Apache 4
TitleApache 4 – USV für präzise Hydromessungen
Der Apache 4 ist ein speziell entwickeltes unbemanntes Oberflächenfahrzeug (USV) für hydrographische Messaufgaben in anspruchsvollen Fließgewässern. Durch die Kombination aus integrierter Sensorik, präziser Navigation und stabiler Lageführung ermöglicht das System zuverlässige Strömungs- und Abflussmessungen auch unter schwierigen Umwelt- und Sichtbedingungen. Der folgende Abschnitt bietet einen Überblick über die zentralen technischen Eigenschaften, die den Apache 4 für hydrologische Vermessungen besonders geeignet machen.
TitleAdaptive Strömungs- und Schwebestabilisierung
Das Fahrzeug verfügt über ein autonomes Steuerungssystem, das sich kontinuierlich an wechselnde Strömungsverhältnisse anpasst. Dadurch bleibt der Apache 4 in vorgegebenen Profilen auf Kurs und hält seine Position auch in turbulenten Bereichen sicher. Die integrierte Schwebe- und Lagestabilisierung verbessert die Genauigkeit der Strömungsabschätzung und gewährleistet stabile Start- und Endpunkte für ADCP-Messungen innerhalb eines Querschnitts.
TitlePräzise Positionierung durch GNSS und IMU
Für die Positions- und Lagebestimmung kombiniert der Apache 4 GNSS-Daten mit inertialen Messungen (IMU). Diese Fusion stellt sicher, dass auch bei kurzzeitigem Ausfall des Satellitensignals verlässliche Positionsinformationen vorliegen. Das System gleicht Rumpfbewegungen aus und reduziert Messabweichungen während GNSS-Störungen, beispielsweise unter Brücken. Ergänzend tragen ein Hindernisradar und eine Live-Videodatenübertragung zur sicheren Steuerung bei eingeschränkter Sicht bei. Zudem sorgt ein leistungsstarkes 4G-Modem für uneingeschränkte Netzabdeckung.
TitleEingebautes Einstrahlecholot
Das integrierte Einstrahlecholot erweitert die hydrographischen Einsatzmöglichkeiten des USV. Es dient sowohl der Überprüfung und Ergänzung der ADCP-Bodenverfolgungsdaten als auch der Erfassung von Wassertiefenprofilen. Dadurch können Fließgeschwindigkeits- und Peildaten präzise miteinander verknüpft werden, was die Auswertung von Querschnittsprofilen deutlich unterstützt.
TitleKompatibilität mit gängigen ADCP-Systemen
Der Apache 4 lässt sich mit einer Vielzahl verbreiteter ADCP-Sensoren ausstatten, darunter M9, RTDP 1200, RiverPro oder RiverRay. Das Fahrzeug stellt hierfür die notwendige Energieversorgung, Datenschnittstellen, Netzwerkanbindung und 4G-Übertragung bereit. Durch die geschützte Sensormontage und die zuverlässige Datenintegration entsteht eine robuste Plattform für unterschiedlichste hydrologische Messaufgaben.
TitleFunktionsweise des Apache 4
Das Fahrzeug ist so ausgelegt, dass es vorgeplante Profile und Querschnitte selbstständig abfährt und dabei kontinuierlich hydrologische Messdaten erfasst. Die adaptive Kurs- und Strömungsregelung hält das USV auch bei wechselnden Fließgeschwindigkeiten stabil auf Linie. Dadurch entstehen saubere Tracklines und präzise Querschnittsdaten, ohne dass manuelle Korrekturen notwendig sind.
TitleGekoppelte Tiefen- und Strömungsmessung
Der Apache 4 kann parallel ADCP-Daten zur Strömungserfassung und Echolotdaten zur Bodentopografie aufnehmen. Die simultane Erfassung ermöglicht eine direkte Zuordnung zwischen Strömungsprofil und Tiefenstruktur. Dadurch entstehen vollständige hydrometrische Querschnittsdatensätze, die für Abflussberechnungen oder Veränderungsanalysen benötigt werden.
TitleAblauf eines hydrologischen Projekts
1. Systemkonfiguration und Sensormontage
Vor Ort werden die benötigten Sensoren – typischerweise ADCP und Einstrahlecholot – im vorgesehenen Montagebereich des Fahrzeugs angebracht. Die elektrische und datenbezogene Anbindung erfolgt über standardisierte Schnittstellen. Anschließend werden die Messparameter in der jeweiligen Softwareumgebung eingerichtet.
2. Einsatzplanung
Für den zu untersuchenden Gewässerabschnitt wird eine oder mehrere Fahrtrouten definiert, beispielsweise Querschnittslinien oder profilbasierte Messbahnen. Diese Routen werden in die Missionsplanungssoftware übertragen, die das USV später autonom abfährt. Dabei können Uferabstände, Fahrgeschwindigkeiten und Messintervalle festgelegt werden.
3. Autonomer Messbetrieb
Nach dem Start folgt das Fahrzeug der geplanten Route und überträgt die anfallenden Sensordaten – beispielsweise per Funk oder Mobilfunkverbindung – an die Bodenstation. Die adaptive Steuerung stabilisiert die Fahrt im Profil, gleicht Strömungseinflüsse aus und hält die Position an Messstart- und Endpunkten. Währenddessen werden gleichzeitig Tiefen- und Strömungsdaten erfasst.
4. Datenerfassung und Auswertung
Die aufgezeichneten Daten werden in der Auswertesoftware zu vollständigen Querschnitts- und Strömungsprofilen zusammengestellt. Durch den autonomen Betrieb können Messfahrten effizient durchgeführt werden, was die Personalbindung reduziert und die Wiederholbarkeit der Ergebnisse erhöht. Die gewonnenen Datensätze bilden die Grundlage für Abflussberechnungen, Trendanalysen oder hydrologische Modellierung.
TitleTypische Anwendungen
Der Apache 4 wird in einer Vielzahl hydrologischer und wasserbaulicher Aufgaben eingesetzt, bei denen präzise Strömungs-, Tiefen- und Abflussdaten erforderlich sind. Durch die Kombination aus autonomer Navigation, integrierter Sensorik und stabiler Fahrdynamik eignet sich das System sowohl für Routineuntersuchungen als auch für komplexe Analysen in dynamischen Gewässerbereichen. Die folgenden Anwendungsfelder zeigen typische Einsatzmöglichkeiten des Fahrzeugs.
Bewertung von Überschwemmungsrisiken
Für die Risikoanalyse von Hochwasserereignissen sind verlässliche Informationen über Strömungsverhalten, Querschnittsgeometrie und Abflusskapazitäten notwendig. Der Apache 4 ermöglicht die Erfassung dieser Daten auch bei erhöhten Wasserständen oder eingeschränktem Zugang. Die gewonnenen Messreihen unterstützen hydrologische Modelle, Gefahrenkarten sowie Planungsentscheidungen im Hochwasserschutz.
Sedimenttransport- und Morphologiestudien
Beim Verständnis von Geschiebe- und Schwebstoffprozessen spielen gleichzeitige Messungen von Strömung und Sohlgeometrie eine zentrale Rolle. Das USV kann hierfür kontinuierliche Querprofile aufnehmen, Veränderungen der Flusssohle dokumentieren und Strömungsfelder erfassen. Diese Informationen sind wichtig für Erosionsuntersuchungen, Schifffahrtsrouten, Bauwerksüberwachung und für das Management sedimentbelasteter Gewässerabschnitte.
Strömungsanalysen in Hafen- und Küstenbereichen
Auch in Häfen, Mündungsbereichen oder künstlich beeinflussten Wasserwegen wird der Apache 4 eingesetzt, um Strömungsrichtung, -geschwindigkeit und lokale Turbulenzen zu bestimmen. Solche Daten dienen der Bewertung von Anströmungsverhältnissen an Kaianlagen, der Planung von Infrastrukturmaßnahmen oder der Analyse von Spül- und Erhaltungsstrategien im Hafenbetrieb.
Messung der Flussabflüsse
Die kombinierte Nutzung von ADCP und Echolot ermöglicht die direkte Bestimmung von Durchflussquerschnitten in natürlichen und regulierten Gewässern. Der Apache 4 erfasst dabei sowohl die Strömungsverteilung als auch das zugehörige Tiefenprofil. Diese Messungen werden unter anderem für Wasserhaushaltserfassungen, Pegelbewirtschaftung, Gewässermonitoring und hydrologische Langzeitstudien genutzt.
TitleSpezifikationen des Apache 4
Entdecken Sie die technischen Kernmerkmale des Apache 4: Das leistungsstarke USV-System bietet präzise Sensorik, robuste Navigation und zuverlässige Messperformance für anspruchsvolle hydrologische Anwendungen. Die folgenden Spezifikationen geben einen klaren Überblick über Aufbau, Ausstattung und technische Leistungsdaten des Fahrzeugs.
TitleSpezifikationen des Apache 4
Produkteigenschaften
| Merkmale | |
|---|---|
| Größe (L x B x H) | 1200 mm x 750 mm x 400 mm |
| Material | Hochfeste Kohlefaser |
| Gewicht | 13 kg |
| Maximale Traglast | 40 kg |
| Wellen- und Windschutz | 3. Windstufe und 2. Wellenstufe |
| Rumpfkonstruktion | Dreifach-Rumpf-Schiff |
| GNSS | Interne GNSS-Doppelantenne |
| Wasserschutz | IP67 |
| Tiefgang | 8,6 cm (unbeladen) |
| Anzeigeleuchte | Zweifarbig (Positionierung und Differenzsignal) |
| Kamera | 360°-Rundumvideo |
| Richtungssteuerung | Wenden ohne Steuerungsmotor |
Technische Eigenschaften
| Merkmale | |
|---|---|
| ADCP-Kompatibilität | Kompatibel mit RiverStar, M9, RiverPro, RiverRay, RioGrande and other ADCP |
| Verfügbare Instrumente | ADCP, integriertes kompaktes Mehrstrahl-Echolot, Seitensichtsonar, Wasserqualitätsmonitor, Probenahmebehälter |
| Abstand und Reichweite zur Hindernisvermeidung | 0.2–40 m (H: 112°, V: 14°) |
| Propellertyp | Bürstenloser Gleichstrommotor |
| Motorleistung | 800 W |
| Maximale Motordrehzahl | 7200 ± 5% RPM |
| Li-Ionen-Akku-Kapazität | 32.4 V, 23.1 Ah |
| Akku-Laufzeit | 9,8 Stunden bei 1,5 m/s (1 Batteriesatz, erweiterbar) |
| Stromversorgung | Unterstützung für einzelne/doppelte symmetrische Batterien |
| Akku-ladezeit | 3h |
| maximale Geschwindigkeit des Bootes | 6,5 m/s |
Kommunikation
| Merkmale | |
|---|---|
| Datenkommunikation | Standard 4G und Fernbedienung |
| Fernbedienungsreichweite | 1 km (Remote); Unbegrenzt (4G) |
| SIM Karte-Slot | Nano SIM |
| Reservierte Schnittstelle | 2x RJ45-Anschlüsse, 2x serielle RS232-Anschlüsse |
| Navigationsmodus | Manuell oder Autopilot |
| Datenspeicherung | Lokal (Mehrkanal) & Fernsteuerung |
| Software | Easysail |
D270 Single beam Echo Sounder
| Merkmale | |
|---|---|
| Datentyp | CHCGD, NMEA SDDPT/SDDBT, Originalwellenform |
| Tonbereich | 0,1 m to 200 m |
| Ton-Genauigkeit | ±0,01 m + 0,1 % x D (D ist die Wassertiefe) |
| Auflösung | 0,01 m |
| Maximale Abtastrate | 30 Hz |
| Frequenz | 200 kHz |
| Abstrahlwinkel | 6.2° ± 1° |
| Einstellbereich für Schallgeschwindigkeit | 1400–1700 m/s |
| Intergrierter Wassertemperatursensor | -55 °C bis +100 °C, Echtzeitkorrektur der Schallgeschwindigkeit |
Positioning
| Merkmale | |
|---|---|
| Satellitensystem | BDS B1I/B2I /B3I; GPS L1C/A/L2P(Y)/L2C/L5; Galileo E1/E5a/E5b; GLONASS L1/L2; QZSS L1/L2/L5 |
| Single Point Position (RMS) | Horizontal: 1,5 m; Vertikal: 2,5 m |
| DGNSS-Positionsgenauigkeit | 0,4 m + 1 ppm; Vertikal: 0,8 m + 1 ppm |
| RTK-Positionsgenauigkeit | Horizontal: ±8 mm + 1 ppm; Vertikal: ±15 mm + 1 ppm |
| Funkprotokolle | Satel 3AS, CHC, TT450, Transparent |
| Kursgenauigkeit | 0,1 ⁰ @1 m baseline |
| Trägheitsnavigationsstabilität | 6 ⁰/ h (Genauigkeitsabfall 1 m nach 20 s) |
| IMU-Aktualisierungsrate | 200 Hz |
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