INSPECTION SUBAQUATIQUE GEOREFERENCEE AVEC AQUA-METRE R300-NG ET LA NOUVELLE BOUEE RTKDuo

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1 P.L.S.M. BP Jouy en Josas France Phone : Fax : INSPECTION SUBAQUATIQUE GEOREFERENCEE AVEC AQUA-METRE R300-NG ET LA NOUVELLE BOUEE RTKDuo Bouée RTKDuo sur le barrage Manic5 (HydroQuébec) Document référence : fr

2 Sommaire 1 Option bouée RTKDuo pour AQUA-METRE R300NG Description du matériel Unité Interface Survey Bouée RTKDuo Valise de transport pour bouée RTKDuo et Interface Survey Système de positionnement acoustique AQUA-METRE R300NG AQUA-METRE R300-NG + bouée RTKDuo : précision attendue Fonctionnalités du Logiciel AQUA-CAD Historique du Document Page 2 /14

3 1 Option bouée RTKDuo pour AQUA-METRE R300NG La nouvelle bouée RTKDuo associée au système USBL AQUA-METRE R300-NG constitue un système de positionnement géoréférencé précis et très simple de mise en œuvre pour les applications en eaux intérieures (fleuve, lac, barrages,...) et chantiers côtiers (le système peut également être utilisé en pleine mer à condition de disposer d'une source de corrections GPS adaptée à la précision recherchée, ou bien de se contenter de la précision SBAS au lieu du RTK). La configuration typique en utilisation côtière ou eaux intérieures apparaît ci-après: Bouée RTKDuo, configuration typique Mode de fonctionnement Après la phase d'initialisation, qui consiste principalement à définir la position de l'antenne de référence GPS-RTK, toutes les interrogations des pointeurs via la bouée RTKDuo sont géoréférencées en utilisant la position RTK de la bouée, les roulis et tangage mesurés par la mini-centrale d'attitudes, ainsi que le cap RTK (nord vrai grâce aux deux antennes RTK et au lissage par le filtre de Kalman de la centrale d'attitude), Ainsi, les coordonnées locales relatives acoustiques mesurées par la Base R300NG sont géoréférencées et transmises au programme AQUA-CAD via la liaison radio-modem au Page 3 /14

4 format standard $GGA. AQUA-CAD traite ces messages en appliquant la projection cartographique sélectionnée par l'utilisateur, les coordonnées cartographiques obtenues sont alors soit affichées dans le dessin CAO de l'outil BricsCAD (compatible.dwg) étroitement couplé à AQUA-CAD, ou bien retransmises vers une autre application tournant sur le PC (via protocole Ethernet-UDP ou port COM virtuel) ou vers un autre PC (port COM physique). Projections Cartographiques Quand l'outil de CAO BricsCAD (compatible.dwg) est utilisé conjointement avec AQUA-CAD, l'utilisateur doit sélectionner le type de projection cartographique à utiliser. Différents types sont proposés: depuis la simple projection ENU (East, North, Up pour projection locale avec axe X vers l'est, Y vers le nord vrai et Z vertical), jusqu'à l'ensemble des projections UTM, nord/sud, zones 1 à 60. L'utilisateur peut également se raccrocher à un repère local lié à la structure (mais obligatoirement un repère orthonormé direct avec Z vertical) avec le mode de rattachement cartographique sur deux points pivot/levier proposé par AQUA-CAD. Altitude Les messages $GGA générés par le système contiennent l'altitude par rapport au niveau moyen des mers (MSL pour Mean Sea Level), ainsi que la hauteur de ce niveau moyen par rapport à l'ellipsoide de référence (WGS84). Lorsque le MiniPointeur R300-NG est utilisé, celui-ci est équipé d'une sonde de pression de précision (erreur totale <0,05 % de la pleine échelle de 10 ou 30 bars au choix), il est alors possible de mesurer une profondeur précisément et de la relier soit à un niveau de référence fixe (plan d'eau sans marée), soit à la marée mesurée par la bouée en lissant le Z RTK sur plusieurs minutes. Ainsi, le Z mesuré par la sonde de pression du MiniPointeur R300-NG est corrigé automatiquement de la marée (plus besoin de marégraphe). Corrections différentielles RTK Dés que la position de l'antenne de référence RTK a été définie, l'interface Survey envoie automatiquement par radio-modem les corrections différentielles RTK à la bouée RTKDuo, et cela de façon transparente pour l'utilisateur. Avec AQUA-CAD, il est également possible de choisir une autre source de corrections différentielles RTK, notamment des corrections issues d'un réseau de stations de référence et disponible via internet (protocol NTRIP notamment). Autonomie, mode veille En mode actif, l'autonomie de la bouée RTKDuo dépasse trois jours de travail de 12 heures (avec mode veille la nuit). Pour activer le mode veille de la bouée, il suffit d'éteindre le radio-modem de l'interface Survey, la bouée entrera alors en mode veille 30 secondes après. Pour réactiver la bouée, il suffit alors de remettre en marche le radio-modem. L'autonomie en mode veille est d'au moins un mois. Amortisseur de houle, construction mécanique La bouée RTKDuo est équipée d'un amortisseur de houle conçu par PLSM. Ce dispositif très rustique, mais non moins efficace, est constitué d'un flotteur coulissant amorti par un ressort inoxydable (inox 316L). La structure de la bouée est construite à partir de tubes carbone-epoxy stratifiés (et non pultrudés), ce matériau offre le meilleur compromis entre poids et rigidité. Page 4 /14

5 2 Description du matériel 2.1 Unité Interface Survey L'unité Interface Survey inclut: - un récepteur GPS-RTK pour l'établissement d'une station de référence, - un radio-modem UHF pour communiquer avec la bouée RTKDuo, - un microcontrolleur pour gérer l'interface et les communications via USB avec le PC, - une unité d'incrustation vidéo pour ajouter les coordonnées et la date/heure aux vidéo d'inspection (inspections par ROV notamment), - une interface directe par câble pour une Base ou Pointeur R300/3000 (pour de futurs besoins). Interface Survey, face arrière avec les connecteurs Page 5 /14

6 Interface Survey : spécifications Paramètre Electrique Tension d'alimentation/puissance: Connecteur d'alimentation: Interface: Compatibilité OS: Mecanique Dimensions: Poids: Radio-modem Bande de fréquences: Valeur VAC, 50/60Hz / maximum 15 Watts IE320-C8 femelle (EU ou USA/CANADA disponible) Compatible USB1.1 et USB2.0 Driver pour Windows XP-SP3 et Windows 7 (Windows 8bientôt disponible) 20x11,5x7,5 cm (L x l x h) 1,05kg (boîtier seul, sans les câbles) Portée: Antenne, connecteur et type: 868 MHz (EU) ou 915 MHz (USA/CANADA) ISM band (sans licence) >5km (en ligne directe et avec 3dB de pertes dans le câble antenne) TNC femelle / PROCOM ELF 900 ou 870 MHz dipôle Récepteur GPS interne Type: Connecteur antenne: Type d'antenne: ASHTECH MB100 TNC femelle ANTCOM 3G15, 33 ou 40 db LNA (selon câble/pertes) Unité d'incrustation video Type: Format Video: Connecteur: Zone d'affichage: BOB4 de Decadenet (USA) PAL ou NTSC (détection automatique) BNC 75Ω femelle (IN et OUT) jusqu'à 22 lignes de 40 colonnes (suivant standard vidéo) Page 6 /14

7 2.2 Bouée RTKDuo La bouée RTKDuo inclut: - un récepteur GPS RTK à double antenne, permettant de mesurer simultanément la position et le cap (nord vrai) de la bouée, - une mini-centrale d'attitudes (MRU pour Motion Reference Unit) qui mesure le roulis et tangage de la bouée, et lisse le cap RTK en utilisant ses gyromètres internes (fusion de données par filtrage de Kalman), - un radio-modem en bande UHF pour communiquer avec l'interface Survey, - un bloc batteries dans la partie infèrieure (proche de la Base) qui alimente la partie capteurs et la Base AQUA-METRE R300-NG, - un micro-controlleur qui gère l'ensemble des capteurs et la communication avec l'interface Survey. Bouée RTKDuo : spécifications Parametre Mecanique Dimensions: Poids: Materiaux: Radio-modem Frequences: Portée: Antenne: Récepteur GPS interne Type: Antennes: Précision: Centrale d'attitudes (MRU) Type: Precision: Valeur 230 x 115 x 17 cm 13,9kg (sans la base AQUA-METRE R300-BG et son cadre) Tubes Carbone-Epoxy, inox 316L et polymères (pièces de jonction) 868 MHz (EU) ou 915 MHz (USA/CANADA) bande ISM (sans licence) >5km (en ligne directe) Dipôle PROCOM FLX 915 ou 869 MHz ASHTECH MB100 (options RTK Rover et cap interne) 2 x ANTCOM 3G15, 33 db LNA Position RTK: <2cm, cap interne RTK: 0,2 (lissé par les gyromètres de la centrale d'attitudes) Centrale MEM's état solide (Advanced Navigation, Australie) Roulis/Tangage: 0,2 typique (dépend de l'amplitude de la houle) Page 7 /14

8 Batteries internes Type: Autonomie: Durée de Charge: Interfaces Aux. Interface #1: Aux. Interface #2: 10 x NiMh, 10 A.h (Sanyo HRD) >40 heures en mode actif, >1 mois en mode veille < 8 heures USB (principalement pour mises à jour du logiciel bouée), connecteur type Mini-USB femelle Fonction ON/OFF, alimentation externe (12 à 24V) et interface RS232, connecteur type SOURIAU UTS710E6S femelle 2.3 Valise de transport pour bouée RTKDuo et Interface Survey L'ensemble des équipements bouée RTKDuo et Interface Survey, incluant les antennes, câbles, chargeur, accessoires... est livré dans une valise PELICAN 1770 à roulettes. Bouée RTKDuo et Interface Survey dans valise PELICASE 1770 Dimensions externes: 146 x 47 x 29 cm, poids total: 30 kg (l'élément de flottaison est dégonflé pendant le transport afin de gagner de la place) Page 8 /14

9 2.4 Système de positionnement acoustique AQUA-METRE R300NG L'AQUA-METRE R300-NG est un système de positionnement local sous-marin 3D de précision basé sur l'interférométrie acoustique (plus connu sous le générique de système USBL pour Ultra Short Base Line). De part sa haute fréquence de fonctionnement, il est particulièrement adapté à la localisation précise en trois dimensions jusqu'à une distance de 250m de la Base. Une configuration AQUA-METRE R300-NG est constituée d'au moins deux équipements: - La Base, qui mesure les coordonnées 3D locales relatives à son cadre interférométrique, elle est attachée à l'extrémité inférieure de la bouée RTKDuo (cadre interférométrique vers le bas, photo ci-contre) Base AQUA-METRE R300-NG et son cadre interférométrique fixés sur la bouée RTKDuo: - Au moins un Pointeur qui répond aux interrogations de la Base, il est installé à l'arrière du ROV par exemple lors des inspections par ROV (cf photo ci-dessous). MiniPointeur AQUA-METRE R300-NG, seul (photo de droite), et monté sur ROV Falcon SEAEYE (photo de gauche) Page 9 /14

10 Le MiniPointeur R300-NG, utilisé pour les ROV légers, peut être alimenté par ses batteries internes et complètement isolé du circuit électrique du ROV, tous les échanges se font alors par acoustique (télémétrie acoustique). Ceci facilite la mise en œuvre sur un nouveau ROV ou bien sur une structure à positionner (mise en place de colis sur le fond par exemple). Le MiniPointeur R300-NG peut également en option être alimenté par le ROV et interfacé à la surface via un bus RS232 disponible sur le ROV, ceci permet de faciliter et accélérer la communication (messages acoustiques plus lents du fait de la célérité des ondes acoustiques dans l'eau). Caractéristiques principales du système AQUA-METRE R300-NG (se référer au manuel utilisateur pour plus de détails) : Parametre Mecanique Poids Base R300-NG: Poids MiniPointer R300-NG: Valeur 3,3kg dans l'air, 1,96kg en eau douce (incluant le boîtier et le cadre interférométrique) 1,17kg dans l'air, 450g en eau douce (incluant la partie hydrophone) Electrique Base et MiniPointeur : Tension d'alimentation externe : 12 à 24V DC, consommation maxi : 100mA Interface RS232 : 9600, 8, N, 1 Acoustique Bande de fréquences: Portée: Précision: Ecart type: (position fixe) khz (mode #1) / khz (mode #2) 250m en ligne directe sans thermocline Distance: < +/-2,5cm (n'inclut pas l'erreur de célérité) Angles: < +/-0,1 Distance: 1mm Angles: 0,01 Distance: < 6mm Angles: < 0,03 Capteur de pression (MiniPointeur R300-NG) Précision: <0,05% de la pleine échelle, typiquement meilleur que 0,025% Autonomie des batteries Base R300-NG: MiniPointer R300-NG: (alimentée par bouée RTKDuo dans cette configuration) >30h en mode actif, >1 mois en veille Résolution: Page 10 /14

11 3 AQUA-METRE R300-NG + bouée RTKDuo : précision attendue La précision du système AQUA-METRE R300-NG associé à la bouée RTKDuo dépend de plusieurs paramètres dont: - la précision de mesure de positionnement GPS-RTK (), - l'erreur de localisation de la position de l'antenne RTK de référence, - l'erreur de mesure de roulis/tangage et cap, - l'erreur de mesure du segment acoustique (AQUA-METRE R300-NG), Une estimation de l'erreur verticale (altimétrie) et horizontale (planimétrie) figure dans les tableaux suivants en fonction de la profondeur et de la distance horizontale entre le MiniPointeur et la Base (bouée): Egalement estimée dans le tableau suivant, l'erreur verticale (altimétrie) lorsque la sonde de pression de précision est utilisée pour la mesure de l'altitude (dans ce cas, l'erreur verticale est indépendante de la distance Base-MiniPointeur): Comme tous les systèmes USBL, il faut minimiser la distance Base-MiniPointeur pour obtenir la meilleure précision. Page 11 /14

12 4 Fonctionnalités du Logiciel AQUA-CAD AQUA-CAD est un logiciel dédié à la gestion et à l'utilisation d'une configuration d'équipements AQUA-METRE R300/R3000 pour le positionnement subaquatique. AQUA-CAD permet de définir la configuration (une à plusieurs Bases, un à plusieurs Pointeurs), d'activer les équipements, de les utiliser et d'exploiter les résultats. AQUA-CAD est étroitement associé au logiciel de CAO BricsCAD (compatible.dwg) qui permet d'afficher un modèle 3D de la structure inspectée (barrage, pont ou fond de carte avec bathymétrie par exemple) et le déplacement du ROV en temps réel avec possibilité de laisser des traces du passage sur les zones inspectées. AQUA-CAD permet également de gérer l'unité d'incrustation vidéo intégrée à l'interface Survey afin d'afficher les coordonnées X, Y, Z, la date, l'heure et un commentaire de l'utilisateur. AQUA-CAD offre également la possibilité d'envoyer les coordonnées mesurées au format NMEA ($GGA ou autre) vers un port COM physique, un port COM virtuel ou un port UDP Ethernet. Fenêtre principale AQUA-CAD Page 12 /14

13 Logiciel BricsCAD couplé avec AQUA-CAD BricsCAD est un logiciel de CAO complètement compatible avec Autocad (lecture et enregistrement au format.dwg-2013 et antérieur), il s exécute parallèlement à AQUA-CAD et est étroitement lié de façon logiciel à ce dernier : la structure 3D à inspecter, ou bien le fond de plan/carte est chargé dans BricsCAD, les mesures sont affichés dans BricsCAD en temps réel, le dessin du ROV peut être défini au préalable par l'utilisateur (dessin.dwg), il est possible de laisser des traces permanentes ou non pour chacune des mesures (traces des lignes d'inspection par exemple). AQUACAD génère plusieurs calques différents sur lesquels il place les mesures pour faciliter le tri ultérieur, l'utilisateur peut également définir les couleurs des traces correspondant aux différentes phases de l'inspection. L'utilisateur garde toujours la main en «manuel» sur BricsCAD et peut tracer des entités, supprimer des entités, mesurer des distances, surfaces,...tout ce qu'il est possible de faire avec un logiciel de CAO compatible.dwg. Exemple de vue 3D pendant une inspection de parement de barrage (détail du ROV agrandi) La bouée RTKDuo ainsi que la position de l'antenne de référence sont également affichées dans le dessin CAO, ainsi l'utilisateur peut vérifier et anticiper le déplacement de la bouée afin d'optimiser la portée et la précision du système. Page 13 /14

14 5 Historique du Document Document numéro Date Modifications fr 10/11/2014 Création du document Page 14 /14