27 juin 2019

Bathymétrie et détection d’objets : quel équipement choisir?

Géolocation bathymétrie détection d'objets

La bathymétrie est une science permettant de mesurer le relief des fonds marins. Autrement dit, elle est à l’eau ce que la topographie est à la terre. Qu’il s’agisse d’une étude hydrologique sur l’écoulement d’une rivière, de la cartographie du fond de l’océan ou de l’inspection d’un canal de navigation, plusieurs solutions sont applicables. De ce fait, de nombreuses applications en découlent, notamment la détection d’objets. Nous souhaitons étudier ici deux équipements spécifiques à cette pratique : l’échosondeur multifaisceaux  et le sonar à balayage latéral. Quelles sont leurs forces et faiblesses? Réponses ici.

L’échosondeur multifaisceaux (ESMF)

L‘ESMF est un sondeur bathymétrique qui mesure simultanément plusieurs hauteurs d’eau sous le navire selon une bande orientée bâbord/tribord. Son fonctionnement est basé sur la rétrodiffusion de la mesure de la réflectivité, et il est fixé directement sous la coque de l’embarcation. On peut faire l’analogie avec le fonctionnement du LiDAR aérien qui lui, balaye le sol ligne par ligne. Grâce à sa capacité de pénétration, il peut couvrir un large territoire et a une autonomie de plusieurs kilomètres. Par contre en détection d’objets, la résolution et l’étendue d’acquisition de l’échosondeur multifaisceaux sont limitées. Ceci s’explique par l’emplacement de sa zone de détection efficace près du nadir de son transducteur (convertisseur de signal). D’autre part, la fonction d’imagerie du dispositif ne recueille aucune ombre car le capteur est localisé directement sous le bateau. Ainsi, la reconnaissance d’obstacles par bathymétrie s’effectue ici uniquement par l’analyse des ondes reçues, et non par les images. Un post-traitement est aussi nécessaire avant de visualiser les données, notamment pour produire un modèle numérique de terrain précis.

Le sonar à balayage latéral (SBL)

Le sonar à balayage latéral est également un dispositif de bathymétrie. Il utilise quant à lui l’intensité du retour du signal comme mesure des profondeurs. À la différence de l’ESMF, il est habituellement remorqué derrière un navire, ce qui lui assure une meilleure manœuvrabilité. En effet, il est possible d’ajuster la profondeur de l’instrument par rapport au fond marin, et ainsi la largeur d’acquisition. Cela permet alors d’obtenir une imagerie d’une meilleure constance, car l’appareil peut s’adapter aux variations de pentes. Comparativement, l’ESMF ne peut que capter l’intensité de rétrodiffusion lorsqu’elle atteint la coque du navire. La précision du SBL est toutefois inférieure que pour l’ESMF. En effet, le calcul de sa position s’obtient par trigonométrie et nécessite un rattachement au système du navire avec les incertitudes applicables. Cependant, c’est un outil efficace pour la détection ou l’inspection d’objets car les ombres sont facilement identifiables sur les images.

Complémentarité du SBL et de l’ESMF en bathymétrie

Dans chacun des cas, les données bathymétriques recueillies sont de très grande qualité, l’imagerie résultante du sonar est toutefois meilleure. L’utilisation simultanée de ces deux instruments sur la coque permet de coupler la précision de l’ESMF avec la haute résolution des images du SBL. Cette combinaison est une solution très avantageuse pour la qualité et le coût, qu’il s’agisse de levés détaillés de ports, de canaux, de rivières et autres zones peu profondes. Profitant de la miniaturisation des composantes, ces deux équipements peuvent s’embarquer sur des plateformes de dimensions réduites comme une chaloupe ou un bateau gonflable. Notamment, à bord de bateau sans pilote, l’accès à des zones contraignantes n’est plus un risque pour les opérateurs.

 

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SOURCES

– M. B. Brissette and J. E. Hughes Clarke, Side scan versus multibeam echosounder object detection : a comparative analysis,

– SEABED HABITAT, Multibeam backscatter vs. sidescan sonar imagery, https://seabedhabitats.org/2014/02/16/multibeam-backscatter-vs-sidescan-sonar-imagery/, novembre 2016

– LE SHOM, Les outils d’acquisitions : Sonar latéral, sondeurs multifaisceaux, http://www.shom.fr/les-activites/activites-scientifiques/sedimentologie/imagerie-acoustique/#, novembre 2016.

– F. Pohner, J. O. Bakke, K. E. Nilsen, T. Kjaer, Integrating imagery from hull mouinted sidescan sonars with multibeam bathymetry, Kongsberg Maritime.

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