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https://hdl.handle.net/10216/135406| Author(s): | Diogo André Mesquita Teixeira |
| Title: | Tracking and Mapping of the Douro River Plume with an AUV |
| Issue Date: | 2021-07-23 |
| Abstract: | In this thesis, we present an algorithm for an AUV (Autonomous Underwater Vehicle) to autonomously track and map the front of the Douro river plume (Porto, Portugal). The plume's front is characterized by a steep gradient of the salinity field and is trackable in real-time by measuring salinity with a CTD (Conductivity Temperature Depth) sensor. The river discharge flows into the ocean carrying sediments, nutrients, and even pollutants that will interact and disperse in the ocean water (with higher salinity and density). These elements propagate with the plume, a less dense water layer flowing on top of the ocean water. For this reason, it is important to study and map the dynamics of the plume, which will help predict its influence on the coastal areas. The study of river plumes has been typically done with the help of research vessels or remote sensing products, provided by drone or satellite imagery. These methods are logistically difficult,expensive, lack the required spacial and temporal resolutions and are not synoptic. The AUV performs an adaptive zigzag-like approach to follow and autonomously track the front, while performing a typical yo-yo trajectory in the vertical plane to sample the plume in 3D. This approach is inspired by previous work done by the Laboratório de Sistemas e Tecnologia Subaquática (LSTS) on the Douro river. Background information on plume models and the Douro river plume are presented in preparation for discussing the state of the art on adaptive sampling of different marine features using autonomous vehicles. The formulation of the problem, organized into several sub-problems, is presented next along with a discussion of the proposed approach. The approach for the tracking algorithm is documented as well as the development of a simulation environment to validate the results using a numerical model that accurately simulates the plume. Following the implementation of the algorithm in the LSTS toolchain, this software will support the deployment of the vehicle. Finally, we discuss the results and future prospects of the system. |
| Description: | Nesta tese, apresentamos um algoritmo para um AUV (Autonomous Underwater Vehicle) mapear e seguir de forma autónoma a frente da pluma do Rio Douro (Porto, Portugal). A frente da pluma é caracterizada pelo um elevado gradiente no campo de salinidade e é seguida em tempo real com recurso a medições de salinidade com um sensor CTD (Conductivity Temperature Depth). A descarga do rio flui para o oceano transportando sedimentos, nutrientes e até poluentes que irão interagir e dispersar na aguá oceânica (com maior salinidade e densidade). Estes elementos propagam-se com a pluma, uma camada de água menos densa fluindo sobre a água oceânica. Por este motivo, é importante estudar e mapear a dinâmica da pluma, o que ajudará a prever a sua influência nas áreas costeiras. O estudo de plumas é, geralmente, realizado com a ajuda de navios ou sensores remotos, facilitados por drones ou imagens de satélite. Estes métodos são logisticamente difíceis, caros, não possuem as resoluções espaciais e temporais necessárias e não são sinópticos. O AUV executa uma trajetória adaptativa em ziguezague para seguir e mapear de forma autónoma a frente, enquanto executa uma trajetória típica em yoyo no plano vertical para amostrar a pluma em 3D. Esta abordagem é inspirada em trabalhos anteriores realizados pelo Laboratório de Sistemas e Tecnologia Subaquática (LSTS) no rio Douro. Informações necessárias sobre modelos de plumas e a pluma do rio Douro são apresentadas em preparação para discutir o estado da arte em "adaptive sampling" de diferentes fenómenos marinhos usando veículos autónomos. A formulação do problema, organizado em vários subproblemas, é apresentada, juntamente com uma discussão sobre a abordagem proposta. A realização do algoritmo de tracking é documentado, bem como o desenvolvimento de um ambiente de simulação para validar os resultados utilizando um modelo numérico que simula a pluma. Seguidamente, é descrita a implementação do algoritmo na toolchain do LSTS, este software dará suporte à implementação do veículo. Finalmente, discutimos os resultados e as perspectivas futuras do sistema. |
| Subject: | Engenharia electrotécnica, electrónica e informática Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering |
| Scientific areas: | Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering |
| DOI: | 10.34626/shka-1k68 |
| TID identifier: | 202819183 |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/135406 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | openAccess |
| Appears in Collections: | FEUP - Dissertação |
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| 486802.pdf | Tracking and Mapping of the Douro River Plume with an AUV | 27.77 MB | Adobe PDF | ![]() View/Open |
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