Gli ecoscandagli multibeam (MBES) sono sistemi di mappatura acustica attiva che trasmettono un fascio di raggi stretti per generare misurazioni di profondità dense e georeferenziate, nonché modelli 3D del fondale marino. Installati su USV, ROV, AUV e UUV, supportano il rilevamento idrografico, la modellazione del terreno, l’ispezione di condotte e infrastrutture offshore, il rilevamento di relitti, la mappatura degli habitat e l’evitamento degli ostacoli.
Questa pagina presenta i produttori di ecoscandagli multibeam per USV, AUV e ROV, che offrono configurazioni quali sistemi batimetrici, di ispezione ad alta risoluzione, a banda larga, a visione frontale, a doppia testina e interferometrici.
Leggi il Panoramica tecnologica
Soluzioni avanzate di imaging e posizionamento subacqueo per veicoli marini senza equipaggio e autonomi
Sistemi di posizionamento GNSS, SLAM 3D e mappatura mobile, veicoli di superficie senza pilota
Apparecchiature per rilievi idrografici: ecoscandagli multibeam, sonar a scansione laterale, sensori di velocità del suono e profilatori
Sistemi di posizionamento e navigazione GNSS, mappatura mobile UAV LiDAR e veicoli di superficie senza pilota
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Gli ecoscandagli multibeam (MBES) sono strumenti acustici attivi che consentono di mappare il fondale marino ad alta risoluzione. Anziché registrare un singolo punto di profondità direttamente sotto l’imbarcazione, questi sistemi trasmettono energia acustica su un ampio settore angolare, formando un fitto ventaglio di fasci di ricezione stretti. Misurando il tempo di percorrenza acustico di andata e ritorno e l’angolo del fascio, e combinando poi tali misurazioni con i dati relativi alla posizione, alla rotta, al movimento e alla velocità del suono, generano nuvole di punti 3D precise e georeferenziate. Questa tecnologia sonar multibeam consente alle imbarcazioni di superficie senza equipaggio (USV) di mappare vaste aree in tutta sicurezza dalla superficie, mentre i veicoli telecomandati (ROV) e i veicoli subacquei autonomi (AUV) portano i sensori in prossimità del fondale marino per ridurre la perdita di risoluzione spaziale associata alle lunghe distanze acustiche in acque profonde.
Ecoscandaglio multibeam MBES Surveyor 240 per piccoli USV di Cerulean Sonar
Molti sistemi avanzati registrano anche l’intensità della retrodiffusione acustica, che misura la potenza del segnale di ritorno per fornire informazioni sulla composizione del fondale marino. I segnali di ritorno più intensi indicano in genere materiali più duri o ruvidi, quali roccia o ghiaia, mentre quelli più deboli possono suggerire la presenza di sedimenti più morbidi. Tuttavia, poiché la retrodiffusione è altamente sensibile alla frequenza operativa, agli angoli di incidenza, alla rugosità del fondale marino e alle proprietà della colonna d’acqua, una classificazione accurata richiede l’integrazione di questi dati di riflettività con la batimetria di base, i campioni fisici prelevati dal fondale e la fotografia sottomarina ad alta risoluzione.
Un sistema di rilevamento con ecoscandaglio multibeam batimetrico è progettato per generare misurazioni di profondità altamente accurate e georeferenziate, che possono essere elaborate in griglie batimetriche strutturate e modelli digitali del terreno. Per ottenere una precisione di livello topografico, il sonar deve integrarsi perfettamente con sensori di alta qualità per il posizionamento, la rotta, il movimento e la velocità del suono. Quando installato su AUV o ROV, un trasduttore compatto e resistente alla pressione opera più vicino al fondale marino e spesso può utilizzare frequenze più elevate per fornire una risoluzione spaziale superiore rispetto a quella ottenibile dai sistemi montati in superficie in acque profonde.
I sistemi sonar multibeam ad alta risoluzione per ispezioni operano a frequenze acustiche elevate e a brevi distanze di osservazione per rilevare i minimi dettagli delle infrastrutture sottomarine; alcuni sistemi offrono una risoluzione di portata su scala millimetrica in condizioni favorevoli a breve raggio. Tipicamente installati su ROV da lavoro tramite supporti con movimento panoramico e inclinazione, questi sistemi consentono ai piloti di ispezionare condotte, fondazioni e collettori da diverse angolazioni. Producono immagini acustiche in tempo reale e, a seconda della configurazione del sistema e del metodo di elaborazione, dense nuvole di punti 3D per rilevare anomalie strutturali senza richiedere alcun contatto fisico.
I sistemi di mappatura ad ampia fascia utilizzano settori angolari estesi e frequenze di emissione rapide per coprire vaste aree del fondale marino con un numero ridotto di passaggi, massimizzando l’efficienza operativa. Per gli USV, un ecoscandaglio multibeam per acque poco profonde può coprire una profondità pari a diverse volte quella locale, sebbene le prestazioni richiedano un’attenta gestione della potenza del carico utile, della stabilità del veicolo, della compensazione del movimento e della sovrapposizione delle linee di rilevamento per evitare lacune nella copertura. Anche gli AUV sfruttano ampie fasce di copertura, richiedendo un controllo preciso dell’altitudine per mantenere una densità di rilevamento uniforme.
Un sistema sonar multibeam a visione frontale sonda il percorso davanti al veicolo anziché il fondale marino direttamente sottostante, fungendo da strumento essenziale per l’evitamento degli ostacoli e la localizzazione dei bersagli. Questi sistemi ad alta frequenza generano immagini acustiche simili a video in grado di penetrare acque torbide o completamente buie. Sebbene siano ideali per la navigazione, gli operatori devono valutare attentamente la calibrazione e la geometria del sistema prima di ricavare dalle immagini dati dimensionali o di rilevamento affidabili.
Un sistema ecoscandaglio multibeam a doppia testina combina due testine trasduttrici con campi visivi sovrapposti o complementari per ampliare la copertura, ridurre l’ombra acustica e migliorare la misurazione di pendii ripidi o strutture verticali. Gli USV utilizzano spesso teste doppie inclinate verso l’esterno per massimizzare l’ampiezza della fascia di scansione in acque poco profonde, mentre i ROV le impiegano per ispezionare contemporaneamente sia il fondale marino che le strutture verticali. Questa configurazione richiede una calibrazione fisica precisa e una sincronizzazione temporale rigorosa, un’attivazione coordinata o una separazione delle frequenze per evitare l’interferenza acustica.
L’integrazione dei ROV dipende dalla classe del veicolo. I grandi ROV di classe operativa supportano carichi utili pesanti, mentre le piattaforme di classe osservativa richiedono ecoscandagli multibeam dal design compatto per gestire la galleggiabilità e la resistenza idrodinamica. Il posizionamento del sonar deve evitare l’ombra acustica causata da propulsori, manipolatori o sistemi di gestione del cavo, utilizzando supporti rivolti verso il basso per la mappatura del fondale marino e supporti obliqui per condotte e collettori sottomarini.
Grazie alla telemetria via cavo ad alta larghezza di banda, gli operatori ricevono immagini sonar multibeam in tempo reale per regolare al volo le impostazioni di guadagno e portata. L’aggiornamento dei veicoli esistenti richiede una compensazione precisa della galleggiabilità per mantenere una manovrabilità stabile durante il lancio, il recupero e la navigazione subacquea.
L’integrazione di un ecoscandaglio multibeam per le operazioni AUV richiede l’alloggiamento del sensore dietro una carenatura idrodinamica per preservare la batteria durante le missioni di lunga durata. Il tracciamento preciso e autonomo della linea è fondamentale per garantire fasci acustici puliti e dati di rilevamento multibeam di alta qualità.
Poiché la telemetria acustica sottomarina è limitata in termini di larghezza di banda, i sistemi memorizzano i dati grezzi a bordo e utilizzano l’elaborazione in tempo reale (edge processing) per monitorare la densità dei rilevamenti. Questa elaborazione locale dei dati può generare una batimetria in tempo reale per guidare i sistemi di navigazione assistita dal terreno e di evitamento degli ostacoli, anche su micro-AUV limitati a testine sonar compatte e a bassa potenza.
Ecoscandaglio oceanografico multibeam MS8200 per la mappatura delle acque profonde di Hydro-Tech
L’integrazione degli USV deve contrastare la discesa delle bolle all’interfaccia aria-acqua per evitare l’aerazione del segnale. Gli integratori utilizzano supporti per scafi a V profonda, chiglie a scomparsa o pali rigidi fuoribordo per fissare il sensore riducendo al minimo la resistenza idrodinamica.
Per compensare l’azione delle onde, gli USV si avvalgono di un sistema GNSS/di navigazione inerziale (INS) strettamente accoppiato con bracci di leva calibrati. Mentre le missioni costiere trasmettono i dati in streaming, i transiti in mare aperto dipendono dalla memoria di bordo, richiedendo hardware multibeam efficiente e a basso consumo per sostenere rilevamenti di lunga durata.
Un rilevamento multibeam professionale è un metodo ampiamente utilizzato per la produzione di carte nautiche ad alta precisione di porti, bacini portuali, fiumi e rotte di navigazione costiere. L’impiego di un sonar multibeam per acque poco profonde su un USV autonomo consente agli operatori di eseguire in sicurezza linee di rilevamento sistematiche e ripetibili, riducendo al contempo la necessità di inviare personale e navi da rilevamento con equipaggio in zone pericolose di acque poco profonde.
Raccogliendo una fitta rete di rilevamenti acustici, i topografi possono costruire modelli digitali del terreno ad alta risoluzione che rivelano la morfologia del fondale marino su scala dettagliata. Questi modelli dettagliati mostrano onde di sabbia, scogliere rocciose e zone di erosione localizzate che potrebbero risultare difficili o impossibili da rilevare in modo affidabile con sporadici rilevamenti a fascio singolo.
I settori dell’eolico offshore, del petrolio e del gas si avvalgono di apparecchiature di rilevamento multibeam per progettare le fondazioni delle turbine, tracciare il percorso dei cavi sottomarini e ispezionare le condotte. Durante i rilievi delle condotte, il sonar a scansione multibeam mappa l’allineamento della condotta e contribuisce a identificare campate libere pericolose, punti esposti o erosioni localizzate del fondale marino.
Un sonar a scansione multibeam 3D è in grado di mappare relitti storici e siti archeologici sommersi senza entrare in contatto fisico con essi. L’esecuzione di più passaggi da diverse angolazioni riduce le ombre acustiche, consentendo ai ricercatori di ricostruire complesse strutture verticali e di monitorare siti delicati per individuare eventuali deterioramenti fisici e cambiamenti ambientali.
La combinazione della batimetria multibeam con la retrodiffusione acustica calibrata consente agli scienziati di mappare gli habitat marini e classificare gli ecosistemi del fondale marino. Inoltre, i sistemi dotati di funzionalità di imaging della colonna d’acqua sono in grado di acquisire i segnali di ritorno dalla colonna d’acqua per monitorare fuoriuscite di gas, pennacchi idrotermali e strati di diffusione biologica.
Il panorama della mappatura acustica sottomarina è in rapida evoluzione, trainato da diverse tendenze tecnologiche chiave:
Questi continui progressi tecnologici stanno ampliando le potenzialità dei sensori multibeam oltre quelle degli strumenti di misurazione convenzionali, consentendo flussi di lavoro di rilevamento più adattivi, la valutazione dei dati in tempo reale e una maggiore autonomia su piattaforme sottomarine opportunamente equipaggiate.
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