Cartographie multifaisceaux des lits de rivière dans les voies navigables complexes avec l'HydroBoat 1200MB
Introduction
L'obtention de données hydrographiques précises dans les voies navigables étroites et fréquentées représente un défi de taille pour les méthodes de levé traditionnelles. Dans cette étude de cas, SatLab a déployé ses Solution multifaisceaux HydroBoat 1200MB USV, intégrant à la fois des systèmes de sonar multifaisceaux et monofaisceaux, afin de réaliser une étude détaillée de la rivière Yodo près du pont Hirakata, dans la préfecture d'Osaka, au Japon.
Figure 1 : Site d'étude
Défis du projet
Le tronçon de rivière a posé de multiples contraintes en matière de levés topographiques :
- Perturbations environnementales : Le passage de bateaux de pêche, de dragues et une pluie légère ont interrompu la continuité du relevé.
- Limitations en matière de sécurité et d'accès : La manœuvre manuelle des bateaux a mis en danger la sécurité du personnel et a entraîné des lacunes dans les données à proximité des obstacles.
- Exigences de précision : Les éléments critiques situés à proximité des piliers du pont exigeaient des mesures précises dépassant les capacités des levés topographiques conventionnels.
Les méthodes traditionnelles de levés monofaisceaux et manuels peinent à maintenir la continuité de la couverture et à atteindre une précision de positionnement élevée dans ces conditions, ce qui incite à utiliser une solution autonome et intégrée.
Présentation de la solution d'enquête
L'HydroBoat 1200MB combinait les technologies de sonar multifaisceaux et monofaisceau avec la navigation autonome et le traitement avancé des données pour répondre aux complexités du projet :
Figure 2 : HydroBoat 1200MB en action
Capacité sonar intégrée
- L'échosondeur multifaisceaux HydroBeam M2 et l'échosondeur monofaisceau offraient des modes d'acquisition flexibles.
- Un algorithme SPIN (Sound Speed Profile Inversion) a permis de supprimer le besoin d'un profilage séparé de la vitesse du son, améliorant ainsi l'efficacité.
Navigation et planification autonomes
- Les itinéraires des levés topographiques ont été générés à partir des cartes de base DXF/KML fournies par le client.
- Le drone de surface a exécuté des trajectoires préplanifiées avec un positionnement en temps réel et une intervention minimale de l'opérateur.
Évitement intelligent des obstacles
- La plateforme a détecté et contourné les obstacles dynamiques, notamment les navires et les structures de ponts, en maintenant une couverture continue tout au long de l'étude.
Flux de travail de traitement en temps réel
- Le logiciel SLHydroBeam permettait l'affichage en direct de la grille de profondeur, le filtrage du bruit et la vérification de la précision, créant ainsi un flux de travail sans faille de l'acquisition à la livraison.
Flux de travail d'exécution de l'enquête
1. Planification de la mission : Configuration du système de coordonnées de référence, importation des cartes de base DXF fournies par le client, définition de la zone d'étude et génération de lignes de navigation optimisées.
Figure 3 : Planification de la mission
2. Acquisition des données : Le drone de surface effectue des levés transversaux en pleine mer pour calculer le SPIN, puis passe en mode multifaisceaux pour des mesures de lignes automatiques. Les grilles de profondeur ont été surveillées en temps réel afin de suivre la couverture et les variations du terrain.
Figure 4 : Acquisition des données
3. Évitement automatique des obstacles : Le drone de surface identifie et contourne de manière autonome les obstacles dynamiques et statiques, tels que les navires, les dragues et les piliers de pont, tout en maintenant une acquisition de données ininterrompue et une couverture de ligne constante.
Figure 5 : Évitement intelligent des obstacles
4. Traitement des données et analyse de la qualité : Les données brutes ont été filtrées et débruitées, et leur exactitude a été validée par des comparaisons entre lignes transversales et entre faisceaux multiples et monofaisceaux. Un fort recouvrement des lignes a été observé, sans stratification ni discontinuité. Les piliers de pont et les structures sous-marines ont été clairement identifiés, et le bruit minimal n'a pas affecté l'interprétation du terrain. Des modèles 3D du terrain, intégrant les détails structurels, ont été générés, fournissant ainsi des jeux de données exploitables pour l'analyse.
Figure 6 : Traitement des données
Figure 7 : Analyse de la qualité
Résultats et livrables
Livrables finaux :
Les résultats comprenaient un modèle numérique 3D complet de l'ensemble de la zone d'étude, couvrant le terrain, les structures sous-marines (supports de canalisations, piliers de pont) et les caractéristiques d'affouillement détaillées, fournissant des données complètes et exploitables pour l'analyse technique.
Figure 8 : Visualisation des données 3D
Vérification de l'exactitude :
L'ensemble de données non filtrées répondait aux normes de l'ordonnance spéciale de l'OHI.
- 99.48% Le nombre de points d'élévation multifaisceaux se situait dans les limites de tolérance admissibles.
- 97.41% des points de profondeur ont satisfait aux critères de précision requis.
Figure 9 : Vérification de la précision de l'altitude
Figure 10 : Vérification de la précision de la profondeur
Valeur du projet
- Couverture complète dans les zones difficiles
La cartographie autonome par USV a permis une exploitation en toute sécurité dans des zones peu profondes, étroites et encombrées d'obstacles où les bateaux avec équipage ne peuvent pas assurer une couverture constante. - Précision certifiée
La conformité vérifiée aux normes des ordres spéciaux de l'OHI garantit des résultats fiables pour l'évaluation structurelle et le suivi à long terme. - Opérations sûres et efficaces
La navigation autonome et l'évitement des obstacles ont réduit les risques sur l'eau et minimisé les allers-retours, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle globale. - Produits de données exploitables
Les nuages de points 3D en temps réel, les grilles d'élévation en direct et la sortie XYZ directe ont simplifié le contrôle qualité sur site et le traitement en aval.
Conclusion
Ce projet met en lumière l'importance croissante des drones multifaisceaux autonomes dans les flux de travail hydrographiques actuels. Dans les voies navigables étroites et encombrées d'obstacles où les navires traditionnels peinent à progresser, l'HydroBoat 1200MB a assuré une couverture continue, des performances stables et une précision conforme aux spécifications, démontrant ainsi sa fiabilité pour les levés hydrographiques complexes.
Grâce à sa navigation autonome, son système d'évitement d'obstacles en temps réel et ses données 3D prêtes à l'emploi, l'HydroBoat 1200MB permet des opérations plus sûres, plus rapides et plus évolutives. Pour les travaux fluviaux, la surveillance des ponts et la gestion des voies navigables, il offre une solution moderne et efficace pour la collecte de données haute résolution essentielles à la prise de décision.
