Antecedentes
La ciudad de Hamilton debe supervisar constantemente 130 instalaciones de gestión de aguas pluviales con 70 estanques y humedales diseñados para contener volúmenes específicos (piscina permanente) de aguas pluviales, según lo regulado por el Ministerio de Medio Ambiente, Conservación y Parques. La recopilación precisa de datos de estos estanques es esencial para el cumplimiento normativo y la toma de decisiones informadas sobre el dragado, el proceso de eliminación de sedimentos acumulados para mantener la capacidad.
La ciudad inspecciona estas instalaciones en un ciclo de tres años para verificar la acumulación de sedimentos y la protección de la calidad del agua de sus cuencas hidrográficas. La acumulación de sedimentos es una medida crucial del rendimiento de las instalaciones de aguas pluviales.
Desafíos
Los métodos tradicionales para inspeccionar estos estanques implicaban mediciones manuales utilizando una vara receptora GNSS desde un bote de remos, un proceso lento y que requiere mucha mano de obra. La necesidad de equilibrar los tiempos de las operaciones de dragado planteaba un desafío importante. El dragado demasiado frecuente conlleva gastos innecesarios, mientras que un mantenimiento insuficiente podría provocar inundaciones.
El método actual para los estudios de sedimentos implica que dos trabajadores municipales midan manualmente la profundidad de los estanques desde una embarcación, lo que requiere cargar un bote en un vehículo grande y botarlo en varios estanques de la ciudad. Esta tarea se vuelve particularmente difícil y peligrosa en sitios de difícil acceso, como los estanques cerca de Red Hill Valley Parkway, donde el espacio es limitado junto a una autopista muy transitada. El proceso consume mucho tiempo, exige el cumplimiento de protocolos de seguridad e implica sortear orillas empinadas o resbaladizas, manipular equipos pesados y lidiar con condiciones potencialmente variables.
Además, el método actual de estudio de sedimentos tiene limitaciones que pueden afectar su precisión. Los trabajadores municipales utilizan un receptor GPS en un poste de alcance extendido para medir la elevación de los sedimentos en 10 puntos diferentes dentro de la instalación. Sin embargo, la densa vegetación submarina puede elevar artificialmente el nivel medido de la base del estanque, mientras que la placa inferior de la vara de medición puede comprimir el sedimento, dando una medición más profunda de lo previsto. Las condiciones de viento también pueden hacer que el bote se desplace, reduciendo la precisión al determinar las ubicaciones de medición del estanque.
Solución
Las condiciones mencionadas anteriormente fueron la oportunidad perfecta para probar una ecosonda basada en drones.
Se creó un plan de vuelo para cada estanque utilizando UgCS, software de planificación y control de vuelo, para establecer rutas de vuelo en un patrón de cuadrícula sobre la instalación de gestión de aguas pluviales (SWMF). El equipo operó un dron DJI M300 RTK para sobrevolar la instalación, utilizando el sistema de SPH Engineering con una Echologger ECT 400S ecosonda de haz único para recopilar mediciones de sonido. La ecosonda, suspendida justo debajo de la superficie del agua, estaba sujeta a un dron que volaba a unos 2 metros sobre el agua, estabilizado por un altímetro de radar. Los sondeos de profundidad se localizaron con precisión utilizando el sistema global de navegación por satélite (GNSS) cinemático en tiempo real (RTK) del dron. Los datos del sonar se procesaron con el software Hydromagic, que produjo un modelo 3D del fondo de la SWMF y calculó el volumen de agua sobre él. Además, se utilizó un segundo dron equipado con fotogrametría para capturar un modelo 3D del sitio sobre el nivel del agua, mejorando la exhaustividad del estudio.
El proyecto implicó una extensa recopilación de datos a través de varias fases del proceso de dragado . El equipo empleó una ecosonda basada en drones para inspeccionar los estanques operativos húmedos mientras utilizaba LiDAR, fotogrametría y métodos de topografía tradicionales para recopilar datos de estanques drenados. Este enfoque multifacético permitió comparar y validar exhaustivamente la nueva tecnología frente a los métodos establecidos.
Resultado
La revisión comparativa reveló una desviación mínima en los volúmenes calculados entre la ecosonda montada en dron y otras tecnologías de topografía, lo que confirma la fiabilidad y precisión del nuevo sistema. La mayor eficiencia y precisión facilitadas por el sistema de ecosonda permiten a la Ciudad de Hamilton optimizar sus programas de mantenimiento, asegurando que la inversión en dragado se realice en los momentos más oportunos para equilibrar el costo y el riesgo de incumplimiento de la legislación debido a la falta de capacidad de tratamiento de la calidad del agua de la infraestructura de aguas pluviales.
| Resultados comparativos antes del dragado | |||||||
| Volumen @ cota del borde del agua medida (m3) | Volumen @ cota del nivel permanente del estanque (m3) | ||||||
| SWMF n.º | Sónar | Fotogrametría | LiDAR | Sónar | Fotogrametría | LiDAR | |
| 74 (Binbrook, junto a las casas adosadas) | 1690 | 1840 | 1990 | 1140 | 1230 | 1360 | |
| Resultados comparativos después del dragado | |||||||
| Volumen @ cota del borde del agua medida (m3) | Volumen @ cota del nivel permanente del estanque (m3) | ||||||
| SWMF n.º | Sónar | Fotogrametría | LiDAR | Sónar | Fotogrametría | LiDAR | Contratista |
| 74 (Binbrook, junto a las casas adosadas) | 1985 | 1945 | 2000 | 1690 | 1630 | 1670 | 1590 |
Los datos volumétricos se recopilaron antes y después del dragado (con y sin agua) mediante tres tecnologías diferentes. El gráfico muestra la correlación entre los diferentes cálculos volumétricos de las tres tecnologías.
Conclusión
El exitoso despliegue de la tecnología de ecosonda montada en dron para inspeccionar estanques húmedos en Hamilton mejora significativamente las prácticas de gestión de aguas pluviales. Este caso de estudio demuestra el potencial de las soluciones SONAR autónomas no tripuladas para transformar las estrategias tradicionales de gestión ambiental y cumplimiento, ofreciendo un enfoque más eficiente, preciso y rentable para mantener la infraestructura crítica de aguas pluviales.
La introducción de la tecnología de ecosonda montada en dron proporcionó una solución adicional fiable. Al utilizar este sistema avanzado, el equipo pudo realizar inspecciones más exhaustivas en menos tiempo, aumentando significativamente la precisión de las mediciones volumétricas esenciales para una gestión eficaz de los estanques, al tiempo que se minimizan los riesgos de salud y seguridad para los trabajadores asociados con las labores cerca del agua.
En lugar de basar la capacidad de la instalación en diez mediciones, esta tecnología ofrece un mapeo de alta resolución de la instalación de gestión de aguas pluviales (SWMF, por sus siglas en inglés) y permite realizar cálculos precisos de su capacidad de almacenamiento actual. Esta precisión elimina la necesidad de conjeturas al planificar los programas de mantenimiento de las SWMF. También conserva los ecosistemas naturales dentro de cada SWMF y ahorra dinero al evitar gastos de mantenimiento prematuros.
