Telemetria - Universidade do Algarvecfrg.ccmar.ualg.pt/documents/Acoustic telemetry.pdf · 2008....

Luis Bentes – UAlg

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Telemetria Telemetria acústica

Telemetria

([email protected]) Centro de Ciências do Mar

Coastal Fisheries Research GroupCentro de Ciências do Mar – Universidade do Algarve

Telemetria Acústica refere-se à transmissão de dados através de ondas de som.

Em relação às ondas rádio apresenta a vantagem de ter maior alcance dentro de água e de funcionar em água salgada.

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TelemetriaTelemetria acústica

Conceitos

A utilização da telemetria acústica submarina proporciona uma visão mais ampla e clara da vida submarina

A sua aplicação à biologia permite estudar à distância, em ambientes marinhos, a movimentação, o comportamento e o tipo de habitat utilizado pelos exemplares

marcados.

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Equipamentos(Componentes de um sistema de telemetria)

Transmissores Hidrofones Receptores

(emissão dos sinais) ( detecção e conversão dos sinais) (Detecção e gravação dos sinais)

Um sistema de telemetria acústica é constituído por três componentes principais:

A regra geral para definir a dimensão do transmissor refere como máximo cerca de 1,5 a2% do peso do animal no ar, contudo podem ser mais pesadas no caso de animais maisrobustos (crustáceos por exemplo).

A tendência actual é que os transmissores sejam cada vez mais pequenos podendo comisso reduzir-se o tamanhos dos exemplares marcados.

O tamanho dos emissores é principalmente definido pelo seu diâmetro, existindo depoispara cada categoria de diâmetros vários comprimentos.

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Transmissores

Critérios de escolha:Tamanho; Duração da bateria; Tipo de transmissão; Alcance.

1.Tamanho

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Transmissores1.Tamanho (cont.)

A escolha da duração da bateria deve ser superior em 25% ao tempo total previsto para oestudo, desde modo previne-se a existência de contratempos com a duração do estudo euma intensidade máxima de transmissão.

A escolha da duração da bateria vai também influenciar o tamanho do transmissor, e com isso o seu peso, e ainda a sua potência de emissão.

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Transmissores2. Duração da bateria

3.1 Contínuos

Os transmissores contínuos pingam continuamente, desde o momento em que sãoligados até ao termino da bateria. Existindo em diferentes frequências de transmissão demodo a que possam ser distinguido quando são usados em simultâneo.São principalmente indicados para estudo de telemetria activa.

Os transmissores contínuos podem estar associados a sensores, normalmente deprofundidade e de temperatura, sózinhos ou combinados.

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Telemetria acústica


Transmissores3. Tipo de transmissão

3.1 Codificados

Os transmissores codificados normalmente utilizam uma frequência única, 69 kHz nocaso da “Vemco”, com um esquema de código, R64K.O código R64K consiste num conjunto de sinais que contém o ID do transmissor, esteconjunto de oito sinais, neste tipo de código, e permite a existência de 192000 códigosúnicos de ID.

Para completar o ciclo de transmissão do emissor codificado, logo a seguir ao conjuntode sinais, existe um intervalo de tempo em que o transmissor não emite.

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O tempo de silêncio, ou atraso, permite que outros transmissores transmitam para osreceptores, visto que os receptores só são capazes de distinguir um transmissor de cadavez e em caso de colisão não detectam nenhum.



3.2 Codificados (cont.)

A definição do intervalo de tempo em que o transmissor não emite é um passo fundamental no planeamento experimental.

Existe ainda a opção de programarperíodos de dormência dotransmissor, esta funcionalidade émuito útil para peixes migradores,por exemplo.

A principal vantagem da utilizaçãode transmissores codificados tem aver com o facto de emitirem todosna mesma frequência, permitindoque os receptores sejam maisbaratos.

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3.2 Codificados (cont.)

O alcance dos transmissores é uma função da sua potência de saída.

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Transmissores4. Alcance

Alguns factores que influenciam o alcance dos transmissores:Condições de mar; Fontes de ruídos de origem humana (ecossondas, motores); Fontes deruídos biológicos.

Os teste de alcance tem como objectivo determinar o alcance dos transmissores emfunção do design experimental e preferencialmente em várias situações meteorológicas.Consiste na colocação do transmissor a diferentes distâncias do receptor durante umperíodo de tempo pré-determinado de modo a registar o seu sinal, deste modo édeterminada a probabilidade do transmissor ser detectado a diferentes distâncias.

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EquipamentosTeste de alcance

Tipicamente os resultados obtidos indicam um alcance, em telemetria passiva paratransmissores V9-2L, de cerca 500 metros no mar e de cerca de 150 a 200 metros na riaFormosa.

Para a realização de encomendas de transmissores acústicos é necessário fornecer aseguinte informação:

-Tipo de transmissor;- Bateria e potência de saída;- Frequência;- Código;- Numeração (ínicio, total e incremento);- Atraso.

V7-4L-69kHz-R04K-C200/10/1-D5/15

V7-4L-69kHz-R04K-C210/20/1-D30/90

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EquipamentosEncomenda

Os receptores destinam-se a receber as ondas acústicas e a transformar e armazenar osdados recebidos.

São divididos em dois grandes grupos em função do tipo de telemetria que proporcionam:




Receptores

Passiva Activa

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Receptores (telemetria passiva)Breve históriaEm termos de desenvolvimento dos receptores passivos, tem seassistido a uma enorme evolução, assim, os primeiros receptorespassivos introduzidos no mercado foram os VR1, que permitiamidentificar 256 ID numa única frequência durante 6 meses.Posteriormente surgem os VR2, já com capacidade para detectar65000 ID únicos e estarem submersos mais de um ano.

As evoluções mais recentes são o VR2w, com maior capacidade dememória, 8 Mb, e comunicação simultânea com o pc, até 7 receptores,por bluetooth, para além de um aumento da autonomia (15 meses).Também o VR3 é uma das mais recentes actualizações do sistemaVR2, não sendo mais do que um VR2 acoplado a um sistema decomunicações, actualmente tanto por modem subaquático, comoatravés de satélite argos, utilizando uma bóia à superfície.

Emissor satélite

Modem acústico

VR3

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ConstituintesOs receptores passivos são constituídos essencialmente por umhidrofone, uma porta de comunicação, uma memória flash, bateria eum relógio, tudo inserido numa caixa estanque até 500 metros.

Princípio de funcionamento – alcance e frequênciaOs receptores acústicos passivos utilizam normalmente uma única frequência, tendo umalcance radial de aproximadamente 500 metros de raio em mar aberto e condições calmas eentre 150 e 200 metros em locais confinados, caso da ria Formosa.

Os receptores acústicos passivos funcionam segundo o principio de “captura” e “reposição”.

Receptores (telemetria passiva)

Métodos de fixaçãoA fixação dos receptores acústicos passivos tem de levar em atenção a posição do hidrofone,deste modo eles podem ser fixos com os hidrofones para cima ou para baixo.




Suspenso Fixo





Processos de recolha de dadosA recolha de dados dos receptores acústicos passivos pode ser efectuada através de porta desérie, bluetooth, modem acústico e através de satélite.


Receptores (telemetria activa)

Os receptores activos são principalmente utilizados no seguimento manual de transmissores em tempo real.

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ConstituintesSão constituídos por uma unidade receptora principal e porum hidrofone permitindo a recepção de transmissoressimples e codificados simultaneamente.

Os nossos teste de mar indicam a existência de um alcancede cerca de 1000 metros em condições atmosféricas calmas emar aberto, sendo sempre superior ao alcance dos receptoresacústicos passivos.

Receptores (telemetria activa)

Existem dois tipos de hidrofones disponíveis:

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Hidrofones

Omnidireccionais Direccionais

Designs experimentais

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Designs experimentais – Projectos Gestpesca I e II e Promopesca

Designs experimentais – exemplos segundo Heupel et al, 2006 (Marine and Freshwater Research)

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Análise dos dados

Sistemas de Informação Geográfica (SIG)Dados em bruto (VR2)

Minimum convex polygon (MCP)

Telemetria passiva

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Análise dos dados

Dados em bruto (VH100)

Telemetria Activa

Sistemas de Informação Geográfica (SIG)

Kernel utilization distribution

Date Time Freq (kHz) Type SubMap ID Signal (dB) Gain (dB) Latitude Longitude12-01-2007 13:56:49 69 R04K B 206 53 48 3.700.286 -798.38712-01-2007 13:56:21 69 R04K B 206 41 48 3.700.304 -798.38212-01-2007 13:56:06 69 R04K B 206 53 42 3.700.306 -798.38612-01-2007 13:55:55 69 R04K B 206 53 42 3.700.307 -798.38512-01-2007 13:55:40 69 R04K B 206 51 42 3.700.309 -798.38012-01-2007 13:55:29 69 R04K B 206 56 4212-01-2007 13:50:24 69 R04K B 206 29 48 3.700.312 -798.36312-01-2007 13:50:16 69 R04K B 206 38 4820-12-2006 13:07:17 69 R04K B 206 39 4820-12-2006 13:07:08 69 R04K B 206 39 4820-12-2006 13:06:55 69 R04K B 206 47 4814-12-2006 15:30:31 69 R04K B 206 44 48 3.700.284 -798.40007-12-2006 15:47:29 69 R04K B 215 53 42 3.700.552 -798.89807-12-2006 15:47:06 69 R04K B 222 39 48 3.700.552 -798.89807-12-2006 15:46:37 69 R04K B 215 53 42 3.700.552 -798.89907-12-2006 15:46:23 69 R04K B 219 41 48 3.700.552 -798.898

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Análise dos dadosVariáveis ambientais – temperatura da água, indíce lunar, marés

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EquipamentosMercado Mundial de Equipamento de Telemetria

Web: www.vemco.com – telemetria acústica passiva e activa

Web: www.lotek.com – telemetria acústica passiva e activa

Web: www.htisonar.com –telemetria acústica passiva e activa

Web: www.sonotronics.com – telemetria acústica passiva e activa

http://www.vemco.com/

http://www.lotek.com/

http://www.htisonar.com/

http://www.sonotronics.com/

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Tendências actuais e futuras

TransmissoresDimensões mais reduzidasFrequências mais elevadas

Novos sensores:Mortality Transmitter (3D Accelerometer)pH TransmitterHeart Rate Transmitter

ReceptoresVR3 com novos meio de comunicação (GSM) e VR4 da família VR3 mas com mais capacidadeDetecção a 3D e sub-métricas

Maior compatibilidade entre diferentes marcas, consequência dos projectos globais

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