Algoritmo para caracterizar el oleaje a bordo de boyas de deriva

Abstract

Actualmente, se llevan a cabo muchos trabajos sobre la superficie marina, que, por norma general, tiene unas características variables dependiendo de la zona geográfica que se estudie. Conocer el comportamiento del océano puede ayudar a prevenir situaciones de peligro para el personal de trabajo en estas áreas. De esta forma, conociendo los datos del estado de la superficie marina se puede realizar un diseño, tanto estructural para el caso de construcciones o de planificación de rutas para travesías de los barcos, se pueden prever tragedias futuras. En este trabajo de final de máster, se busca el diseño de un sistema de boyas de deriva capaz de monitorizar el estado del mar a partir de la estimación de la altura y periodo del oleaje, enviando los datos mediante conexiones satelitales o por cobertura móvil cuando esté disponible, aprovechando el avance del IoT sobre las zonas marítimas. El proyecto se enfocará en el diseño e implementación del algoritmo, situado en las boyas desplegadas, el objetivo de este es caracterizar el oleaje por su altura y periodo a partir de las mediciones de aceleración obtenidas desde una IMU. Para desarrollar el algoritmo se diseñó e implementó en MATLAB una simulación capaz de modelar tanto el oleaje como el movimiento realista de una boya frente a dicho oleaje. De este modo, se realizaron múltiples pruebas para estimar con precisión el comportamiento del mar y validar el correcto funcionamiento del algoritmo. Una vez implementado el algoritmo de estimación, se procederá a probar su eficacia mediante una IMU real sometida a un movimiento vertical, buscando simular el movimiento de un oleaje, para poder analizar los resultados de la estimación en diversas pruebas físicas.

Currently, much work is being carried out on the ocean surface, which exhibits variable characteristics based on the geographic area. A thorough understanding of ocean behavior is crucial for preventing dangerous situations for personnel working in these environments. By knowing the sea surface conditions, we can optimize structural designs for marine construction and refine route planning for ship crossings, ultimately averting potential tragedies. This master’s thesis focuses on designing a drifting buoy system to monitor sea state by estimating wave height and period. The system will transmit data via satellite connections or, when available, mobile coverage, leveraging advancements in IoT for maritime zones. The project will specifically address the design and implementation of an embedded algorithm within these buoys. This algorithm’s primary objective is to characterize waves by their height and period using acceleration measurements obtained from an IMU. To develop this algorithm, a MATLAB simulation was designed to model both waves and the realistic motion of a buoy subjected to them. Multiple tests were conducted to accurately estimate sea behavior and validate the algorithm’s functionality. Once the estimation algorithm is implemented, its efficacy will be tested using a real IMU subjected to vertical motion, simulating wave movement. This will allow to analize the estimation results across various physical trials.