altura de ciertas estructuras así como replantear puntos

en el terreno con gran precisión.

GPS DIFERENCIAL

RESEÑA HISTÓRICA

El sistema de posicionamiento por satélite (Global Position System o GPS) fue creado

en los Estados Unidos en los años 70, inicialmente con fines militares, si bien en seguida se

puso de manifiesto su utilidad para la navegación civil, cartografía y obra civil, o los estudios

científicos entre otras muchas aplicaciones. De este modo, en los 90 su uso era ya

prácticamente generalizado en todo el mundo, y en esta última década ha experimentado

de nuevo un importante avance gracias a la mejora de su resolución (reducción del error)

con el empleo de la configuración GPS diferencial (DGPS)

FUNCIONAMIENTO

El posicionamiento mediante GPS está basado en una constelación de 24 satélites

que orbitan en trayectorias casi invariables alrededor de la Tierra, distribuidos sobre 6

órbitas planas (con 4 satélites en cada órbita), espaciadas entre sí 60 grados, de modo que

desde cualquier punto de la Tierra son visibles en todo momento al menos 5 satélites.




Sistema GPS compuesto de 24 satélites.

Un receptor GPS, situado por ejemplo en la superficie terrestre, emplea la señal de

estos satélites para localizar su posición. El sistema de referencia respecto al cual se expresa

dicha posición es un elipsoide (forma geométrica perfectamente regular), el cual se ha de

aproximar lo más posible a la forma de la superficie del globo terrestre. A partir de este

primer posicionamiento, la posición de un punto en la Tierra también puede proyectarse

para localizarlo respecto al sistema de referencia local que se desee. Se han definido más de

20 elipsoides de referencia, pero ninguno de ellos se ajusta perfectamente a la forma de la

Tierra en toda su superficie. Si empleamos por ejemplo el ETRS89 (sistema de referencia

europeo), basado en el Datum europeo ED50, el elipsoide se hace tangente a la región

europea de la Tierra con mínimas deformaciones, pero en el resto de zonas las

deformaciones son muy acusadas. Por su parte, el elipsoide WGS84, definido en 1984, se

ajusta muy bien en el área de Estados Unidos y por ello fue empleado como base para

posicionamiento del sistema GPS implantado por Estados Unidos y por defecto para la

mayoría de aplicaciones a escala global.




Parámetros que definen el elipsoide WGS84 (Dana, 1994).

Para definir la posición de un punto se emplean diferentes sistemas de coordenadas, los

cuales se proyectan sobre el elipsoide elegido. El sistema de coordenadas más utilizado es

el Universal Transversal de Mercator (Universal Transverse Mercator, UTM), que está

basado en la proyección geográfica transversal de Mercator, Tangente a un meridiano.

La exactitud en la posición obtenida mediante un GPS ha mejorado mucho en la

última década, pero aun es del orden de varios metros, debido a que existen diversas

fuentes de error (Dana, 1997, Wanninger, 1995), como son:

a) La disponibilidad selectiva, error del sistema introducido por USA en 1990.

b) Los errores orbitales, provocados por la variación lenta de la posición de los satélites.

Mapa de las zonas de sistema de coordenadas UTM (Dana, 1994).




c) El retardo ionosférico, provocado por los electrones libres en la atmósfera, que

originan que el código se retrase mientras que la fase se adelante en la misma cantidad

de tiempo.

d) El retardo troposférico, provocado por gases secos y vapor de agua en la atmosfera.

e) El ruido del receptor y error del reloj del satélite, que dependen del equipo receptor

utilizado.

Para reducir los errores en la localización

obtenido con el sistema GPS convencional, se emplea

la configuración o sistema GPS diferencial (DGPS).

Dicha

configuración

se basa en

emplear

simultáneamente dos receptores GPS, próximos entre

si y por tanto, afectados por los mismos errores. El

primero de ellos, o receptor “base”, ha de estar fijo

en un vértice geodésico o punto de coordenadas

perfectamente conocidas, y el segundo, o receptor

“móvil”, es el que se desplaza a lo largo de la

trayectoria del levantamiento o serie de puntos de los

cuales queremos saber su posición. Combinando la información obtenida por ambos

receptores, mediante el método diferencial, obtendremos de forma precisa la posición

relativa entre ellos y finalmente las coordenadas reales de las trayectorias realizadas con el

GPS móvil.

De este modo, el sistema de posicionamiento mediante GPS diferencial permite una

correcta localización en campo, con errores del orden de mm en latitud, longitud, y altura.




Para realizar los levantamientos topográficos se pueden emplear además dos modos

de trabajo. En el modo cinemático el receptor está continuamente desplazándose a lo largo

de la zona de estudio, registrando su posición cada cierto intervalo de tiempo, según la

frecuencia definida, y que suele ser del orden de 1 o varios datos por segundo. En el modo

stop&go el receptor móvil permanece quieto en cada posición a medir unos segundos, y

una vez tomada la medida se desplaza a un nuevo punto, con lo cual se obtiene una mayor

exactitud en la posición. Para levantamientos topográficos desde Tierra se pueden emplear

ambos métodos, mientras que lógicamente, para posicionamiento desde embarcaciones,

aviones u otras plataformas en movimiento es necesario emplear el modo cinemático.

Por otra parte, la posición de cada punto puede obtenerse en tiempo real,

empleando un RTK-GPS, o bien en modo postproceso, es decir, mediante el tratamiento

posterior con un software específico de los archivos registrados en el receptor móvil y el

receptor base, no habiendo diferencias significativas en la precisión de los datos obtenidos

por ambos métodos.

ECOSONDAS

FUNDAMENTOS DE LA ECOSONDA

El ecosonda se ha convertido en un instrumento

indispensable para la investigación oceánica, ya que no sólo

sirve para obtener datos batimétricos de muy alta resolución,

sino también para registrar simultáneamente el tipo de fondo

(rocas, arenas o fangos) en función de su reflectividad

acústica. El fundamento de una ecosonda consiste en la

emisión y recepción de pulsos acústicos que se reflejan en la

superficie del fondo. En la emisión, el transductor o fuente

acústica convierte las ondas eléctricas en ondas acústicas, que se propagan en la columna

de agua como una onda de presión. Recíprocamente, durante la recepción, las ondas de

presión son convertidas, de nuevo en el transductor, en ondas eléctricas. De este modo, la

ecosonda calcula la profundidad en cada instante teniendo en cuenta la velocidad de la

http://www.universalocean.es/wp-content/medir-sondas.jpg




onda (relación entre su longitud de onda y frecuencia) y el tiempo de ida y vuelta de la onda

acústica en la columna de agua. La calidad de un estudio batimétrico depende de las

propiedades topográficas del fondo que definen su irregularidad, pero también de las

propiedades de la onda emitida, tales como su frecuencia, apertura de haz y energía de

transmisión, las cuales son características de cada transductor. Por tanto, el transductor es

un elemento fundamental en los estudios batimétricos.

FRECUENCIA Y APERTURA DEL HAZ ACÚSTICO

El rango de frecuencias de una ecosonda abarca generalmente entre 12 y 200 kHz.

Dentro de este rango, la elección de la frecuencia óptima a emplear depende de las

profundidades en la zona de estudio, es decir, si se trata de una zona somera o profunda,

así como de la resolución o detalle que queremos obtener.

Al propagarse la onda acústica es inevitable su atenuación, es decir, la pérdida de

intensidad de la señal, por la divergencia esférica de los frentes de onda, la absorción en

forma de calor, principalmente por el agua, y la dispersión al reflejarse en la interfase con

las partículas en suspensión. Dicha atenuación es directamente proporcional a la frecuencia

de la onda. Sin embargo, por otra parte, también es cierto que a mayor frecuencia es mayor

la resolución o calidad de los datos de profundidad.

Por lo tanto, es necesario buscar un compromiso para emplear una frecuencia que

optimice la resolución sin sufrir excesiva atenuación. De este modo, se emplean altas

frecuencias para profundidades someras y frecuencias menores para zonas más profundas.

Como valores de referencia cabe indicar los siguientes: a) frecuencia de 200 kHz para zonas

con profundidad menor de 100 m, b) frecuencias entre 200-50 kHz para zonas entre 100 y

1500 m de profundidad, y c) frecuencias entre 12-50 kHz para zonas con profundidad

mayor de 1500 m.

La resolución o calidad en la medida de la profundidad depende no sólo de la

frecuencia, sino también de la apertura del haz acústico emitido. Así, si el haz es más

estrecho, aporta información de una zona más concreta del fondo, y por tanto, no se ve tan




afectado por la irregularidad del relieve. El ancho de haz depende de la longitud de la onda

acústica (inversamente proporcional a la frecuencia de la onda emitida, dada una velocidad

de la onda acústica) y del tamaño o diámetro del transductor.

Puesto que en cada profundidad se ha definido ya una frecuencia óptima, para

reducir el haz y así mejorar la resolución, lo que se suele hacer es emplear transductores de

mayor diámetro, trabajando así en los estudios batimétricos de alta resolución con una

apertura de haz del orden de 3º. Por otra parte, al estar basada el ecosonda en la reflexión

de las ondas, es una herramienta útil para discriminar también el tipo de fondo. El índice de

reflexión acústica aumento cuanto mayor es la diferencia entre la impedancia acústica del

agua y el material del fondo, dando los mayores valores de energía reflejada para los

afloramientos rocosos, seguidos de las arenas y limos, que varían su índice de reflexión en

función de su grado de compactación.

ECOSONDA MONOHAZ

Los primeros ecosondas empleados en estudios batimétricos son de tipo monohaz

(single beam echosounder o SBES), es decir, emiten un solo haz de onda, empleando un

solo transductor para la transmisión y recepción de la onda acústica. La realización de

trabajos de batimetría con una ecosonda monohaz permite tan sólo obtener datos (x, y, z)

de puntos situados justo bajo la trayectoria del barco. La trayectoria que se debe realizar

con una ecosonda monohaz debe ser perpendicular a la costa, para detectar el máximo

gradiente entre las isóbatas y detectar así correctamente las variaciones morfológicas del

fondo.

Trayectoria para una batimetría con ecosonda monohaz.




ECOSONDA MULTIHAZ

En los años 80 surgieron las

primeras ecosondas multihaz (MultiBeam

EchoSounder o MBES), las cuales emiten

haces múltiples de onda de una

determinada frecuencia en varias

direcciones, mediante un proyector o

alineación de transductores que, y

reciben las reflexiones a través de un

hidrófobo. De este modo, la zona de muestreo barrida y la cantidad de puntos (x y z)

obtenidos son mucho mayores que en una ecosonda monohaz, es decir, se obtiene una

mayor cobertura o zona de barrido del fondo marino.

El proyector emite un haz ancho (120 a 150º generalmente) en sentido transversal a

la embarcación, pero estrecho (p. ej. 1,5º) en sentido paralelo al rumbo de ésta. Por su

parte el hidrófobo está orientado transversalmente al proyector, de modo que recibe

información de un área estrecha en la perpendicular a la embarcación y ancha en sentido

paralela a ella.

Por tanto, al combinar la orientación del haz emitido y el sistema de recepción se obtiene

información de la superficie del fondo no sólo bajo la embarcación sino también a ambos

flancos, sobre celdas compartimentadas y muy estrechas (p. ej. De 1,5º x 1,5º).

Al ser la apertura del haz emitido constante para cada ecosonda, la anchura de la

zona que detecta acústicamente aumenta con la profundidad.

Por este motivo, y teniendo en cuenta que una ecosonda multihaz suministra información

de una gran cantidad de puntos, las trayectorias del barco durante un estudio batimétrico

con ecosonda multihaz deben ser paralelos a la costa, de modo que la primera franja

barrerá las isóbatas más someras, con una anchura de barrido pequeña, y al aumentar la




profundidad y distancia a la costa irá aumentando progresivamente el ancho de la zona

barrida.

Trayectoria para una batimetría con ecosonda multihaz.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

Los ecosondas multihaz presentan numerosas ventajas sobre los ecosondas

monohaz, si bien tienen también algunos inconvenientes. Entre las principales ventajas

cabe destacar:

a) se obtiene cobertura total del fondo con una gran resolución y capacidad de

detección para la zonificación del fondo.

b) al tener información de todo el fondo, el resultado no está condicionado a una

escala de representación, desaparece el concepto de escala.

c) al abarcar grandes áreas, especialmente en zonas profundas, hay un ahorro de

líneas de levantamiento.

d) durante la ejecución de la campaña se tiene visualización en tiempo real del

levantamiento 3D, lo cual ayuda al acercamiento en zonas peligrosas no exploradas.

Las desventajas de la ecosonda multihaz son fundamentalmente de carácter técnico:

a) es necesaria una instalación compleja del transductor en la quilla de la embarcación y un

calibrado muy preciso.

b) se precisa de personal altamente cualificado, software específico y un hardware muy

potente para levantamiento y procesado de los datos.




c) por último, el costo de los equipos es significativamente mayor al de las ecosondas

monohaz, si bien en los últimos años están experimentando un abaratamiento muy

importante.

SONDAS SIDE SCAN SONAR

También llamadas laterales. Las sondas SIDE SCAN son los dispositivos más versátiles para la

realización de batimetrías en un amplio rango de profundidades y resoluciones. La mayoría

de las sondas laterales van montadas en dispositivos sumergibles que son arrastrados por

un barco, evitando en gran medida la problemática asociada al movimiento de la nave.

SONDAS TOPAS

Se emplean para medidas que requieran gran penetración y resolución. El sistema consta de:

• Fuente acústica

• Consola de operación

• Dispositivo de almacenamiento masivo de datos

• Periféricos El sistema analiza en tiempo real los datos, pudiendo variarse la configuración de las medidas para mejorar los resultados que se vayan obteniendo.

Existen dos modos de trabajo: Alta penetración y Alta resolución.

Alta penetración:Cuando se trabaja en aguas profundas o se necesita mucha penetración, es necesario transmitir más energía, se utilizan barridos lineales de frecuencia (chirp).




Alta resolución: empleada para fijar caminos para tuberías, donde es necesario conocer muy exactamente el fondo donde se van a asentar.

Localización de bancos de peces, para colocación de redes de arrastre, fondo.

Uso militar, en submarinos, armas antisubmarinas y descubrimiento de minas, obstáculos

etc.

Arqueología: Localización

Trazado de canalizaciones submarinas mediante el análisis de la topografía del fondo.

Actualización de cartas de navegación y trazado de zonas seguras para el tránsito de buques

(lejos de obstáculos peligrosos), etc.

MINIROV

Es un robot submarino no tripulado y conectado a un barco en la superficie por medio de

un cable largo, por el que pasan la energía y las órdenes enviadas mediante un mando a

distancia. A través del cable se transmiten también los datos de las cámaras de video del

ROV, al centro de control del barco de la superficie.

Este generara imágenes y coordenadas.




CONCLUSIONES:

Desde hace ya varios años las estaciones totales se están viendo desplazadas por el GPS en

trabajos topográficos. Las ventajas del GPS topográfico con respecto a la estación total son que, una

vez fijada la base en tierra no es necesaria más que una sola persona para tomar los datos, mientras

que la estación requería de dos, el técnico que manejaba la estación y el operario que situaba el

prisma. Por otra parte, la estación total exige que exista una línea visual entre el aparato y el prisma,

lo que es innecesario con el GPS.

Sin embargo, no siempre es posible el uso del GPS, principalmente cuando no puede

recepcionar las señales de los satélites debido a la presencia de edificaciones, bosque tupido, etc.

Además, la mayor precisión de la estación (pocos milímetros frente a los centímetros del GPS) la

hacen todavía necesaria para determinados trabajos.

Si una draga retorna a la superficie parcialmente abierta, la muestra debe ser descartada,

ya que se debe asumirse que todo o parte del contenido se ha lavado durante el ascenso.

http://es.wikipedia.org/wiki/GPS

http://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro

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