Un ecoscandaglio multibeam (Multibeam Echosounder, MBES) è un sistema basato su sonar che mappa il fondale marino emettendo più fasci sonori e registrandone gli echi. Utilizza onde sonore ad alta frequenza per scansionare ampie porzioni dell'ambiente sottomarino, producendo immagini tridimensionali accurate e ad alta risoluzione.
L'MBES svolge un ruolo fondamentale nell'idrografia moderna, nella ricerca marina, nell'ingegneria offshore e nel monitoraggio ambientale. Inviando fasci a forma di ventaglio perpendicolari al movimento dell'imbarcazione, l'MBES cattura i contorni e le profondità del fondale marino con eccezionale precisione.
Il sistema è costituito da un trasmettitore che emette onde sonore e da una serie di idrofoni che ricevono i segnali riflessi. Queste riflessioni, o echi, rimbalzano sul fondale marino e ritornano all'imbarcazione, dove i sensori MBES misurano il tempo di percorrenza. Il sistema calcola quindi la profondità utilizzando la velocità del suono in acqua e il tempo di andata e ritorno.
I principi dell'MBES – ecoscandaglio multibeam
La tecnologia di base di MBES utilizza la formazione del fascio per dirigere e restringere i fasci sonori. Questo processo aumenta la precisione e riduce il rumore ambientale. Il beamforming aiuta il sistema a distinguere gli oggetti vicini. Inoltre, migliora la risoluzione delle immagini del fondale marino. Queste capacità consentono a MBES di rilevare i pericoli sottomarini con grande precisione. L'MBES può anche mappare le caratteristiche geologiche e garantire una navigazione marina sicura. Nella prospezione idrografica, l'MBES svolge un ruolo fondamentale nella mappatura accurata della profondità.
La frequenza determina la profondità del rilievo e la precisione dei dati. I sistemi ad alta frequenza producono immagini dettagliate ma funzionano meglio in acque poco profonde. I sistemi a bassa frequenza funzionano in ambienti più profondi ma offrono meno dettagli. Molti modelli MBES coprono ampie gamme di frequenza, come 200-700 kHz. Questa gamma supporta varie applicazioni con esigenze di rilevamento flessibili.
L'ampiezza del fascio definisce la dimensione di ciascun fascio sonar. La larghezza di fascio stretta migliora la precisione e la nitidezza dei dati. I modelli MBES ad alta frequenza possono raggiungere larghezze di fascio fino a 0,3 gradi. Un numero maggiore di fasci sonar comporta una copertura a risoluzione più elevata. I clienti spesso richiedono un numero prestabilito di ping per area. I sistemi con molti fasci aiutano a soddisfare efficacemente queste specifiche.
La copertura dell'area di copertura misura l'angolo di visione totale del sonar. Un sistema MBES a testa singola può coprire fino a 130 gradi di fondale marino. I sistemi a doppia testa estendono questa copertura regolando gli angoli di ricezione. Un'andana più ampia aumenta la copertura dell'area in ogni passaggio. Tuttavia, angoli più ampi possono ridurre la risoluzione e la qualità dei dati ai bordi.
La lunghezzaPulse influisce sia sulla risoluzione dei dati che sulla portata. Gli impulsi più lunghi penetrano più in profondità ma riducono i dettagli. Gli impulsi più corti forniscono immagini più nitide ma funzionano su distanze più brevi.
Scegliere il sistema MBES in base alla profondità dell'acqua richiesta. Alcuni sistemi funzionano meglio in acque poco profonde. Altri sono progettati per ambienti profondi. I sistemi MBES ad alta risoluzione montati su AUV o ROV possono raccogliere dettagli precisi in profondità. Le imbarcazioni di superficie possono richiedere sistemi a frequenza più bassa per ottenere prestazioni a lungo raggio.
Anche le condizioni ambientali influiscono sulle prestazioni degli MBES. La temperatura, la salinità e la pressione dell'acqua modificano il modo in cui il suono viaggia sott'acqua. I pianificatori dei rilievi devono tenere conto di queste variabili prima del dispiegamento. Le prestazioni degli MBES dipendono anche dai sensori ausiliari. Sensori di qualità per la velocità del suono, la posizione e l'orientamento migliorano la precisione complessiva. Contribuiscono a correggere il movimento e a ridurre al minimo gli errori legati all'installazione.
Verificare che il sistema MBES funzioni con il proprio software di elaborazione dati. Assicuratevi che il software sia in grado di gestire il volume e la complessità dei dati MBES. Una potenza di elaborazione sufficiente garantisce risultati affidabili e veloci. La compatibilità tra sistema e software migliora l'efficienza e la produttività del rilievo.
Applicazioni dell'ecoscandaglio multibeam
I topografi lo utilizzano per raccogliere misurazioni dettagliate della profondità per la creazione di carte nautiche e la pianificazione di infrastrutture marine. Dati batimetrici accurati consentono l'identificazione dei pericoli per la navigazione, la progettazione di porti e approdi e la definizione delle rotte di navigazione. Questi rilevamenti sono fondamentali per la sicurezza e il commercio marittimo. I ricercatori marini si affidano ai MBES anche per esplorare gli ecosistemi sottomarini e le formazioni geologiche. Mappando le barriere coralline, le dorsali oceaniche e le trincee, gli scienziati ottengono informazioni sulla morfologia del fondo marino e sulla biodiversità marina. I dati ad alta risoluzione supportano gli studi sul movimento dei sedimenti, l'attività tettonica e la distribuzione degli habitat.
MBES aiuta i ricercatori a capire come il fondale marino cambia nel tempo e come questi cambiamenti influenzano la vita marina. Nell'ingegneria offshore, MBES fornisce informazioni essenziali per lo sviluppo delle infrastrutture. Gli ingegneri utilizzano il sistema per valutare le condizioni del fondale marino prima di installare piattaforme petrolifere, turbine eoliche o condotte sottomarine. Dati topografici accurati assicurano che le strutture siano costruite su un terreno stabile e che la costruzione non danneggi l'ambiente marino. L'MBES supporta anche le ispezioni e la manutenzione in corso, tracciando i cambiamenti intorno alle installazioni sottomarine.
Il monitoraggio ambientale è un'altra applicazione chiave dell'MBES - ecoscandaglio multibeam. Questa tecnologia rileva le alterazioni delle caratteristiche del fondo marino causate da eventi come terremoti, frane o tsunami. Rivela anche l'impatto delle attività umane come il dragaggio, la pesca a strascico e l'estrazione di risorse. I governi e i gruppi di conservazione utilizzano i dati MBES per gestire gli ecosistemi marini, applicare le normative e pianificare progetti di ripristino.
Il successo di MBES dipende da diversi componenti tecnologici. Il sistema sonar utilizza trasduttori per emettere e ricevere onde sonore, in genere nella gamma di frequenze da 12 kHz a 400 kHz. Le frequenze più basse raggiungono profondità maggiori, mentre quelle più alte forniscono dettagli più fini. I trasduttori sono montati sullo scafo di una nave o di un veicolo subacqueo, a seconda dell'area di rilevamento.
I dati MBES vengono elaborati utilizzando piattaforme software avanzate come CARIS, Hypack e QPS. Questi programmi puliscono, interpolano e visualizzano i dati sonar grezzi, trasformandoli in mappe e modelli 3D utilizzabili. Il software esegue funzioni essenziali come la formazione del fascio, la rimozione degli outlier e la creazione di superfici per fornire risultati affidabili. I sistemi di posizionamento sono fondamentali per un'accurata mappatura MBES.
I sistemiGNSS , come il GPS, tracciano la posizione dell'imbarcazione, mentre i sensori di movimento e le unità di misura inerziali (IMU) correggono il movimento dell'imbarcazione. Queste correzioni assicurano che la posizione di ciascun fascio sonoro sia correttamente georeferenziata, mantenendo l'accuratezza spaziale in tutta l'area di indagine. L'MBES continua a evolversi con progressi nell'hardware del sonar, nell'elaborazione dei dati in tempo reale e nell'integrazione con altri sistemi di navigazione.
I modelli più recenti sono caratterizzati da una maggiore densità del fascio, da una migliore soppressione del rumore e da maggiori capacità di profondità. Con l'ingresso dell'automazione e dell'apprendimento automatico nel settore idrografico, l'MBES sta diventando ancora più efficiente e intelligente.