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Convencin Nacional de Geografa 2005

Mtodos de Anlisis y Procesamiento de Datos Batimtricos Monohaz y Multihaz, Presente y Futuro

Capitn de Corbeta C.G.E.H. Rafael A. Ponce UrbinaManzanillo, Col. Junio 16, 2005

Temas a tratar1. Anlisis de Batimetra Monohaz 2. Anlisis de Batimetra Multihaz 3. Futuro en el Anlisis Batimtrico 4. Conclusiones

Anlisis de Batimetra Monohaz Manejo de miles de sondas Posibilidad de analizar sondas individuales Archivos digitales manejables en PC comunes Velocidad del sonido no critica en superficie Correccin por movimientos del buque no tan estricta No requiere pruebas de parcheo

Anlisis de Batimetra MonohazCreacin de Archivo del Buque Limpieza de Sondas Sondeos por Bloques (Tile)

Creacin de Proyecto Nuevo

Correccin por Vel. del Sonido

Seleccin de Sondeos

Diagrama de Flujo del Trabajo

Conversin de Datos Crudos

Cargar Datos de Marea

Contornos (Isobatas)

Salvar Sesin

Mezclar Datos

Ploteo

Limpiar Datos de Sensores Aux.

Definir Hojas de Campo Nuevas

Exportar Sondas

Anlisis de Batimetra Monohaz Tipo de Datos Sonar: Barrido, Cobertura, Monohaz, escaneo lateral, dispersin de fondo. Numero de Lbulos. Excentricidad de Sensores: Referencias registradas de cada sensor. Por ejem. posiciones relativas a la antena GPS o punto de referencia del buque? Tendencia del Sensor como las rotaciones del transductor. Informacin de Posicin: Coordenadas Geogrficas o de Rejilla? Informacin de elipsoide y rejilla de proyeccin. Crudos de los Datos: Se aplicaron correcciones por balance/cabeceo/guiada? Correccin por calado? Disponibilidad de distancia inclinada? Datos miscelneos importantes: Mareas, Vel. del Sonido, Calado Dinmico.

Conociendo los Datos

Diagrama de ProcesoConvertir Datos Crudos

Edicin de Navegacin

Edicin de Monohaz

Datos provenientes de los diferentes sensores en formato propietario

Limpieza de datos del GPS, Sensor de Movimiento

Limpieza de Sondeos

Edicin de Navegacin

Edicin de Monohaz

Diagrama de ProcesoCorreccin por Vel. del Sonido 4 mtodos para seleccin del perfil: Previo en el tiempo Mas cerca en tiempo Mas cerca en distancia Mas cerca en distancia dentro del tiempo

Correccin por Marea

Mezclar Datos

Observaciones de una sola estacin Observaciones de estaciones mltiples (zonificacin)

Velocidad del sonido Mareas

Correccin por Velocidad del SonidoVentana de Tiempo

P1

P2

P3

P4

Tiempo

P1 = previo en el tiempo P2 = mas cerca en tiempo P3 = mas cerca en distancia dentro del tiempo P4 = mas cerca en distanciaP1 Lnea 1

P2

P4 P3 Lnea 5

Correccin por Marea

Observaciones de un solo maregrafo Mltiples maregrafos usando Zonas de Mareas Estaciones primarias & secundarias por zona Offsets en tiempo & distancia

Lnea 1

Lnea 24 Estacin B

Lnea 57

Zona1

Zona2 Zona3

Estacin C Estacin A

Correccin por Marea Maregrafos Mltiples utilizando promedio evaluado El peso de cada correccin es inversamente proporcional a la distancia desde el maregrafo Controles los cuales estn considerados en los maregrafos en cada zona Estacin Bd2

Ti =

(W x * ti ) Wx

d1

d3

W x = 1/dxEstacin C Estacin A

Mezcla de Datos5 54 54 2 54 54 54 54 55 55 55 56 56 56 57 56 56 58 56 57

Profundidad observada Navegacin Giro Marea Calibracin Error por calado Lnea de agua Calado Dinmico

Configuracin del Buque

Sondeos Georeferenciados

Diagrama de ProcesoDefinir Hojas de Campo

Sondeos por Bloques

Seleccin de sondeos

Dependiendo de la escala y extensin del levantamiento, se tendr un determinado numero de hojas de campo, 2x la escala de la carta

Mtodos de construccin: Por Tolerancia, Por Tamao, y Por Rangos.

Dependiendo de la escala: Visibles y representativas

Nuevas Hojas de Campo

Sondeos por Bloques Representan uno o mas puntos por Bloque Mltiples mtodos de construccin por bloques tolerancia, densidad, tamao, rangos

Sondeos por BloquesCompartimentacin (Binning) Datos accedidos una sola vez Atributos: sondeos primarios, lbulo, perfil y lnea. Construccin por Bloques (Tiling) Datos accedidos varias veces Atributos estadsticos, profundidades mxima y mnima Mtodos: Mismo Tamao, Archivo de Rango de Profundidad e Intervalo del Rango de Profundidad

Seleccin de Sondas

Se debe utilizar el mtodo apropiado : Bloques o Compartimentacin. Depende de la escala y propsito de la carta Tendencia a representar la sonda mas baja Compartimentacin: distribucin mas homognea Bloques: mejor para reas con grandes irregularidades

Diagrama de ProcesoIsobatas

Ploteo

Exportar sondas

Mismo mtodo que para seleccin de los sondeos: Compartimentacin Bloques

Hojas de Campo finales

Mapa Caris Archivos ASCII GSF, Hob, Tiff

Isobatas

Generacin de DTM

Irregular Regular Representacin real de los datos (TIN) Superficie suavizada de datos (Rejilla Regular)

Ploteo

Ploteo de diferentes vistas de las Hojas de Campo Cada vista puede tener una combinacin diferente de capas de datos

Exportar sondas mapa Caris

Anlisis de Batimetra Multihaz Manejo de millones de sondas Imposible de analizar sondas individuales Archivos digitales muy grandes y difciles de manejar en PC comunes Velocidad del sonido muy critica en superficie (transductor plano Beam Steering) Correccin por movimientos del buque critica Requiere pruebas de parcheo Secuencia del proceso similar al anlisis monohaz

Anlisis de Batimetra Multihaz

Calculo del ETP

Generacin Superficie BASE

Limpieza de Datos

Finalizacin

Productos

Procedimiento para el Procesamiento de la Superficie BASE (Batimetra Asociada con el Error Estadstico)

Anlisis de Batimetra MultihazError Total Propagado: + Movimientos del Buque + Posicin + Velocidad del Sonido + Mtodo de deteccin del fondo + MareasProfundidad reportada & posicin (una solucin de sondeo)Calculo del ETP Productos Generacin Superficie BASE

Finaliza Limpieza de Datos

La profundidad real puede estar en cualquier punto dentro del intervalo dado alrededor de la profundidad reportada. (As como la posicin de la sonda tiene una incertidumbre horizontal asociada.)

Anlisis de Batimetra MultihazCalculo de ETP Productos Generacin Superficie BASE

La incertidumbre propagada de los sondeos esta en funcin de la distancia entre esa sonda y un nodo de la rejilla, pero tambin depende de la componente horizontal del ETP y del espaciamiento de los nodos de la rejilla.

Finaliza

Sondeo

Incertidumbre

Limpieza de Datos

Distancia

Curva de Crecimiento de la Incertidumbre Generalizada

Nodos de rejilla

Una sonda contribuir a sopesar todos los nodos de la rejilla que caen dentro del dominio Di, el cual esta determinado usando el mapeo de la incertidumbre propagada de los sondeos para los nodos de rejilla descritos bajo el Radio de Influencia.

Anlisis de Batimetra MultihazProfundidad: profundidad sopesada por la incertidumbre Incertidumbre: incertidumbre sopesada por la incertidumbre Densidad: numero de sondas que contribuyen al nodo de rejilla Desviacin Estndar: de los sondeos que contribuyen al nodo de rejilla Media: promedio regular de los sondeos que contribuyen al nodo de rejilla Bajos: sondeos mas bajos que contribuyen al nodo de rejilla Profundos: los sondeos mas profundos que contribuyen al nodo de rejilla

Anlisis de Batimetra MultihazCalculo de ETP Productos Generacin Superficie BASE

Finaliza Limpieza de Datos

Comparacin entre capas durante la limpieza de datos para localizacin de errores.

Puede localizarse este error en el DTM?

A diferencia de la capa de profundidad, el error encontrado aparece mas bien conspicuo en la capa de desviacin estndar arriba.

Anlisis de Batimetra Multihaz

Perfil de datos multihaz

Un hueco de 42 segs es muy evidente en la capa de desviacin estndar.

Error de marea aparece como dos barras distintas de relativamente alta desviacin estndar en rea de traslape.

Rejilla de Desviacin Estndar

Anlisis de Batimetra Multihaz Cortes de galleta de rangos de profundidad Asignacin de incertidumbre a nodos de rejilla (error esperado o error medido) Aplicacin de sondas designadasCalculo de ETP Productos Generacin de Superficie BASE

Finaliza Limpieza de Datos

En aquellas reas relativamente profundas (azul) de esta superficie BASE de 2 metros de resolucin no alcanzan los 2 m de resolucin, las reas bajas (rojo) son capaces de alcanzar una resolucin mas fina.

Para mantener la resolucin optima para un rango de profundidades determinado, el proceso de finalizacin hace cortes de galleta a dicho rango de profundidades deseado.

Anlisis de Batimetra Multihaz0.5-m resolucin (0 a 15 metros) 1-m resolucin (15 a 30 metros) 2-m resolucin (30 a 60 metros) 5-m resolucin (60 a 120 metros) Calculo de ETP Productos Generacin de Superficie BASE

Finaliza Limpieza de Datos

Resolucin optima para el rango de profundidades

288 11 89 229 44

58 43

79

63Modelo batimtrico generalizado a la escala deseada

48Fcil representacin cartogrfica

89

CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetry Estimator)Superficie de Navegacin Hiptesis 1

Hiptesis 2

Hiptesis 5

CUBE

Hiptesis 3 Hiptesis 4

CUBE Un nuevo intento por decir la verdad sobre datos adquiridos con sistemas multihaz

CUBE: 7 Axiomas (Dr. Dave Wells)1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. La mayora de los datos, la mayor parte del tiempo, estn normalmente bien. Una sonda no es una profundidad La pregunta apropiada es Cual es la profundidad (y su incertidumbre) aqu? NO Que tan buena es esta sonda? La limpieza de datos es una Operacin de Priorizacin Cada solucin de sondeo debe incluir estimaciones de su incertidumbre La densidad de los datos Multihaz y su resolucin espacial quizs no sea suficiente para capturar todos los aspectos batimtricos de inters. Los modelos no representan la verdad

8 pasos de CUBE (R.M. Hare)1. 2. 3. 4. Establecer una red de nodos o puntos de estimacin de profundidad en el rea del levantamiento En cada nodo, mantener estimados de profundidad secuencialmente determinados, e incertidumbre de la profundidad (varianza). Comparar los valores de sondas entrantes contra estos estimados nodales Establecer una nueva hiptesis o modelo de superficie alternativo, en base a anlisis de nodo por nodo, cuando sondeos entrantes no son estadsticamente consistentes con estimados nodales previos Correr la rutina de desambiguacin Salida de CUBE = el grupo de punto nodal mas cuatro superficies Iteracin. Precaucin Uno: Enjuagar, escupir y repetir segn sea necesario Mantener el control humano. Precaucin Dos: Considerar la seguridad hidrogrfica (conocido como la Hidrografia Algortmica no conoce a Juan!)

5. 6. 7. 8.

CUBE: Hiptesis Mltiples

Lamina de Brian Calder (UNH)

CUBE: Desambiguacin

Profundidad (m)

Muestras

Lamina de Brian Calder (UNH)

Generacin de la Superficie de Navegacin

Consiste de la rejilla regular o irregular de los estimados de la profundidad con la mejor resolucin, mas la incertidumbre asociada con el estimado Una metodologa para la generalizacin de la rejilla a cualquier escala con la seguridad hidrogrfica

Conclusiones El anlisis batimtrico requiere de conocimientos en teora de acstica bajo el agua y de probabilidad y estadstica. El proceso de anlisis de datos multihaz es mucho mas complejo que el monohaz, pero el uso de algoritmos permite realizarlo eficaz y eficientemente si los datos no tienen demasiado ruido. Los datos multihaz permiten una mucho mayor definicin del verdadero fondo marino El hidrgrafo no es simplemente un matador de puntos

Gracias

CONVENCION NACIONAL DE GEOGRAFIA 2005