¿Funciona el LiDAR bajo el agua?
¿Cómo funciona el escaneado láser bajo el agua? ¿Cómo puede un láser penetrar en el agua?
¿Cuáles son las principales ventajas y dificultades de esta técnica? ¿Qué ocurre cuando un pulso láser entra en contacto con el agua? Esto y mucho más se explica en el siguiente artículo sobre LiDAR batimétrico.
Medición de profundidades submarinas
La gente ha estudiado la profundidad submarina de los fondos de ríos, mares y océanos durante miles de años para poder navegar con seguridad por el agua. Hoy en día, estas mediciones de profundidad se realizan con tecnología avanzada que incluye sonido (sonar) o pulsos láser (LiDAR). El estudio de las topografías submarinas se denomina batimetría, mientras que el estudio de las profundidades submarinas se conoce con términos como cartografía o imagen del fondo marino.
Este artículo trata del LiDAR batimétrico, una forma especializada de LiDAR para realizar batimetría que utiliza LiDAR de penetración en el agua para medir con precisión la topografía submarina. La batimetría basada en LiDAR se realiza utilizando un sistema LiDAR batimétrico aerotransportado que se monta en un avión, helicóptero o vehículo aéreo no tripulado (UAV) para medir las profundidades de masas de agua costeras e interiores relativamente poco profundas. La técnica existe desde los años setenta y se utilizó originalmente en la Guerra Fría para la detección de submarinos. Desde entonces, la tecnología ha avanzado, lo que ha dado lugar a diversas aplicaciones nuevas.
¿Cómo funciona el LiDAR batimétrico?
El LiDAR batimétrico utiliza impulsos láser verdes. Permiten medir la distancia entre la superficie del agua y el fondo marino. Desde una plataforma volante, un escáner láser emite una radiación verde que atraviesa el agua y se refleja en el fondo del lecho marino. El escáner láser recoge la radiación reflejada del pulso y calcula el tiempo transcurrido entre la emisión y la recepción para obtener la distancia tanto a la superficie del agua como al fondo marino.
Así es, en pocas palabras, cómo el LiDAR batimétrico recopila información sobre la profundidad y determina dónde se encuentra la superficie del agua. Veamos más de cerca la trayectoria de un pulso láser emitido desde un escáner láser para comprender mejor lo que ocurre después de que un pulso láser golpea el agua.
La trayectoria de un pulso láser: disparo, impacto y retorno
Un pulso láser fuerte y corto con una longitud de onda de 532 nm (luz verde) se dispara desde un LiDAR a alta frecuencia (5.000-500.000 disparos por segundo). Cuando la luz entra en el agua se refracta, lo que significa que el ángulo cambia. Además, la luz se dispersa y es absorbida por el agua antes de llegar al fondo.
Si el agua es lo suficientemente transparente, el láser lo suficientemente potente y el fondo no es demasiado profundo, parte de la luz incide en el fondo del agua y se refleja en él. El tipo de fondo influye mucho en la reflectividad. Por ejemplo, la arena blanca refleja más luz que una capa oscura de barro, que absorbe la mayor parte de la luz.
El mismo sensor LiDAR batimétrico que emite los pulsos detecta los fotones de luz reflejados. El digitalizador del sensor LiDAR convierte los fotones detectados en señales digitales, lo que da lugar a una forma de onda detallada para cada pulso. El momento en que el pulso láser golpea la superficie y el fondo del agua puede deducirse de la forma de onda, mientras que la profundidad del fondo del agua se obtiene a partir de la diferencia de tiempo entre golpear la superficie y el fondo. Esta información es útil para muchas aplicaciones diferentes.
Aplicaciones en cartografía batimétrica
Como ya se ha indicado, el LiDAR batimétrico se utilizó por primera vez para detectar submarinos. Sin embargo, se han desarrollado muchas más aplicaciones que utilizan LiDAR batimétrico como resultado del avance de la tecnología de sensores. Con plataformas más pequeñas, como drones no tripulados y pequeños helicópteros que pueden transportar cargas más pesadas, los sistemas LiDAR batimétricos pueden cubrir grandes áreas rápidamente y capturar datos 3D precisos que incluyen el lecho marino y el terreno circundante de diferentes masas de agua. He aquí tres aplicaciones populares que utilizan LiDAR batimétrico:
Gestión costera y cartografía de hábitats
En esta aplicación, los datos de alta resolución del entorno submarino se utilizan para planificar proyectos de infraestructuras costeras, garantizar el desarrollo sostenible y preservar el equilibrio ecológico de los ecosistemas costeros.
Levantamientos hidrográficos
La tecnología LiDAR batimétrica ofrece una recopilación de datos rápida, precisa y rentable para la topografía hidrográfica, que consiste en medir las características físicas de las masas de agua (profundidad, corrientes y topografía submarina).
Arqueología subacuática
Gracias al LiDAR batimétrico, se localizan y estudian yacimientos arqueológicos sumergidos, como antiguos naufragios y asentamientos sumergidos.
Ésta es sólo una pequeña muestra de las aplicaciones actuales que utilizan LiDAR batimétrico. Otras aplicaciones son el análisis del riesgo de inundaciones y la planificación de nuevas inversiones en infraestructuras. El LiDAR batimétrico también puede utilizarse como sustituto de los buques de superficie en zonas inaccesibles, como lugares poco profundos, remotos u obstruidos.
Ventajas y retos de la utilización de LiDAR para estudios batimétricos
Con el tiempo, el LiDAR batimétrico ha demostrado ser una técnica rápida, fiable, precisa y segura para cartografiar rápidamente aguas cercanas a la costa, playas, estructuras de ingeniería costera, etc. En comparación con los métodos tradicionales, como los sistemas basados en sonares o los sondeos manuales de profundidad, El LiDAR batimétrico puede generar mapas más detallados y precisos de la topografía submarina. También permite cartografiar sin fisuras tanto el agua como el terreno circundante, con capacidad para alcanzar hasta tres veces la profundidad visible del agua.
La ventaja de utilizar luz verde para el LiDAR batimétrico es que penetra más en el agua que otras frecuencias, para captar profundidades que los métodos batimétricos estándar pueden pasar por alto. La luz verde también se dispersa menos por las partículas en suspensión que otras longitudes de onda, lo que reduce las imprecisiones causadas por los sedimentos en suspensión o las algas en la columna de agua.
El LiDAR batimétrico es también una opción más sostenible y segura para la cartografía submarina, ya que no requiere embarcaciones costosas y que consumen mucho combustible, ni personas que entren en el agua. Éstos podrían perderse o lesionarse durante las prospecciones, mientras que el uso de sensores LiDAR batimétricos elimina esos riesgos potenciales.
Sin embargo, la elección del LiDAR batimétrico frente a los métodos tradicionales de topografía también plantea dificultades. Tratar con un medio dinámico como el agua significa que no existe una solución única para todos y cada uno de los proyectos: la profundidad a la que se puede medir depende de la transparencia y turbidez locales del agua, la reflexión del fondo y la intensidad del pulso láser.
Exploración de profundidades submarinas y topología del terreno
El sistema topobatimétrico YellowScan Navigator es un magnífico ejemplo de cómo sigue avanzando el LiDAR batimétrico. Esta innovadora solución para explorar las profundidades submarinas y la topología del terreno con un solo botón ha sido diseñada para realizar mediciones batimétricas en aguas poco profundas y se despliega rápidamente en un UAV. Abarca diversos sistemas acuáticos, como riberas, ríos, lagos, estanques, mares, océanos, graveras, etc. La profundidad máxima del agua que se puede medir con el Navigator es de 2 profundidades Secchi.
Al ser un sistema LiDAR de forma de onda completa, captura más datos que los sistemas LiDAR de retorno discreto, lo que garantiza la continuidad entre los puntos submarinos y el terreno circundante, dando lugar a un proceso de cartografía sin fisuras ideal para aplicaciones como la erosión costera, la supervisión de hábitats, la modelización del riesgo de inundaciones, etc.
El sistema topobatimétrico, combinado con el software YellowScan Cloudstation, agiliza el análisis de datos para obtener mapas batimétricos precisos sin sacrificar la exactitud. Con detección automática de superficies, clasificación de aguas, corrección de puntos bajo el agua y medición de profundidad sin fisuras, ofrece todo lo que necesita para que su flujo de trabajo LiDAR batimétrico sea más productivo y eficaz.
Más información sobre YellowScan Navigator, la última solución LiDAR batimétrica y topográfica.
