Sensor de bajo costo registra el nivel de los ríos

Investigadores de la Universidad de Bonn han desarrollado un método que permite monitorear el nivel del agua de los ríos las 24 horas del día. El sensor rentable es adecuado, por ejemplo, para sistemas de alerta de inundaciones en toda el área. El estudio ha sido publicado en la revista Investigación de recursos hídricos.

Existe una amplia gama de métodos para determinar el nivel de un curso de agua, desde los más simples (por vara de medir o escala de personal) hasta soluciones avanzadas de radar. Pero todos tienen un problema: la mayoría de los dispositivos de medición pueden dañarse debido a la exposición directa al alto nivel del agua, muchos no permiten el monitoreo continuo, la lectura remota es difícil o simplemente son demasiado caros.

Sin embargo, en Wesel, en el Bajo Rin, un dispositivo de medición que no tiene estas desventajas ya está en servicio desde hace dos años: es rentable, confiable y capaz de transmitir continuamente el nivel del agua a un centro de evaluación a través de la comunicación móvil. En principio, esto significa que dicho sensor es adecuado para proporcionar una red densamente distribuida para sistemas de alerta de inundaciones y sequías.

«El núcleo de nuestro dispositivo es un receptor y una antena GNSS de bajo costo», explica el Dr. Makan Karegar del Instituto de Geodesia y Geoinformación de la Universidad de Bonn. Este es un sensor que convencionalmente puede determinar la posición de su ubicación con una precisión de varios metros. Lo hace utilizando los satélites GPS de EE. UU. y sus homólogos rusos, GLONASS.

«Sin embargo, las señales satelitales también se pueden usar para medir la altura de la antena GNSS sobre la superficie del río», dice Karegar.

Las señales reflejadas proporcionan información sobre el nivel del agua

Esto se debe a que las ondas transmitidas por los satélites son parcialmente captadas directamente por la antena. El resto se refleja desde el entorno cercano (en este caso la superficie del agua) y llega al receptor a través de un desvío. Esta parte reflejada, por lo tanto, viaja más tiempo. Cuando se superpone a la señal recibida directamente, forma ciertos patrones llamados interferencia. Estos se pueden utilizar para calcular la distancia entre la antena y el nivel del agua.

«Podemos conectar la antena GNSS a cualquier estructura, ya sea un puente, un edificio, un árbol o una valla junto al río», explica Karegar. «A partir de ahí, puede medir el nivel del río las 24 horas del día sin contacto, con una precisión de alrededor de 1,5 centímetros en promedio. Y, sin embargo, es menos probable que sufra daños durante inundaciones extremas». La precisión del método no coincide con la de un sensor basado en radar. Sin embargo, es completamente suficiente para el uso previsto. Por poco menos de 150 euros, el dispositivo también es considerablemente más barato que su homólogo avanzado.

La antena GNSS está conectada a una microcomputadora llamada Raspberry Pi. «El dispositivo tiene aproximadamente el tamaño de un teléfono inteligente pequeño; sin embargo, tiene suficiente potencia para calcular los niveles de agua a partir de datos sin procesar», informa la Prof. Dra. Kristine Larson del Instituto de Geodesia y Geoinformación. Gracias a su flexibilidad y bajo consumo de energía, la microcomputadora es muy popular entre los aficionados, quienes la utilizan para realizar una amplia variedad de proyectos. Puede ser alimentado por celdas solares y luego funciona completamente solo. También puede transmitir sus datos a través de la red móvil.

Reproducción de información en Internet

«El software que escribimos es de código abierto», explica Larson. «Así que puede ser utilizado por cualquier persona de forma gratuita». Los investigadores también ponen a disposición en Internet toda la información sobre su proyecto. Por lo tanto, las partes interesadas pueden reproducir fácilmente el dispositivo de medición.

Sin embargo, el proceso tiene una desventaja: solo es adecuado para ríos con un ancho de al menos 40 metros. «Este es el radio más pequeño desde el cual la antena puede recibir la señal satelital reflejada», dice Karegar. «Si el curso de agua es demasiado estrecho, la mayoría de las señales reflejadas provienen de la tierra». Pero los involucrados planean optimizar aún más su código de evaluación. Esperan que esto les permita obtener resultados fiables para ríos más pequeños como el Ahr en Alemania, que experimentó graves inundaciones en 2021.