Cuando una especificación de proyecto utiliza el término incorrecto, las consecuencias aparecen más tarde. Un alcance que solicita un levantamiento hidrográfico cuando el entregable real es un modelo del lecho puede resultar sobredimensionado y exceder el presupuesto. Un alcance que solicita un levantamiento batimétrico cuando el requisito real es la cartografía náutica puede estar subespecificado, y los datos resultantes no superarán la revisión normativa.
Esta guía explica la distinción entre levantamiento batimétrico y levantamiento hidrográfico de la forma en que realmente importa a nivel operativo. Aclaramos qué mide cada tipo de levantamiento, qué normas profesionales se aplican, qué herramientas se utilizan habitualmente y cuándo los métodos basados en drones pueden sustituir o complementar el trabajo tradicional con embarcaciones.
¿Qué es un levantamiento hidrográfico?
La hidrografía es la disciplina que mide y describe las características físicas de océanos, mares, zonas costeras, lagos y ríos, y predice cómo cambian estas características con el tiempo. En la práctica, esto puede incluir batimetría, mareas, corrientes, propiedades del agua, tipo de lecho marino, forma de la costa y características sumergidas que afectan a la actividad marítima. La Organización Hidrográfica Internacional (OHI) establece normas internacionales que son utilizadas o tomadas como referencia por las oficinas hidrográficas nacionales, incluida la Oficina de Levantamientos Costeros de la NOAA en EE. UU. y la Oficina Hidrográfica del Reino Unido.
Un levantamiento hidrográfico es más amplio que la medición de profundidad cuando el alcance requiere entregables de grado de navegación o normativos. Dependiendo del proyecto, puede incluir factores como temperatura, salinidad, velocidad del sonido, variación de las mareas durante el periodo de levantamiento, patrones de corrientes, clasificación de sedimentos o del lecho marino, geometría de la línea de costa, obstrucciones fijas y flotantes, y peligros sumergidos. El conjunto de datos del levantamiento puede servir de base para cartas náuticas, derroteros e informes técnicos formales. Para los levantamientos hidrográficos relacionados con la navegación, la norma IHO S-44 es la referencia principal más utilizada.
El objetivo principal del trabajo de levantamiento hidrográfico es la seguridad de la navegación. Ese propósito determina cómo se procesan y presentan los datos. Cuando un hidrógrafo informa o cartografía la profundidad de un canal, el resultado se trata normalmente de forma conservadora hacia la medición menos profunda, ya que es lo que puede afectar al tránsito de una embarcación. Un barco no puede encallar en la profundidad media; puede encallar en la roca, banco de arena u objeto (natural o artificial) más somero entre las líneas de sondeo, y las cartas hidrográficas reflejan este sesgo conservador.
Los levantamientos hidrográficos también apoyan trabajos relacionados con la hidrología en cuerpos de agua interiores, como evaluaciones de capacidad de embalses, revisiones de seguridad de presas, monitoreo de acumulación de sedimentos, mantenimiento de puertos, planificación de dragado y trabajos en rutas de tuberías. El hilo conductor en todos estos casos es que el resultado respalda decisiones operativas, normativas o de seguridad sobre un cuerpo de agua activo, ya sea en el contexto de los requisitos del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. (USACE) para vías navegables, el cumplimiento de las autoridades portuarias o la revisión de los reguladores de presas.
¿Qué es un levantamiento batimétrico?
La batimetría es la medición de la profundidad del agua y el modelado del terreno sumergido. Un levantamiento batimétrico produce un modelo digital del terreno del fondo: profundidades, pendientes, curvas de nivel, volúmenes y características como canales, fosas de erosión, montículos de sedimentos y estructuras sumergidas.
El entregable es el fondo en sí mismo, no la envolvente de navegación segura que lo rodea. Los datos se procesan para representar la geomorfología medida del lecho marino o lacustre con la mayor precisión que permitan los sensores, el datum vertical y la cadena de procesamiento. Mientras que una carta hidrográfica tiene un sesgo hacia los sondeos menos profundos por seguridad de navegación, un modelo batimétrico suele construirse para representar la geometría del lecho específica del proyecto para uso técnico y científico.
Esta distinción es más importante de lo que parece. Un ingeniero de puentes que modela la erosión alrededor de un pilar necesita saber cómo es realmente el lecho, no la profundidad en el peor de los casos que un navegante debería asumir. Un operador de embalses que calcula la capacidad de almacenamiento necesita la distribución real de la profundidad. Un geólogo que estudia los patrones de transporte de sedimentos necesita una geometría precisa del fondo a lo largo del tiempo. Ninguno de estos casos de uso se resuelve adecuadamente solo con un conjunto de datos orientado a la navegación.
Los levantamientos batimétricos son el entregable estándar para proyectos que involucran cuerpos de agua continentales (lagos, ríos, embalses, presas de relaves, fosas mineras inundadas), zonas costeras poco profundas, verificación de volumen de dragadoy construcciones sumergidas. Cuando un proyecto especifica un "levantamiento batimétrico", el entregable implícito es un modelo del lecho geomorfológicamente preciso y defendible.
Entonces, ¿es la batimetría un subconjunto de la hidrografía?
Algunas fuentes consideran que un levantamiento batimétrico es un subconjunto de un levantamiento hidrográfico. Otras lo describen como un resultado específico producido mediante métodos hidrográficos. El enfoque depende de quién lo redacte.
Una visión pragmática es tratar la hidrografía como la disciplina profesional más amplia y la batimetría como una actividad enfocada dentro de esa disciplina. El trabajo batimétrico puede encargarse y entregarse de forma independiente cuando un proyecto no requiere el conjunto de datos hidrográfico completo. Un levantamiento batimétrico de una presa de relaves, por ejemplo, no necesita datos de mareas, un perfil de velocidad del sonido a través de la columna de aguani un estudio de corrientes. Necesita mediciones de profundidad precisas, las correcciones adecuadas y un modelo exacto del lecho. Especificar un levantamiento hidrográfico para ese trabajo sobrecarga el alcance con entregables que nadie utilizará.
Equiparar ambos términos en los pliegos de licitación y en los resúmenes de proyectos genera problemas. No son sinónimos exactos en el ámbito profesional y contratarlos como si lo fueran crea ambigüedad sobre los entregables.
Referencia rápida: levantamiento hidrográfico frente a levantamiento batimétrico
Sensores y métodos
Los levantamientos hidrográficos y batimétricos comparten la mayor parte de su conjunto de sensores principal. Las diferencias radican en qué instrumentos o cargas útiles adicionales se requieren y cómo se procesan los datos.
El núcleo acústico es una combinación de los siguientes elementos:
- Ecosondas monohaz (SBES) miden la profundidad en un punto único directamente debajo de la plataforma. Las unidades SBES son relativamente sencillas, rentables y muy adecuadas para perfilar líneas, verificar datos multihaz o realizar levantamientos en pequeñas masas de agua. La contrapartida es la escasa cobertura entre líneas.
- Ecosondas multihaz (MBES) emiten un abanico de haces perpendiculares a la trayectoria de levantamiento y producen una franja de mediciones de profundidad a lo largo del fondo. El MBES es a menudo el método preferido para la cartografía batimétrica de alta resolución y para cualquier levantamiento hidrográfico donde se requiera una cobertura total del fondo.
- Sonar de barrido lateral produce imágenes acústicas del fondo en lugar de mediciones de profundidad. Es una herramienta hidrográfica utilizada para localizar obstrucciones, caracterizar el tipo de sedimento y la textura del lecho marino, e identificar objetos sumergidos. Por sí solo, no es una herramienta de medición de profundidad batimétrica.
- Perfiladores de subfondo (sistemas acústicos de baja frecuencia) penetran en el lecho y obtienen imágenes de las capas de sedimentos. Se utilizan en levantamientos hidrográficos y de ingeniería donde el espesor o la estratigrafía del sedimento son relevantes.
- Perfiladores de corriente acústicos Doppler (ADCP) miden las velocidades de las corrientes de agua a través de la columna de agua utilizando el efecto Doppler. Los ADCP son una herramienta exclusivamente hidrográfica, relevante para la navegación, las operaciones de dragado en zonas de marea y cualquier levantamiento donde los datos de flujo o descarga formen parte de los entregables.
El posicionamiento y la compensación de movimiento son tan importantes como el sensor acústico. El GNSS de nivel centimétrico (normalmente RTK), las unidades de referencia de movimiento y los perfiladores de velocidad del sonido determinan si se puede confiar en la medición de profundidad con la precisión que requiere la especificación del proyecto. Un MBES de alta resolución en una plataforma inestable con un posicionamiento deficiente produce datos de baja resolución.
El LiDAR interviene en el límite de aguas poco profundas. El LiDAR topobatimétrico puede cartografiar zonas costeras poco profundas donde las embarcaciones no pueden operar, y el conjunto de datos sirve de puente entre la topografía subaérea y el lecho sumergido. LiDAR montado en drones funciona para el mapeo de costas secas y para masas de agua lo suficientemente claras como para permitir la penetración de la longitud de onda verde utilizada para el LiDAR batimétrico de aguas poco profundas.
Donde los métodos basados en drones cambian el cálculo
Para los levantamientos batimétricos en aguas interiores y poco profundas, las ecosondas montadas en drones han transformado la economía operativa. Un flujo de trabajo que antes requería movilizar una embarcación de reconocimiento, construir una rampa de botadura donde no existía o contratar a una tripulación hidrográfica tripulada durante varias semanas, ahora puede ser completado por un equipo de dos personas con un dron y una carga útil.
Tres componentes realizan la mayor parte del trabajo. El primero es un entorno de planificación de vuelo capaz de mantener un control estricto de la altitud sobre el agua; UgCS logra esto con True Terrain Following en drones compatibles (DJI Matrice 350 RTK, Inspired Flight IF1200A, entre otros), manteniendo una altitud precisa sobre una superficie de agua en movimiento mediante un altímetro de radar. El segundo es una plataforma de sensores que georreferencia los datos de la ecosonda en tiempo real y los sincroniza con el registro de vuelo (el ordenador de a bordo SkyHub desempeña este papel en nuestro sistema). El tercero es una ecosonda diseñada para su despliegue en UAV en cuanto a peso, geometría del transductor y resistencia. Para el posprocesamiento, Eye4software Hydromagic y BeamworX son los paquetes de procesamiento estándar, que gestionan la corrección de movimiento, el ajuste de la velocidad del sonido y la generación de modelos digitales del terreno (MDT) batimétricos.
La elección del sensor depende del tipo de fondo y de los datos que requiera el proyecto. Las ecosondas de frecuencia única, como la EchoLogger ECT400S a 450 kHz, leen hasta el primer retorno sólido, lo cual es adecuado para fondos de roca limpia o arena. Las unidades de doble frecuencia (la ECTD24S a 200/450 kHz, la ECTD052S a 50/200 kHz) puede ser especialmente útil en fondos con vegetación o sedimentos blandos.
La combinación de 50/200 kHz es particularmente útil porque la frecuencia más baja puede penetrar sedimentos orgánicos blandos con mayor eficacia y detectar el lecho duro subyacente, mientras que la frecuencia más alta de 200 kHz lee la parte superior del sedimento. Comparar ambos retornos puede ayudar a estimar el espesor aparente del sedimento como una capa derivada, siempre que el resultado se valide con las condiciones del lugar. Esta es una ventaja real de la doble frecuencia frente a la frecuencia única para el profesional, y es algo que los levantamientos de frecuencia única no pueden igualar, independientemente de cuánto posprocesamiento se aplique.
Las ecosondas multihaz para drones ya son aptas para el trabajo de campo. El EchoNIMBUS-MBES basado en el Cerulean Surveyor 240-16, es una unidad de 240 kHz con un rango de medición de 0,5 a 50 metros y una resolución transversal de 1° en el ángulo de llegada. El MBES en un dron es la herramienta adecuada para estanques industriales, embalses y secciones de ríos donde los vacíos de cobertura de una ecosonda monohaz (SBES) dejarían demasiada parte del lecho sin medir. Para la planificación de misiones en trabajos multihaz, nuestra calculadora de separación de líneas MBES es un punto de partida útil.
La batimetría con drones no es ideal para levantamientos de navegación en mar abierto, cartografía de grandes puertos y dársenas, áreas donde el modelado de mareas y la medición de corrientes forman parte de los entregables, o cualquier levantamiento cuyo resultado deba cumplir con la norma IHO S-44 de Orden Especial o superior para cartografía náutica. Estos suelen seguir siendo trabajos de levantamiento hidrográfico realizados desde embarcaciones o vehículos de superficie no tripulados (USV). Los drones pueden reemplazar o complementar el trabajo batimétrico basado en USV en las aplicaciones de aguas poco profundas adecuadas, pero no reemplazan la disciplina completa de la hidrografía.
Para proyectos viables con drones, la ganancia operativa puede ser sustancial. En nuestros proyectos de aguas interiores realizados, hemos visto tiempos de levantamiento reducidos en alrededor de un 75% en comparación con los equivalentes manuales o basados en embarcaciones, y nuestro trabajo de validación interna muestra alrededor de un 87% de correlación entre los datos de la ecosonda del UAV y los datos LiDAR de referencia en zonas poco profundas. Estas cifras no son números teóricos de un folleto de proveedor; provienen de proyectos entregados a clientes.
Cuándo especificar cuál
Utilice un alcance de levantamiento hidrográfico cuando el proyecto sea:
- Cartografía náutica o cualquier levantamiento entregado bajo la norma IHO S-44 para navegación
- Trabajos en puertos, dársenas o canales donde las mareas, corrientes y obstrucciones forman parte de los entregables
- Estudios costeros que requieren geometría de la línea de costa, clasificación de sedimentos y caracterización del fondo en un mismo conjunto de datos
- Cualquier proyecto en el que el organismo regulador o el cliente final (oficina hidrográfica nacional, USACE, autoridad portuaria) espere un producto con calidad de carta náutica
Utilice un alcance de levantamiento batimétrico cuando el proyecto sea:
- Cálculos de capacidad de embalses y estudios de volumen de sedimentos
- Levantamientos previos y posteriores al dragado para la verificación de volúmenes
- Cuerpos de agua continentales, balsas de relaves, lagos en fosas mineras, o estanques industriales y de aguas pluviales donde el entregable sea un modelo del lecho
- Análisis de socavación en puentes, ingeniería de cauces fluviales, y datos de entrada para modelos de inundación
- Áreas de aguas poco profundas no aptas para embarcaciones, donde las ecosondas montadas en drones son la plataforma adecuada
Una forma más rápida de especificar el trabajo es definir el entregable, no solo la actividad. Por ejemplo, "modelo digital del terreno del lecho con una resolución horizontal de 0,25 m, precisión de ±5 cm y cobertura total" le indica al topógrafo qué método utilizar. "Levantamiento batimétrico" es una forma abreviada. "Levantamiento hidrográfico" es una forma abreviada más amplia. Ninguno de los dos términos, por sí solo, define el alcance con la precisión necesaria para una contratación clara.
Reflexión final
La hidrografía es la disciplina, mientras que la batimetría es el resultado específico que muchos proyectos realmente necesitan. La mayoría de los trabajos en aguas interiores y poco profundas que se denominan "levantamiento hidrográfico" son, tras un examen más detenido, levantamientos batimétricos con entregables adicionales que el proyecto no requiere. Especificar el trabajo correctamente desde el principio reduce costes y elimina la ambigüedad en la entrega.
Para proyectos donde una ecosonda montada en dron es la herramienta adecuada, el equipo ya existe con calidad profesional, los flujos de trabajo son reproducibles y los datos superan la revisión de ingeniería. Para proyectos que realmente necesitan un levantamiento hidrográfico en el sentido de la OHI, los drones son una plataforma complementaria para las zonas de aguas poco profundas y la línea de costa, no un reemplazo para el buque de levantamiento.
Si está definiendo el alcance de un cuerpo de agua y desea verificar si una ecosonda monohaz (SBES), una ecosonda monohaz de doble frecuencia o una ecosonda multihaz (MBES) es la opción adecuada para su tipo de fondo y especificación de precisión, hable con nuestro equipo. Le diremos cuándo una solución basada en drones es la respuesta correcta.