Tecnología LiDAR submarina para cartografía y topografía marinas

Escáner LiDAR submarino Yellowscan Navigator

El LiDAR submarino (Detección de luz y medición de distancia) es una tecnología de teledetección que utiliza luz láser para detectar y cartografiar características submarinas con gran precisión. A diferencia del sonar tradicional, que se basa en ondas sonoras, el LiDAR utiliza pulsos láser. Estas longitudes de onda, normalmente verdes o azules, penetran eficazmente en el agua para medir distancias a elementos del fondo marino, estructuras submarinas o partículas en suspensión. Esto permite crear mapas tridimensionales de alta resolución del fondo oceánico, instalaciones portuarias, arrecifes de coral y yacimientos arqueológicos sumergidos.

Las adaptaciones para entornos acuáticos incluyen carcasas resistentes al agua, emisores láser mejorados, componentes ópticos como fotodetectores optimizados para condiciones de poca luz bajo el agua e integración con otras herramientas de prospección marina. Los sistemas pueden incluir sistemas de refrigeración para garantizar la estabilidad del rendimiento, electrónica de temporización para una medición precisa de los impulsos y sistemas de adquisición de datos para gestionar grandes volúmenes de datos recogidos.

¿Cómo funciona el LiDAR bajo el agua?

El LiDAR submarino funciona emitiendo un pulso láser y midiendo el tiempo que tarda la luz reflejada en volver de las superficies submarinas. Se requieren consideraciones especiales porque la luz se comporta de forma diferente en el agua que en el aire, sufriendo refracción, dispersión y absorción. Los sistemas suelen integrarse con unidades de medición inercial (IMU), módulos GPS y señales de corrección RTK para proporcionar un posicionamiento preciso y compensar el movimiento.

Los modelos avanzados incluyen escáneres láser y LiDAR submarinos montados en vehículos operados por control remoto (ROV), vehículos submarinos autónomos (AUV) o embarcaciones de superficie. Estas configuraciones suelen incluir una plataforma de estabilización para contrarrestar el movimiento y una unidad de almacenamiento de datos para gestionar los extensos conjuntos de datos generados durante las operaciones de cartografía.

Aplicaciones del LiDAR submarino

El LiDAR submarino se utiliza en diversas aplicaciones científicas, comerciales y de defensa. Su capacidad para proporcionar datos precisos, en tiempo real y de alta resolución lo hace indispensable en numerosos campos:

Topografía y cartografía marina

Los sistemas LiDAR realizan levantamientos submarinos para ingeniería costera, evaluaciones de impacto ambiental y desarrollo de infraestructuras. Los sistemas LiDAR batimétricos pueden producir mapas batimétricos detallados esenciales para el modelado hidrodinámico, el análisis del transporte de sedimentos y la planificación de puertos.

Inspección de tuberías y supervisión de infraestructuras submarinas

Los operadores de petróleo y gas utilizan LiDAR para inspeccionar tuberías y cables submarinos. Los escaneados de alta resolución revelan daños, deformaciones o acumulación de sedimentos a lo largo de las tuberías. Este método no es invasivo ni destructivo y permite una supervisión constante con una interrupción mínima de las operaciones.

Arqueología marina y exploración de naufragios

El LiDAR submarino desempeña un papel fundamental en el descubrimiento y la documentación de yacimientos arqueológicos sumergidos. Su capacidad para producir topografías detalladas ayuda a preservar yacimientos históricos y apoya la investigación de la antigua actividad marítima.

Vigilancia medioambiental y cartografía de hábitats

Los biólogos marinos y los conservacionistas emplean el LiDAR para la vigilancia de arrecifes, la cartografía de praderas marinas y el análisis del hábitat de los peces. Su naturaleza no destructiva es ideal para ecosistemas frágiles y permite realizar mediciones repetidas a lo largo del tiempo para detectar cambios.

Inspección de presas y gestión de embalses

Los sistemas LiDAR se utilizan para inspeccionar partes sumergidas de presas y embalses. Estos sistemas detectan grietas, acumulación de sedimentos y deformaciones estructurales, a menudo en zonas de difícil acceso para los buceadores.

Detección de minas submarinas y seguridad

Los organismos militares y de seguridad utilizan LiDAR para la detección de minas submarinas, la seguridad de puertos y puertos y misiones de reconocimiento. La velocidad y precisión del LiDAR submarino permiten la identificación segura de amenazas en entornos submarinos complejos.

Investigación oceanográfica y estudios batimétricos

Los científicos oceánicos utilizan LiDAR para crear mapas de alta resolución del fondo del océano, ayudando a avanzar en nuestra comprensión de las características geológicas, las crestas submarinas y los patrones de sedimentos. Estos datos sirven de apoyo a iniciativas más amplias en las ciencias del clima y la ecología marina.

Tecnologías de apoyo

Los sistemas LiDAR submarinos rara vez funcionan de forma aislada. Forman parte de sistemas integrados que combinan sistemas de navegación, sistemas de referencia de actitud y rumbo (AHRS) y sistemas de posicionamiento para mantener una captura de datos precisa. Estas tecnologías corrigen el cabeceo, el balanceo y la guiñada, garantizando la precisión espacial de los resultados cartográficos.

Las interfaces de comunicación permiten la transmisión de datos en tiempo real, mientras que el software de control interpreta los datos brutos en modelos y visualizaciones utilizables. Los sistemas también se basan en una combinación de módulos telémetros, emisores láser submarinos y fotodetectores para optimizar el rendimiento en distintas condiciones ambientales. Para las misiones prolongadas, en particular las que utilizan AUV o plataformas basadas en buques, es esencial contar con un sólido sistema de adquisición de datos que garantice la conservación de toda la información recopilada para su análisis.

Tipos de sistemas LiDAR submarinos

Los escáneres submarinos Insight de Voyis se basan en una forma de LiDAR

Dependiendo de la aplicación, se pueden utilizar diferentes tipos de sistemas LiDAR submarinos:

• Sistemas LiDAR 3D: Ofrecen imágenes tridimensionales completas, especialmente útiles para la cartografía del terreno y la inspección de infraestructuras.
• LiDAR batimétrico: Especialmente diseñado para medir la profundidad y crear mapas batimétricos. Estos sistemas pueden ser aéreos o submarinos.
• Escáneres láser submarinos: Unidades compactas que proporcionan escaneados detallados de objetos o superficies cercanos, a menudo utilizados en áreas confinadas o durante inspecciones detalladas.
• Sistemas combinados sonar-LiDAR: En las configuraciones híbridas, el sonar puede utilizarse para aguas más profundas o turbias, mientras que el LiDAR proporciona detalles en zonas más claras y menos profundas.

LiDAR submarino vs Sonar

Aunque tanto el LiDAR como el sonar se utilizan para la detección submarina, funcionan con principios fundamentalmente diferentes. El sonar utiliza ondas acústicas y suele ser más eficaz en aguas turbias o profundas. El LiDAR, por su parte, proporciona una resolución mucho mayor en aguas más claras y es ideal para aplicaciones que requieren detalles finos, como la arqueología subacuática o la inspección de infraestructuras a corta distancia.

El LiDAR ofrece una velocidad de adquisición de datos mucho más rápida y se ve menos afectado por el ruido de fondo en el entorno marino. Sin embargo, puede verse limitado por la claridad del agua, ya que su rendimiento disminuye en aguas turbias o con muchas partículas.

El creciente alcance del LiDAR submarino

Al proporcionar representaciones tridimensionales de alta resolución de entornos sumergidos, permite tomar mejores decisiones en campos que van desde la vigilancia medioambiental hasta la defensa y las infraestructuras. Cuando se integra con tecnologías complementarias como GNSS, AHRS y sistemas de posicionamiento en tiempo real, el LiDAR submarino se convierte en una herramienta fundamental para el científico marino moderno. Con los continuos avances en emisores láser, fotodetectores y algoritmos de procesamiento de datos, su utilidad y gama de aplicaciones no harán sino aumentar, ayudando a cartografiar el fondo oceánico y a salvaguardar los entornos marinos con más precisión que nunca.