LỜI MỞ ĐẦU Biển và đại dương phủ kín 70,8% diện tích bề mặt trái đất Biển là nguồn lợi tự nhiên có ý nghĩa rất quan trọng về chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, pháp luật và kinh tế Biển Đông là một biển nửa kín, nằm ở rìa Tây Thái Bình Dương, với diện tích khoảng 3,5 triệu km2 trải rộng từ vĩ độ 30 lên đến vĩ độ 260 Bắc và từ kinh độ 1000 đến 1210 Đông Biển Đông tiếp giáp với 9 nước là Việt Nam, Trung Quốc, Philippin, Inđônêxia, Bruney, Malayxia, Singapore, Thái Lan, Camphuchia và một vùng.
NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN
Nhiệm vụ và phạm vi của trắc địa biển
Công tác trắc địa biển và khảo sát thủy văn đóng vai trò quan trọng, yêu cầu kỹ sư phải có kiến thức sâu về địa lý và địa chất biển Trắc địa biển không chỉ là chìa khóa cho tiến bộ hàng hải mà còn có tầm quan trọng thiết yếu đối với quốc gia Quy định trước đây về nhiệm vụ của trắc địa biển đã xác định rõ những yêu cầu và trách nhiệm trong lĩnh vực này.
Xây dựng lưới khống chế trắc địa biển là một quá trình quan trọng, bao gồm việc thiết lập các điểm khống chế được bố trí dọc theo bờ biển, trên các hải đảo, bãi ngầm, cũng như trên các dàn khoan và phao tiêu.
+ Thành lập bản đồ địa hình đáy biển.
+ Trắc địa biển phải cung cấp các tài liệu cơ sở cho việc thiết kế, thi công xây dựng các công trình.
+ Phục vụ công tác nghiên cứu khoa học trên biển và đại dương.
+ Nghiên cứu ứng dụng và hoàn thiện các thiết bị đo đạc trên biển, phương pháp đo đạc và xử lý số liệu đo đạc trên biển.
Hiện nay nhiệm vụ của trắc địa biển được quy định:
+ Đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của giao thông hằng hải.
+ Quản lý vùng ven biển.
+ Thăm dò và khai thác tài nguyên biển.
+ Bảo vệ môi trường biển và môi trường biển và môi trường toàn cầu.
+ Hàng hải và quốc phòng.
+ Quản lý vùng ven biển.
+ Thăm dò và khai thác tài nguyên biển.
+ Bảo vệ và quản lý môi trường biển.
+ Cơ sở dữ liệu không gian quốc gia.
+ Phân định ranh giới trên biển.
+ Thể thao và giải trí.
Nguyên tắc khảo sát biển
1.2.1 Mục tiêu của khảo sát biển
+ Thu thập và điều tra có hệ thống dữ liệu vùng bờ biển và hải đảo:
- Vẽ bản đồ đường đi trên biển.
- Độ sâu những vùng cần quan tâm.
- Thành phần chất đáy biển.
- Thủy chiều và dòng chảy.
- Tính chất vật lý của nước biển trong vùng.
+ Xử lý thông tin đã thu thập:
- Dẫn đường hàng hải và quản lý giao thông biển.
- Hướng dẫn cho hoạt động của hải quân.
- Quản lý vùng bờ ven biển.
- Bảo vệ môi trường biển.
- Khai thac tài nguyên biển, lắp đặt cáp và đường ống ngầm dưới đáy biển.
- Phân định ranh giới hàng hải.
1.2.2 Độ chính xác của khảo sát biển
Cấp – bậc Đặc biệt Cấp một Cấp hai Cấp ba Đcx mặt bằng 2 m 5m + 5% độ sâu
200m + 5% độ sâu Đcx đo sâu a= 1.25m b= 0.0075 a= 0.5m b= 0.013 a= 1m b= 0.023 a= 1m b= 0.023
Khảo sát chất đáy Bắt buộc Lụa chọn theo khu vực
Có thể theo từng vùng
Khả năng dò tìm Vật thể trên 1 m
Vật thể trên 2m với độ sâu 40m
Vật thể trên 2m với độ sâu 40m
Khoảng cách giữa các luồng hồi âm đa tia
3 lần độ sâu trung bình hoặc 25 m
3 đến 4 lần độ sâu trung bình hoặc 200m
4 lần độ sâu trung bình
Sai số giới hạn: ± với a là hằng số đo sâu b là sai số đo sâu d là độ sâu
1.2.3 Lập kế hoạch khảo sát
+ Một số yếu tố cần xác định trong kế hoạch:
- Xác định chính xác khu vực cần khảo sát.
- Xác định loại hình và quy mô khảo sát.
- Xác định phạm vi và thời gian khảo sát.
- Dự kiến tàu thuyền và phương tiện.
- Công nghệ và thiết bị hỗ trợ.
- Các yếu tố hạn chế.
+ Một số vấn đề cần quan tâm:
- Khung quy chiếu mặt bằng và múi chiếu.
- Vị trí xác tàu đắm trong khu vực.
- Vị trí trạm quan trắc thủy triều.
- Cần hiểu biết về hải dương học, địa vật lý, …
+ Về vị trí: kết hợp các dữ liệu vị trí từ các nguồn đo đạc khác nhau.
+ Về độ chính xác đo sâu: nên hiệu chỉnh dữ liệu khi mực nước thay đổi.
Để đảm bảo độ chính xác vị trí của con tàu, dữ liệu vị trí cần phải chính xác và đáng tin cậy ngay cả khi bị xoay Bên cạnh đó, việc tính toán và hiệu chỉnh khúc xạ âm cũng rất quan trọng để xác định vận tốc âm thanh một cách chính xác.
+ Kết hợp dữ liệu về vị trí và đo sâu
Sai số Kích cỡ Cách loại bỏ
Sai lầm Lớn Cẩn thận rèn luyện kỹ năng
Sai số cố định thường có giá trị nhỏ và ổn định, đi kèm với các thủ tục hiệu chỉnh Trong khi đó, sai số theo chu kỳ thường nhỏ nhưng có sự biến động, cần thực hiện quy trình lặp để kiểm soát Đối với sai số ngẫu nhiên, giá trị của nó cũng thường nhỏ.
Dữ liệu nên để dạng số, chất lượng dữ liệu nên kiểm soát bằng phần mềm tự động.
1.2.7 Hệ thống thông tin hải đồ
Vùng biển Việt Nam có nhiều đặc điểm độc đáo, bao gồm sự đa dạng về thủy văn và không gian Các dữ liệu mô tả thủy văn cho thấy sự phong phú của hệ sinh thái biển, trong khi phương pháp phân tích và phần mềm tính toán trên máy tính hỗ trợ việc nghiên cứu và quản lý tài nguyên biển hiệu quả.
+ Khí hậu, thủy văn, nhiệt độ, hải lưu.
+ Đặc điểm địa hình đáy biển b) Công ước quốc tế về luật biển 1982
Ngày 12/11/1982 chính phủ VN ra tuyên bố về đường cơ sở: Đường cơ sở của
VN có hệ thống đường cơ sở thẳng dồm gồm 11 đoạn, bắt đầu từ điểm 0 trên đường thẳng nối đảo Thổ Chu và đảo Poulo Wai Hệ thống này kết nối các điểm A1 đến A11, liên kết các đảo dọc bờ biển Việt Nam, ngoại trừ khu vực trong Vịnh Bắc Bộ.
ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN
Nguyên lý định vị trên biển
Khi biểu diễn bề mặt trái đất nên bản đồ cần có hai cơ sở:
- Các định nghĩa toán học
- Sự phù hợp chặt chẽ giữa địa hình tự nhiên với mặt toán học quy chiếu + Elipxoid
Bề mặt elipxoid, được phát triển từ các nguyên lý toán học, đóng vai trò quan trọng như một khung tham chiếu để biểu diễn các thành phần tọa độ của bất kỳ điểm nào trên trái đất.
Hiện nay Việt Nam dùng phép chiếu bản đồ UTM trong hệ tọa độ VN2000 thay cho trước kia dùng phép chiếu Gaus-Kruger trong hệ tọa độ HN72.
Phương pháp định vị mặt bằng
Khảo sát địa hình biển sử dụng mốc cơ sở tọa độ trắc địa tại khu vực ven biển Các phương pháp xác định tọa độ mặt bằng có thể được thực hiện thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau.
- Phương pháp truyền thống: giao hội thuận, giao hội nghịch, tọa độ cực;
- Phương pháp đo ảnh. a) Phương pháp giao hội thuận.
Biết: A(XA, YA) và B(XB, YB) Đặt máy tại A,B đo được góc β1 và β2 Tính tọa độ điểm P.
- Độ chính xác giao hội thuận:
Sai số vị trí điểm giao hội tỷ lệ thuận với độ lớn của sai số đo góc và độ dài cạnh đáy giao hội, đồng thời tỷ lệ nghịch với sinγ Đặc biệt, sai số này đạt giá trị nhỏ nhất khi góc giao hội γ bằng 90 độ.
Nên bố trí giao hội từ nhiều hướng để tăng cường độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp Phương pháp giao hội nghịch cũng cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả trong việc đo đạc.
Biết tọa độ 3 điểm A, B, C và vị trí của chúng trên thực địa Đặt máy tại điểm cần xác định tọa độ P, đo hai góc β1 và β2
Có nhiều phương pháp tính tọa độ điểm giao hội nghịch, như phương pháp góc phụ, phương pháp Dalambe
Trong trường hợp giao hội nghịch, khi các điểm A, B, C và P nằm trên một vòng tròn, sẽ có vô số điểm P có thể nhìn xuống cạnh cố định AC và CB với các góc không đổi là β1 và β2 Phương pháp tọa độ cực có thể được áp dụng để phân tích tình huống này.
Máy toàn đạc điện tử (Total Station) đang trở nên phổ biến trong lĩnh vực đo đạc Phương pháp sử dụng máy này cho phép đo góc và đo cạnh một cách đơn giản và nhanh chóng, đồng thời đảm bảo độ chính xác cao.
Hầu hết máy toàn đạc điện tử hiện đại đều tích hợp các chương trình đo đạc, cho phép tính toán nhanh chóng tọa độ điểm, chiều dài cạnh và góc định hướng Việc sử dụng chương trình setting out trong máy giúp xác định vị trí điểm theo phương pháp tọa độ cực một cách hiệu quả Ngoài ra, phương pháp GNSS cũng là một công cụ quan trọng trong việc xác định vị trí chính xác.
Hệ thống sử dụng các trị đo không gian, khung tham chiếu là elipxoid WGS 84. Với các phương pháp:
- Định vị vi phân e) Phương pháp đo ảnh: ảnh chia làm hai loại
- Ảnh mặt đất là ảnh chụp từ những điểm trên mặt đất.
- Ảnh hàng không là những tấm ảnh chụp từ máy bay.
Cơ sở toán học của phương pháp này dựa vào 3 yếu tố:
- Hệ tọa độ không gian ảnh (S_x, y, z);
- Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh (O_x’, y’);
- Hệ tọa độ đo ảnh (O_X’, Y’, Z’).
Các dải bay có độ chồng phủ trên 50% đảm bảo nguyên tắc mỗi điểm trên khu vực khảo sát phải có mặt trên hai tấm ảnh liền kề.
Có 3 phương pháp định vị độ cao phổ biến:
Các sản phẩm của quá trình đo ảnh là sản phẩm tương tự gồm bản đồ, biểu đồ,hoặc sản phẩm số gồm tệp dữ liệu.
Phương pháp định vị độ cao
Là phương pháp dùng tia ngắm nằm ngang, song song với mặt geoid để xác định chênh cao giữa điểm này với điểm khác mặt geoid đó.
Bản chất của phương pháp này là sử dụng góc thiên đỉnh và so sánh độ chênh góc thiên đỉnh giữa hai điểm:
Trong đó: d là khoảng cách giữa hai điểm AB là góc thiên đỉnh tại A h là độ cao máy l là độ cao gương hoặc tiêu ngắm
+ Hiệu chỉnh độ cong trái đất Đối với khoảng cách trên 400m chúng ta cần hiệu chỉnh độ cong trái đất Áp dụng Pythagora:
Trong đó: X là lượng hiệu chỉnh
R là bán kính trái đất d là khoảng cách giữa 2 điểm+ Hiệu chỉnh hiện tượng khúc xạ
Khi tia sáng đi qua lớp khí quyển có mật độ không khí khác nhau, nó sẽ bị uốn cong xuống phía dưới tạo ra sai số độ cao.
Hệ số khúc xạ + Nguồn sai số
Theo lý thuyết, sai số trung phương độ cao và sẽ là:
Cần có sự chuyển đổi giữa hệ thống tham chiếu và giá trị geoid thu được từ quan trắc GPS.
Thiết bị sử dụng định vị trên biển
Hoạt động của máy thu GNSS phụ thuộc vào hệ thống Hệ thống này bao gồm
3 phần: đoạn kiểm soát, đoạn không gian, đoạn sử dụng Đây là một hệ thống rất phức tạp đòi hỏi kỹ thuật cao.
Thường thiết bị điện tử dùng đo khoảng cách dựa trên hai phương pháp: đo xung và đo pha.
Kỹ thuật xác định vị trí
2.5.1 Kỹ thuật định vị vệ tinh GNSS
Hệ thống GNSS bao gồm ba vệ tinh dẫn đường toàn cầu: GPS, GLONASS và GALILEO, được cấu trúc thành ba phần chính: phần không gian, phần điều khiển và phần sử dụng Nguyên lý đo của GNSS sử dụng kỹ thuật đo giao hội nghịch để xác định khoảng cách không gian, dựa trên ba nguyên tắc cơ bản nhằm xác định vị trí của máy thu.
2.5.2 Kỹ thuật sóng điện từ b) Kỹ thuật định vị theo tuyến tròn(CLOPS).
Việc sử dụng nhiều trạm định vị ven bờ với tọa độ đã biết cho phép xác định vị trí của tàu biển thông qua hình bình hành được tạo ra từ các giao điểm của các trạm Đặc biệt, độ chính xác trong việc xác định vị trí không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách giữa tàu biển và các trạm ven bờ.
Hình 2.3 giao thoa khoảng cách nhiều trạm
Với α là góc giao giữa hai tuyến
Sai số xác định vị trí phụ thuộc hoàn toàn vào góc giao nhau giữa hai trạm phát tín. b) Kỹ thuật định vị theo đường hyperbol.
Tất cả các điểm trên đường cong hyperbol đều có hiệu khoảng cách tới hai tiêu điểm cố định là một hằng số Các điểm cố định này được gọi là tiêu điểm của hyperbol.
Trên tàu biển, khi nhận được hơn hai tín hiệu radio, một chuỗi hyperbol được hình thành Các trị đo này xuất phát từ một cặp phát sóng, và khi có nhiều cặp phát, chúng tạo ra các đường đẳng vị giao nhau Từ sự giao nhau của các đường đẳng vị này, ta có thể xác định vị trí chính xác của tàu.
Hệ thống định vị được phát triển tại Hoa Kỳ từ năm 1960 nhằm mục đích nghiên cứu và khảo sát biển Nó đóng vai trò quan trọng trong việc định vị các dàn khoan và tàu ngầm, cung cấp thông tin vị trí với độ chính xác cao ngay cả khi khoảng cách lớn.
+ Độ chính xác vị trí điểm phụ thuộc vào kỹ thuật sử dụng, phạm vi và điều kiện môi trường, giá trị trong vài mét đến centimet.
+ Có 3 kỹ thuật cơ bản trong hệ thống định vị bằng thủy âm: kỹ thuật cạnh đáy dài, kỹ thuật cạnh đáy ngắn, kỹ thuật cạnh đáy cực ngắn.
+ Nguyên lý đo là đo góc và đo khoảng cách
+ Độ chính xác phụ thuộc:
- Độ chính xác của mạng lưới bộ phát thủy âm
- Xác định và nhận diện hiệu ứng khúc xạ thủy âm
- Xác định chính xác vận tốc âm thanh và lượng khúc xạ
- Tần số được sử dụng
- Sự tinh tế của phần mềm đang sử dụng
- Những sai số trong định vị thủy âm: tiếng ồn do môi trường, do bản thân con tàu và do mặt nước biển.
Cấu trúc vận tốc thủy âm thay đổi theo thời gian, do đó, việc tổ chức các khảo sát thăm dò độc lập là cần thiết để đánh giá chính xác vận tốc thủy âm trong khu vực nghiên cứu.
Cạnh đáy dài LBL Cạnh đáy ngắn SBL
Giống nhau Quá trình hiệu chuẩn chia ba bước:
- Xác định cấu hình hình học của hệ thống
- Định hướng (xác định góc phương vị α)
Khác nhau Khả năng định vị điểm trên phạm vi rộng lớn
Khả năng định vị điểm trên diện tích nhỏ
Dựa trên bộ máy thu phát đặt dưới đấy biển hoặc trên tàu Dựa trên hai điểm cơ sở ở đầu và cuối tàu tạo thành một cạnh đáy
Các kết nối giữa các trạm thu phát dưới đáy biển gọi là cạnh đáy (baseline)
Cạnh đáy dài liên kết vơi các bộ thu phát dưới biển tạo thành các tam giác không gian
XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU
Cơ sở của hệ thống hồi âm
Sóng âm thanh lan truyền rất tốt trong chất lỏng vì thế được sử dụng trong đo sâu đáy biển.
Phương trình sonar được sử dụng để nghiên cứu, nó biểu diễn năng lực và hiệu suất hồi âm như là một hàm của điều kiện vận hành.
Nhiệt độ biến đổi theo mùa và vị trí địa lý, dẫn đến sự phân bố nhiệt độ phức tạp và khó dự đoán cho khảo sát biển Để hiểu rõ hơn về nhiệt độ trong nước, cần thực hiện khảo sát thăm dò tại khu vực dự án, từ đó xây dựng hồ sơ về vận tốc âm thanh theo không gian và thời gian.
3.1.4 Độ mặn Độ mặn là thước đo lượng muối khoáng hòa tan trong nước biển Nó được định nghĩa là tổng mức chất rắn hòa tan trong nước biển.
3.1.5 Áp suất Áp lực là một hàm số phụ thuộc độ sâu của biển Áp lực ảnh hưởng đến vận tốc truyền âm trong nước biển.
Mật độ nước biển phụ thuộc vào các tham số: nhiệt độ, độ mặn, áp suất.
Cảm biến dịch động
Để xác định độ sâu đo được bằng hồi âm, việc định vị tàu và hiệu chỉnh trạng thái của tàu là rất quan trọng Để thực hiện điều này, cần sử dụng cảm biến con quay hồi chuyển hoặc cảm biến quán tính tích hợp với định vị GPS để xác định chính xác trạng thái của tàu.
Hệ thống hoạt động dựa trên cảm biến quán tính và cảm biến quán tính tích hợp GPS, áp dụng các định luật Newton để theo dõi chuyển động.
Ba cảm biến đo góc lắp và ba trục giao kết hợp với ba gia tốc giúp nâng cao độ chính xác trong khảo sát thủy văn Các cảm biến hiện nay có khả năng đạt độ chính xác lên đến 95%, với sai số 0.05 độ cho hiện tượng nhồi sóng và nghiêng lắc, 0.2 độ cho hiện tượng xoay làm lệch hướng, và 10cm cho việc xác định độ cao.
Đầu dò
Đầu dò là thiết bị thu phát tín hiệu dưới nước, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học để truyền và nhận các xung âm thanh Có ba loại đầu dò chính: từ giảo, áp điện và điện giảo, trong đó đầu dò điện giảo là phổ biến nhất, với thành phần chủ yếu là polime và gốm Độ rộng chùm tia tại cường độ -3dB được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất tối đa Đầu dò thường được lắp đặt cố định dưới nước và liên kết với anten GPS, hỗ trợ cho việc định hướng và ổn định chùm tia trong các tuyến đường biển.
Trong đó: đầu dò có dạng hình chữ nhật:
Chiều rộng chùm tia (W) được xác định tại cường độ -3dB cho một mảng có N phần tử đầu dò, với giả thiết rằng hướng trục phát vuông góc với thiết diện của mảng.
Trong đó: là độ dài bước sóng âm, d là kích cỡ của mảng chứa các phần tử đầu dò.
Theo luật truyền âm, yếu tố định hướng của một mảng N được xác định bởi sự tổng hợp các yếu tố định hướng của từng đầu dò trong mảng đó.
Chiều rộng chùm tia thường được xác định ở mức -3dB và gia tăng theo góc lái:
Hình minh họa chùm tia lái một góc ax với hai đầu dò:
+ Phân loại chùm tia: hồi âm đơn tia, hồi âm đa tia
+ Phân loại theo cài đặt: loại gắn với đáy tàu, loại kéo theo tàu, loại di chuyển theo tàu
Máy hồi âm đa tia có khu vực phủ sóng được xác định bởi giao điểm giữa chùm tia truyền phát và chùm tia phản hồi Vị trí này phụ thuộc vào góc tới của chùm tia, cũng như chiều rộng và độ sâu của chùm tia, cũng như độ dốc của đáy biển.
Hệ thống hồi âm
3.4.1 Hệ thống hồi âm đơn tia
+ Nguyên lý: hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng điện từ máy phát xung thành năng lượng âm thanh.
- Các tham số của hồi âm: công suất, hiệu ích, cường độ danh nghĩa, độ dài xung, mớn nước, vận tốc âm thanh.
- Độ chính xác phụ thuộc vào một vài yếu tố
- Độ phân giải biểu đạt bằng khoảng cách tối thiểu gữa 2 đối tượng, phụ thuộc vào độ dài xung và độ nhạy, độ rộng chùm tia
- Tần số: được lựa chọn theo mục đích sử dụng của thiết bị
+ Lắp đặt và hiệu chuẩn:
- Đầu dò được gắn dưới thân tàu hoặc gắn trên vòng cung mũi tàu Các đầu dò gắn càng nhiều càng tốt Tránh xa nguồn nhiễu của tàu.
- Trong vùng nước nông, hiệu chuẩn máy hồi âm có thể như sau: thước kiểm tra, đầu dò hiệu chuẩn, phương pháp kết hợp.
+ Hoạt động và ghi dữ liệu
- Trước khi khảo sát cần hiệu chỉnh máy theo vận tốc và âm thanh thực tế.
- Nên lựa chọn thanh ghi thích hợp với độ sâu dự kiến.
- Lựa chọn kênh tần số phù hợp với phạm vi đáy biển
- Cần thiết lập hiệu ích và cường độ ghi rõ ràng.
+ Nguồn sai số và kiểm soát chất lượng
1 Do độ dốc đáy biển
Sai số đo sâu chịu ảnh hưởng bởi độ rộng chùm tia hồi âm và độ nghiêng của đáy biển Nếu không thực hiện hiệu chỉnh, sai số đo sâu có thể được xác định theo phương trình, trong đó 1/2 độ rộng chùm tia và ζ (zeta) đại diện cho góc nghiêng của đáy biển.
Hình 3.21 Hiệu ứng của độ rộng chùm tia và độ nghiêng đáy biển trong xác định độsâu và vị trí
Hình trái: Độ nghiêng nhỏ hơn 1/2 độ rộng chùm tia; Hình phải: độ nghiêng lớn hơn 1/2 độ rộng chùm tia.
2 Do vận tốc âm thanh
Sự biến động của vận tốc âm thanh là yếu tố khó kiểm soát, ảnh hưởng đến độ chính xác trong các máy đo sâu hồi âm đơn tia Sai số trong đo sâu tỷ lệ thuận với sai số của vận tốc âm thanh và độ sâu Độ lớn của sự biến động này phụ thuộc vào ba yếu tố chính: độ chính xác trong việc xác định vận tốc âm, sự biến động theo thời gian của vận tốc âm, và sự biến động về không gian của vận tốc âm.
Thời gian tổ chức đo sâu hồi âm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả xác định độ sâu Sai số trong việc xác định thời gian đo liên quan trực tiếp đến sai số trong đo sâu.
Sai số là hàm số dùng để xác định các điểm đo hồi âm, và nó phụ thuộc vào các thuật toán được áp dụng để xác nhận tín hiệu.
4 Do hiện tượng nhồi sóng và nghiêng lắc của thân tàu.
Hiện tượng này gây ra sai số đo sâu hồi âm khi độ lớn của góc tạo ra đó lớn hơn ẵ độ rộng chựm tia
Hiện tượng này không ảnh hưởng đến độ rộng chùm tia.
Hình 3.22 độ rộng chùm tia và đáy biển nghiêng ảnh hưởng đến định vị và đo sâu.
Ngoài ra còn chịu ảnh hưởng của các nguồn sai số:
- Do mớn nước, do tải trọng tàu, tương quan vị trí của đầu dò với nhau và với thân tàu.
- Ghi dữ liệu và xử lý.
3.4.2 Hệ thống hồi âm đa tia:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo sâu biển dựa trên việc sử dụng một dải âm thanh hình quạt quét đáy biển và nhận tín hiệu phản hồi Chùm tia âm thanh được quét theo chiều ngang và kéo dài theo vết theo dõi, trong khi độ sâu của đáy biển được đo từ tàu nổi trên mặt nước Vị trí được xác định thông qua sáu tham số biến đổi, bao gồm ba tham số tịnh tiến và ba tham số quay Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, do đó cần phải hiểu rõ các nguồn sai số có thể ảnh hưởng đến kết quả xác định độ sâu Độ phân giải của hệ thống cũng phụ thuộc vào tần số âm thanh, độ rộng chùm tia truyền phát và tiếp nhận, cũng như thuật toán được sử dụng để phát hiện địa hình dưới đáy biển.
Hệ thống MBES lựa chọn tần số dựa trên mục đích sử dụng và độ sâu của nước Cụ thể, đối với nước nông dưới 100m, tần số thường được chọn là trên 200kHz; trong khoảng nước nông từ 100m đến 1500m, tần số dao động từ 50kHz đến 200kHz; còn với nước sâu hơn 1500m, tần số sử dụng là từ 12kHz đến 50kHz.
Hệ thống không chỉ bao gồm phát và nhận âm phản hồi mà còn tích hợp cảm biến dịch động, hồ sơ vận tốc âm thanh, vận tốc âm tại đầu dò, hệ thống định vị và cảm biến xoay.
Thiết bị thường được lắp đặt cố định vào thân tàu, dưới đuôi tàu hoặc vòng cung mũi tàu Sau khi lắp đặt, việc hiệu chuẩn là cần thiết để kiểm tra các tham số cài đặt và so sánh với tiêu chuẩn của nhà sản xuất Một số giải pháp cần được kiểm nghiệm bao gồm độ trễ định vị, bù hiện tượng nhồi sóng, bù góc phương vị và bù sự nghiêng lắc.
Cuối mỗi ngày khảo sát, việc sao lưu dữ liệu ra bộ nhớ khác là cần thiết để đảm bảo tính vẹn toàn và an toàn cho thông tin thu thập được.
Nguồn sai số trong kiểm soát chất lượng bao gồm nhiều yếu tố như vận tốc âm thanh, cảm biến dịch động, tầm nước, trọng tải tàu và mối quan hệ giữa đầu dò và vị trí thân tàu, tất cả đều ảnh hưởng đến việc giảm độ sâu.
3.4.3 Hệ thống giao thoa sonar
Sử dụng tín hiệu sonar để đo góc của sóng âm phản hồi từ đáy biển, các hệ thống sonar được trang bị hai hoặc nhiều mảng ngang Mỗi mảng ngang phát ra chùm sóng hẹp, cho phép theo dõi đáy biển hiệu quả Những chùm sóng này tạo thành hình quạt quét rộng, giúp khảo sát diện tích lớn của đáy biển.
Hệ thống không hồi âm
3.5.1 Hệ thống laser hàng không
Hệ thống ứng dụng laser hàng không đo độ sâu trên sông và biển, phát ra hai tần số laser màu xanh lá cây và màu đỏ Trong cùng một đường bay, hệ thống ghi lại tín hiệu phản xạ ánh sáng từ cả bề mặt biển và đáy biển.
Hệ thống laser cho thấy hiệu quả vượt trội trong vùng nước nông nhờ năng suất cao và khả năng hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ và độ mặn Tuy nhiên, thiết bị này lại rất nhạy cảm với sinh vật phù du và vật chất lơ lửng trong nước, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của nó.
3.5.2 Hệ thống cảm ứng điện từ trên không
Nguyên lý khảo sát địa vật lý dựa trên việc đo độ dẫn điện của đất đá và độ dày của lớp dẫn diện Một máy phát lưỡng cực từ được lắp trên máy bay tạo ra từ trường cơ sở, trong khi máy thu được kéo theo để phát hiện từ trường thứ cấp cảm ứng trong lòng đất Tín hiệu thu được sẽ được xử lý theo thời gian hoặc miền tần số nhằm xác định độ dẫn điện trong không khí và đo độ dày của cột nước biển.
Hệ thống không âm thanh này có khả năng xác định lớp vật chất dưới băng dày ở miền cực của trái đất nhờ vào tần số thấp Tuy nhiên, nó có hạn chế khi chỉ có thể hoạt động ở độ sâu đáy biển không quá 100m.
Phương pháp viễn thám cung cấp một vùng phủ sóng rộng hơn nhiều so với các phương pháp đã đề cập.
Các tấm ảnh viễn thám đóng vai trò quan trọng trong việc xác định đường bờ biển, đồng thời hỗ trợ hiệu quả cho công tác trinh sát và lập kế hoạch khảo sát thủy văn.
Là dụng cụ đầu tiên đo sâu và vẫn được một số dùng thiết bị này.
Phương pháp cơ khí là một giải pháp hiệu quả trong việc đo độ sâu đáy biển, đặc biệt là trong việc xác định độ sâu của luồng dẫn tàu tại các cửa sông và cửa biển Sử dụng thanh thẳng hoặc dây quét giúp việc phát hiện trở nên đơn giản và dễ dàng, đồng thời không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường.
Tóm lại: có 7 kiểu đo sâu: đơn tia, đa tia, sonar, lidar, cảm ứng điện từ trên không, viễn thám, cơ khí.
ĐẶC TRƯNG VÀ PHÂN LOẠI ĐÁY BIỂN
Xác định đặc trưng đáy biển
Để đảm bảo an toàn, việc xác định các đặc trưng của đáy biển là rất quan trọng để nhận thức rõ mối hiểm nguy Đặc trưng được định nghĩa là bất kỳ vật gì trên đáy biển khác với khu vực xung quanh Cuộc khảo sát thủy văn nhằm tìm hiểu độ sâu của vùng nước bằng cách chạy tàu theo các tuyến song song, giúp khảo sát dày đặc khu vực Việc sử dụng máy hồi âm đa tia kết hợp với máy quét sonar phụ cho phép quét phủ một vùng địa hình đáy biển lớn, cung cấp thông tin cần thiết cho việc phân loại đáy biển.
Tiêu chuẩn: - IHO S-44 tiêu chuẩn tối thiểu đối với khảo sát thủy văn
- ZOC tiêu chuẩn đối với dữ liệu thủy văn kỹ thuật số
- Phát hiện các đặc trưng nguy hiểm
- Yêu cầu trong quân sự.
- Báo cáo đặc trưng Bảng: Yêu cầu khảo sát
IHO S-44 Cấp khảo sát và ví dụ Yêu cầu khảo sát
Cấp đặc biệt Bến cảng, khu vực liên quan và kênh dẫn với độ rộng tối thiểu khe hở lườn tàu 100% bắt buộc khảo sát
Cấp một Bến cảng kênh dẫn vùng ven bờ có độ sâu tới 100m
100% yêu cầu khảo sát trong vùng lựa chọn
Cấp hai Không phải cấp đặc biệt và cấp một Độ sâu tới 200m
100% có thể yêu cầu vùng khảo sát
Cấp ba Khu vực ngoài khơi, không thuộc cấp đặc biệt, cấp một, cấp hai Không yêu cầu
Bảng: Khả năng phát hiện của hệ thống
IHO S-44 Cấp khảo sát Khả năng phát hiện của hệ thống
Cấp đặc biệt Phát hiện được vật thể > 1m
Cấp một Phát hiện được vật thể > 2m tại độ sâu
Cấp ba Không áp dụng
4.1.1 Tiêu chuẩn đối với dữ liệu thủy văn kỹ thuật số.
Bảng: Tiêu chí xác định đặc trưng đáy biển S-57 ZOC
S-57 ZOC Yêu cầu khảo sát
ZOC A1 thực hiện khảo sát toàn bộ khu vực, xác định các đặc trưng quan trọng dưới đáy biển Việc đo độ sâu đáy biển và kích thước vật cần phát hiện được thực hiện theo tiêu chí: 10% của độ sâu khi dưới 10m, 1m khi độ sâu từ 10 đến 30m, và trên 2m khi độ sâu lớn hơn 30m.
ZOC B Không khảo sát toàn bộ khu vực Chỉ dò tìm những đặc trưng gây nguy hiểm cho dẫn đường hàng hải.
ZOC C Không khảo sát toàn bộ khu vực Chỉ khảo sát những độ sâu bất thường
ZOC D Không khảo sát toàn bộ khu vực Chỉ khảo sát vùng có độ sâu bất thường lớn.
ZOC U Chất lượng dữ liệu đo sâu chưa công bố
4.1.2 Phương pháp xác định đặc trưng máy quét sonar phụ (SSS)
Phương pháp SSS đã được chứng minh là cách xác định đặc trưng đáy biển đáng tin cậy nhất Tuy nhiên, việc kéo dài thiết bị sau tàu có thể dẫn đến sai số vị trí điểm Để khắc phục vấn đề này, người ta lắp đặt đầu thu hình con cá phía sau thiết bị nhằm thu tín hiệu phản hồi, từ đó xác định chính xác vị trí điểm hơn.
- Phát hiện xác tàu và các vật cản dòng âm thanh của máy hồi âm.
- Phát hiện các đặc trưng của đáy biển.
- Kết hợp dữ liệu thu thập và kiến thức cấu tạo đáy biển.
- Định kỳ thường xuyên tái khảo sát để đảm bảo an toàn hàng hải
Trong mặt phẳng thẳng đứng, chùm tia siêu âm có chiều rộng 50 độ và nghiêng 10 độ so với phương ngang phía dưới, dẫn đến việc máy sẽ lơ lửng trong nước Kết quả là sẽ xuất hiện một vùng không thể quét được ngay gần phía dưới đáy của máy.
Trong môi trường mặt phẳng nằm ngang, gần thiết bị "cá kéo" (máy sonar), các xung âm thanh phát ra có hình dạng song song, điều này giúp tăng khả năng phát hiện các điểm nằm trong phạm vi quét của máy sonar.
Có hai phương pháp lập kế hoạch tìm kiếm sonar:
- Phát hiện điểm gần cá kéo Việc tìm kiếm được lên kế hoạch trước để nhằm phát hiện những điểm gần cá kéo với năm xung sonar.
Để phát hiện điểm xa cá kéo, cần lưu ý rằng các điểm có tiết diện nhỏ có thể không được sonar nhận diện khi ở xa đầu phát Do đó, việc điều chỉnh khoảng cách giữa các vệt quét là cần thiết để đảm bảo không bỏ sót các điểm dưới đáy biển.
Tuy nhiên vị trí của cá kéo khó xác định chính xác là do:
Trục tọa độ theo hướng tiến của tàu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí của nó Vì tàu thường xuyên thay đổi vị trí, nên vận tốc của tàu và vận tốc của cá luôn có sự khác biệt đáng kể.
- Thành phần trục tọa độ vuông góc với hướng tàu Do dòng thủy triều hoặc do tàu cơ động vòng quay đầu Cá kéo bị lệch hướng.
- Sai số do xác định vị trí tàu sẽ truyền cho cá kéo.
- Cá kéo bị ảnh hưởng bởi hiện tượng như roll, pitch, heading.
- Một kênh sonar không thể cho hình ảnh nhận diện đáy biển được.
- Vị trí sonar không ổn định.
- Độ cao cá kéo thay đổi ảnh hưởng tới sóng.
- Đầu dò gần quá với cá kéo sẽ ảnh hưởng tới chất lượng siêu âm.
- Người điều khiển liên tục thay đổi độ cao ca kéo để có chất lượng tốt nhất.
4.1.3 Nhận dạng đặc trưng đáy biển
- Phạm vi đặc trưng đáy biển là độ dài bình thường của vệt quét sóng siêu âm.
- Số lượng vật thể tối thiểu được xác định sau 5 xung siêu âm.
- Vận tốc âm thanh danh nghĩa là 1500m/s.
- Góc của chùm tia siêu âm sonar là 1.5 0
Các đại lượng và đơn vị đo:
- Khoảng thời gian sung là t giây
- Khoảng thời gian xung lặp lại là F (xung/giây).
- Tốc độ tàu là V (m/s), độ dài tàu là L (m)
- Vận tốc âm thanh dưới nước là C (m/s)
- Phạm vi ghi dữ liệu là Rm (m)
- Chiều rộng chùm tia Bw (m)
- Khoảng xiên đối với đáy biển là Rs (m)
- Chiều dài của mảng là l (m)
- Khoảng cách giữa các xung là d (m)
F = hoặc t Tốc độ tiến của tàu
- Biến động vận tốc âm thanh.
Bảng: Tiêu chuẩn phân loại quét sonar phụ
Dạng khảo sát Khoảng cách dòng
Tốc độ cực đại (hải lý)
Ven bờ, tỷ lệ > 1/25000, độ sâu < 15m 62.5m 75m
Ven bờ, tỷ lệ > 1/25000, độ sâu < 15m 125m 150m 25m khảo sát độ sâu < 15m, tỷ lệ > 1/25000 250m 300m 50m
B1 Thường xuyên, tái kiểm tra 250m 150m 50m khảo sát tỷ lệ > 1/25000, độ sâu > 100m 500m 300m 100m
Sai số vị trí điểm đáy nước:
- Sai số vị trí thân tàu
- Sai số vị trí cá kéo
- Sự biến động vận tốc âm trong nước
- Độ phân giải của vệt quét trên giấy
- Sai số do đáy biển nghiêng
- Sai số tổng hợp RSM
4.1.4 Hệ thống hồi âm đa tia
- Hệ thống hồi âm đa tia đã chứng minh khả năng đo sâu của nó là vượt trội so với các phương pháp khác.
- Khi một đầu dò được gắn vào thân tàu, có nghĩa là vị trí của nó đã được xác định.
- Khả năng định vị của hệ thống MBES phụ thuộc vào hệ thống định vị trên tàu.
- Khoảng cách các dòng do sonar yêu cầu, đương nhiên phải đảm bảo độ chồng lấn
- Hệ thống hồi âm đa tia xác định khoảng cách các dòng phụ thuộc độ sâu trung bình trong khu vực khảo sát
- Khi chỉ có hệ thống MBES khảo sát, việc xác định hướng dòng hiệu quả nhất là song song với triền dốc hoặc bờ đường cong.
- Dụng cụ này có thể rất hữu ích để phân biệt được xác tàu đắm hay là đá mồ côi dưới đáy biển.
- Hệ thống từ kế được sử dụng đồng thời với hệ thống quét sonar phụ.
- Cường độ từ trường của hệ thống có khả năng phát hiện một khối kim loại dưới đáy biển.
- Nhiều từ kế được thiết kế để kéo theo sau tàu và rất gần đáy biển.
- Máy hồi âm đơn tia (SBES)
- Hệ thống từ kế đặt trên máy bay
- Sonar đặt phía trước tàu biển (FLS)
- Phương pháp tàu khảo sát tự động điều khiển từ xa
Phân loại đáy biển
Ba yêu cầu phân loại đáy biển: biểu đồ hàng hải, phục vụ thương mại và môi trường, phục vụ quân sự.
Biểu đồ hàng hải là phương pháp phân loại đơn giản, chủ yếu được sử dụng để dẫn đường Thủy thủ sử dụng biểu đồ hàng hải nhằm mục đích định vị và điều hướng an toàn trên biển.
- Loại cầu tàu và nơi đó có bao nhiêu chỗ neo đậu
- Giúp đánh giá mức an toàn neo đậu
- Khả năng cung cấp một tư vấn dẫn đường
Thương mại - Môi trường: Một phân loại chi tiết hơn, thường sử dụng phần mềm xử lý với mục đích:
- Xác định địa điểm các giàn khoan dầu, đèn biển hoặc đèn hiệu trên biển, các đê biển.
- Đánh bắt thủy hải sản.
Quân sự yêu cầu sự kết hợp giữa bồn loại hình cơ bản về đáy biển và dữ liệu chi tiết với các thuộc tính bổ sung, nhằm thu thập thông tin quan trọng phục vụ cho các hoạt động và quyết định chiến lược.
- Tiến hành hoạt động đổ bộ;
- Có biện pháp đối phó chống đổ bộ, hoặc sử dụng địa hình để phòng thủ quốc phòng;
- Tàu ngầm và chống tàu ngầm;
- Thủy lôi và chống thủy lôi;
- Hiệu suất âm thanh sonar.
4.2.1 Bản chất đáy biển Đáy biển được hình thành từ đá và các loại thực phủ Lớp đất đáy biển được hình thành từ hai nguồn chính:
- Vật chất xói mòn từ đất liền cuốn trôi ra biển, và sự xói mòn của bản thân đáy biển.
Các quá trình sinh học trong đại dương tạo ra trầm tích đáy biển từ sự phân hủy của động vật và thực vật Những trầm tích này đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái biển, góp phần duy trì sự cân bằng sinh học và cung cấp dinh dưỡng cho các sinh vật sống dưới đáy đại dương.
4.2.2 Các cảm biến dùng trong phân loại đáy biển
- Máy hồi âm đa tia.
- Máy hồi âm đơn tia
- Hệ thống Lidar đặt trên máy bay
- Hệ thống điện từ hàng không
- Sonar đặt phía mũi tàu
DÒNG CHẢY VÀ THỦY TRIỀU
Thủy triều và mực nước
Thủy triều tại bờ biển là kết quả của nhiều yếu tố, bao gồm lực kéo nước từ lưu vực đại dương Sự biến động của thủy triều chịu ảnh hưởng từ vùng nước nông trong các vịnh ven biển, các con sông và điều kiện thời tiết khu vực.
5.1.1 Lực gây ra thủy triều
Nguồn gốc của lực tạo ra thủy triều dường như là sự xuất hiện của mặt trăng
Lực ly tâm: Tâm hấp dẫn của trái đất và mặt trăng (barycentre) nằm tại một điểm
G cách khoảng 1700km bên dưới bề mặt trái đất, theo hướng mặt trăng, dọc theo một đường nối tâm mặt trăng với tâm trái đất.
Lực hấp dẫn: được tạo ra bởi sự thay đổi vị trí giữa các thiên thể từ nơi này đến nơi khác.
Lực thủy triều tại tâm trái đất là kết quả của lực ly tâm do chuyển động quay của trái đất quanh tâm G Tại điểm C, lực hấp dẫn (Fg) và lực ly tâm (Fc) có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều, dẫn đến việc lực thủy triều tại tâm trái đất bằng 0.
Lực thủy triều chỉ bằng khoảng 1/9 triệu lực hấp dẫn của Trái Đất, vì vậy chúng không đủ mạnh để kéo nước ngược lại với lực hấp dẫn của hành tinh.
Lực thủy triều trên bề mặt trái đất được hình thành từ sự kết hợp giữa lực hấp dẫn của mặt trời và lực ly tâm do trái đất quay quanh một điểm trọng tâm trong mặt trời Khoảng cách từ trái đất đến mặt trăng (384.400 km) và đến mặt trời (150.000.000 km) rất khác biệt, dẫn đến việc lực thủy triều do mặt trăng gây ra mạnh hơn 2,5 lần so với lực thủy triều do mặt trời, mặc dù khối lượng của mặt trời lớn hơn nhiều lần so với mặt trăng.
Thủy triều thực tế tại một điểm trên trái đất có sự khác biệt rõ rệt so với lý thuyết do nước là một chất lỏng, nên phản ứng chậm với lực tác động của thủy triều Hơn nữa, trái đất không phải là một khối cầu hoàn hảo mà có bề mặt không đồng đều với sự hiện diện của các lục địa và đáy đại dương Dòng thủy triều cũng bị ảnh hưởng bởi ma sát với đáy đại dương, lục địa và các dòng chảy khác, trong khi hình dạng và độ sâu của mỗi lưu vực đại dương cũng góp phần thay đổi dòng chảy của thủy triều.
Sự biến đổi của thủy triều không diễn ra một cách đồng đều Bắt đầu từ mức nước thấp, dòng thủy triều dần dần tăng lên liên tục trong khoảng thời gian nhất định.
Trong 3 giờ đầu của chu kỳ thủy triều, tốc độ nước tăng nhanh, sau đó giảm dần cho đến khi đạt mức cao nhất, tương tự như đường hình sin trong toán học Tuy nhiên, đường hình sin này có sự khác biệt tại mỗi vị trí trên trái đất Số 3 ở đây đại diện cho các đặc điểm nguyên tắc của thủy triều, bao gồm thời gian, phạm vi và các loại thủy triều Các cán bộ thủy văn cần dựa vào đồ thị biến động của thủy triều trong 3 giờ để phân tích từng đặc điểm, từ đó thực hiện tính toán và áp dụng cho công việc đo sâu hồi âm.
- Biên độ của thủy triều: Hiệu ứng chu kỳ trăng, hiệu ứng thị sai, hiệu ứng trăng lệch.
- Hiệu ứng của vùng lưu vực và ven biển
5.1.3 Nguồn sai số trong thủy triều và mực nước
- Các sai số do máy đo
- Các sai số trong tính toán mức chuẩn 0 của trạm nghiệm triều
- Các sai số trong áp dụng vùng thủy triều
5.1.4 Những yêu cầu khi khảo sát thủy văn
- Xác định tổng sai số
- Nghiên cứu đặc điểm thủy triều, mức nước, khí tượng và môi trường hải dương học
- Kiểm soát trạm đo và độ cao mực nước của trạm đo trong vùng
- Xây dựng sơ đồ vùng
- Phát triển các hoạt động thu thập dữ liệu, kiểm soát chất lượng, xử lý dữ liệu và phân tích
- Xác định mức triều cơ sở, mức triều tăng giảm và ước lượng mức sai số cuối cùng
5.1.5 Hệ thống đo mức nước tại Hoa kỳ
+ Tính toán mức trung bình
Dòng thủy triều và mực nước
Dòng thủy triều là chuyển động ngang của nước, được chia thành hai loại: thủy triều và không thủy triều Thủy triều phát sinh từ sự tương tác hấp dẫn giữa mặt trời, mặt trăng và trái đất, tạo ra sự gia tăng và giảm xuống của mực nước biển Trong khi đó, dòng không thủy triều bao gồm các dòng chảy thường xuyên trong hệ thống tuần hoàn của biển, cũng như các dòng tạm thời do biến đổi khí tượng.
Dòng chảy không phải thủy triều bao gồm:
- Dòng lưu hành trên đại dương;
- Dòng xoáy, dòng ranh giới đông – tây, dòng xích đạo;
- Dòng triều giả do thay đổi áp suất khí quyển;
- Dòng chảy sông và dòng thủy lực tại gần cửa sông.
Có hai phương pháp khác nhau để quan trắc dòng triều:
- Sử dụng phao Lagrange, thuốc nhuộm, thẻ trôi, thuyền trôi
- Sử dụng phao hình phễu theo dòng và sử dụng thước mét Euler tại một địa điểm
Thiết bị Lagrange rất quan trọng trong việc theo dõi nồng độ và vị trí của thẻ trôi theo thời gian, giúp xây dựng mô hình đường di chuyển và dự báo sự cố tràn dầu Chúng cũng hữu ích cho các nghiên cứu về mô hình dòng chảy ở cửa sông Ngoài ra, thẻ trôi dưới bề mặt nước có thể được sử dụng để theo dõi dòng nước bên dưới, cung cấp thông tin quý giá cho các nghiên cứu thủy văn.
Thiết bị Euler cung cấp thông tin chuỗi thời gian về dòng chảy tại các vị trí và độ sâu cụ thể, hỗ trợ các ứng dụng dự báo dòng thủy triều truyền thống cho các hoạt động như dẫn đường, thể thao, thương mại và đánh bắt cá.
Dòng thủy triều, giống như thủy triều dâng, có thể dự đoán nhờ vào sự tương tác giữa Trái đất, Mặt trăng và Mặt trời Dự báo dòng thủy triều dựa vào phân tích hàm điều hòa từ các quan trắc thủy triều trong một tháng âm lịch, với mức tối thiểu là 15 ngày dữ liệu để phản ánh quá trình lịch sử của thủy triều Mặc dù phân tích hàm điều hòa của thủy triều và dòng thủy triều có nhiều điểm tương đồng, nhưng việc phân tích dòng thủy triều thường phức tạp hơn.
Dự đoán dòng thủy triều gặp nhiều hạn chế tương tự như dự đoán chiều cao triều, đặc biệt khi thực hiện ngoài vị trí quan trắc Sự thay đổi về tốc độ và hướng dòng thủy triều tại các cửa sông và vùng nước nông, do ảnh hưởng của dòng không thủy triều, cần được xem xét cẩn thận Ngoài ra, ở những khu vực có lực triều thấp, việc dự báo dòng thủy triều cũng không mang lại hiệu quả do sự liên quan chặt chẽ với dòng không thủy triều.
QUAN TRẮC VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
Bản đồ địa hình, xác định bờ biển, định vị hàng hải
Các nhiệm vụ khảo sát biển cần tuân thủ các thông số kỹ thuật tối thiểu theo S-44, như được nêu trong chương 2 Độ chính xác tương đối của mặt bằng lưới cấp một phải đạt 1/100.000 (tương đương 10ppm) hoặc sai số vị trí mặt bằng dưới 10cm với độ tin cậy 95%.
214 với lưới cấp hai, độ chính xác tương đối về mặt bằng phải đạt 1/10 000 (tức 100ppm) hoặc sai số vị trí điểm dưới 50cm
Với độ tin cậy 95%, sai số vị trí điểm tại những điểm định vị ven biển:
Bậc đặc biệt Bậc 1 Bậc 2, 3 Đối tượng dễ thấy hoặc đèn hiệu để dẫn đường 2m 2m 5m Đường mép nước 10m 20m 20m
Phao dẫn đường hàng hải 10m 10m 20m Đặc điểm địa hình 10m 20m 20m
Phương pháp đo vẽ bản đồ:
- Phương pháp định vị vệ tinh RTK;
- Phương pháp tọa độ cực (máy kinh vĩ, toàn đạc điện tử, Sextant);
- Phương pháp tọa độ vuông góc (toàn đạc điện tử, thước thép, Sextant);
- Phương pháp giao hội (máy kinh vĩ, toàn đạc điện tử, Sextant);
- Phương pháp chụp ảnh hàng không;
6.1.2 Phương pháp định vị và độ chính xác
Trong trắc địa biển, cần sử dụng chế độ định vị vi phân (DGPS) với các trạm cố định trên bờ:
Tới 10km ±1cm, ±1ppm ±1cm, ±1ppm
10km tới 40km ±1cm, ±2ppm
Sau năm 2005, hệ thống GPS đã bổ sung sóng tải L5, cho phép một số máy thu hiện nay nhận tín hiệu từ nhiều hệ thống như GPS, GLONASS và GALILEO cùng lúc Điều này giúp tăng độ chính xác định vị của các máy thu mới, mang lại hiệu suất tốt hơn trong việc xác định vị trí.
Hệ thống tăng cường cơ sở mặt đất GBAS và hệ thống tăng cường cơ sở không gian SBAS đã cải thiện tính cơ động cho các máy thu tín hiệu vệ tinh, giúp tăng cường độ chính xác vị trí mà không phụ thuộc vào vị trí của các trạm định vị vi phân trên mặt đất Tuy nhiên, việc sử dụng các hệ thống này thường đi kèm với phí dịch vụ Để nâng cao độ chính xác, đồ hình lưới tăng dày các điểm cơ sở và phương pháp định vị GNSS được áp dụng với kỹ thuật tương đối – tĩnh.
6.1.3 Khảo sát cảng biển và vùng ven biển
- Các phương pháp trực tiếp
- Mật độ điểm chi tiết
Công nghệ viễn thám
Kỹ thuật hiện đại sử dụng cảm biến từ xa để thu thập thông tin, cho phép chụp ảnh bức xạ mặt đất Những bức ảnh này sau đó được phân tích và xử lý nhằm tạo ra dữ liệu địa hình mặt đất.
Bức xạ mặt đất có thể được phân loại thành hai loại dựa trên nguồn gốc năng lượng: nếu nó xuất phát từ năng lượng mặt trời phản chiếu, bộ cảm biến được gọi là thụ động; ngược lại, nếu bức xạ phát sinh từ sự phản chiếu trở lại năng lượng của bộ cảm biến, nó được gọi là chủ động.
Tên gọi Tần số (Hz) Bước sóng (m)
Sóng cực ngắn, viba 3.109 tới 3.1011 10-1 tới 10-3
Sóng hồng ngoại 3.1012 tới 3.1013 10-4 tới 10-5
Sóng gần hồng ngoại 3.1013 tới 4,3.1014 10-5 tới 0,7.10-6 Ánh sáng thấy được
Sóng cực tím 3.1015 tới 3.1016 10.7 tới 10-8
Một hệ thống viễn thám bao gồm bốn yếu tố cơ bản sau:
- Hệ thống cảm biến: bao gồm cả tên lửa mang vệ tinh lên quỹ đạo;
- Diện tích bao phủ bởi cảm biến trong thời điểm nhất định;
- Nguồn năng lượng là mặt trời (đối với hệ thống thu động), hoặc được tạo bởi cảm biến (hệ thống chủ động);
- Hệ thống phân phối: liên quan tới trạm tiếp nhận, hệ thống theo dõi vệ tinh, antenna, cơ quan điều hành và phân phối sản phẩm cho người dùng.
Những quỹ đạo chính của hệ thống vệ tinh:
Phân loại theo các phổ sóng điện từ:
Quang học: Bao gồm phổ nhìn thấy được (có bước sóng từ 0,4 m đến 0,7 m) hoặc gần hồng ngoại (bước sóng 0,7 m đến 3 m).
Hồng ngoại: Tương ứng với bước sóng hồng ngoại từ 7 m đến 15 m.
Sóng cực ngắn: Tương ứng với bước sóng từ mm đến cm, sử dụng chủ yếu bởi radar.
Nguồn bức xạ cho viễn thám bao gồm cả nguồn tự nhiên như ánh sáng mặt trời và tia tán xạ từ trái đất, bầu khí quyển, cũng như các nguồn nhân tạo như đèn flash, laser và sóng vi ba.
Những hệ thống viễn thám chính được phân loại như sau:
- Hệ thống phản hồi chùm tia Vidicon;
- Máy quét quang-điện tử.
6.2.2 Cấu trúc ảnh viễn thám Ảnh viễn thám được tạo bởi khả năng ghi nhận năng lượng bởi các cảm biến, được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự, sau đó xử lý và lưu trữ dưới định dạng kỹ thuật số Khoảng thời gian nội bộ lưu trữ các tín hiệu (khoảng cách giữa các tín hiệu) được gọi là “đơn vị thông tin ảnh” Đoạn dữ liệu tối thiểu được mô tả bởi một giá trị số hóa duy nhất, được gọi là “điểm ảnh” (pixel - Picture Element), kích thước điểm ảnh phụ thuộc vào độ phân giải hình học của cảm biến Mỗi điểm ảnh là một đặc trưng kỹ thuật số của bức xạ, mà cảm biến nhận được trong phạm vi dải tần hoặc phổ tần nó quản lý Ảnh số là một mảng hình học hai chiều (ma trận) Mỗi điểm ảnh có ba giá trị kết hợp:
- Tọa độ theo tuyến (hàng) bay;
- Giá trị độ xám trong phạm vi bước sóng của nó;
6.2.3 Quy trình xử lý cơ bản
Các yếu tố giải thích ảnh cần xem xét:
- Hệ thống cảm biến đa nền tảng
- Hỗ trợ giải thích ảnh
- Lựa chọn phương pháp phân tích ảnh
Các yếu tố chính để giải thích ảnh:
- Hình dạng và kích thước
Quy trình xử lý ảnh
+ Quy trình xử lý hình học
+ Nắn ảnh bằng đa thức
+ Hiệu ứng hình học trong ảnh VIR
+ Hiệu ứng hình học trong ảnh SAR:
Mô hình hình học ảnh SAR:
+ Phương pháp xử lý trị đo bức xạ
+ Hiện tượng sai lệch bức xạ trong ảnh VIR
+ Hiện tượng sai lệch bức xạ trong ảnh SAR
Vấn đề độ cao
Ứng dụng của bản đồ viễn thám
Bản đồ viễn thám hiện nay được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực quân sự, với khả năng tạo ra hình ảnh có độ phân giải lên đến 0,2m từ vệ tinh Tuy nhiên, các loại hình ảnh độ phân giải cao thường bị các Chính phủ hạn chế sử dụng cho mục đích dân sự và giao dịch thương mại Theo ISPRS, nhu cầu tạo lập bản đồ từ ảnh không gian được phân loại thành ba loại.
- Yêu cầu về mặt bằng;
- Yêu cầu về độ cao;
- Yêu cầu về thám sát và thăm dò;
ỨNG DỤNG THỰC TIỄN
Lập kế hoạch khảo sát biển
7.1.1 Lập dự án khảo sát biển
Lập kế hoạch khảo sát biển là quy trình quan trọng trong dự án thủy văn, bao gồm tất cả các bước từ khởi đầu dự án cho đến khi chỉ định đơn vị khảo sát và lưu trữ dữ liệu tại văn phòng cơ quan Quy trình này bao gồm nhiều thủ tục cần thiết để đảm bảo kết quả khảo sát chính xác và hiệu quả.
+ Yêu cầu về khảo sát;
+ Đặc điểm kỹ thuật của cuộc khảo sát;
+ Chỉ định đơn vị thiết kế phương án;
+ Lập kế hoạch chương trình khảo sát với đơn vị thiết kế;
+ Đánh giá các nhiệm vụ đã giao cho đơn vị đó, sau khi căn cứ hồ sơ năng lực; + Trinh sát thăm dò dự án;
+ Lập kế hoạch khảo sát chi tiết;
+ Ước tính thời gian cần thiết;
+ Lập kế hoạch chương trình khảo sát và phê duyệt;
+ Liên lạc với các cơ quan bên ngoài, nhằm tăng cường sự giám sát và hỗ trợ khi cần;
+ Lập kế hoạch quản lý dự án;
+ Lập kế hoạch tiến độ hàng ngày của dự án;
+ Lập kế hoạch thu nhận và kiểm tra dữ liệu khảo sát;
+ Lập kế hoạch để phân tích, giải thích dữ liệu và báo cáo khảo sát.
7.1.2 Đánh giá nhiệm vụ khảo sát
Các nhiệm vụ chính cho một cuộc khảo sát gồm:
+ Thành lập đơn vị giám sát;
+ Phương pháp giám sát và hiệu chỉnh vị trí tọa độ;
+ Tiêu chí của phương pháp đo sâu hồi âm;
+ Quan trắc và mốc thủy triều;
+ Xác tàu đắm và các vật cản;
+ Quan trắc hải dương học;
+ Quan trắc dòng thủy triều;
+ Quan trắc địa vật lý;
+ Địa hình bờ biển và địa hình đáy biển;
+ Hướng chạy tàu và tuyến khảo sát trên biển;
+ Các quan trắc phụ trợ: Bản đồ ảnh theo chiều dọc, chiều đứng, khoảng cách, dòng đầu tiên, đo từ trường, các hiện tượng tự nhiên,
+ Quan trắc kênh dẫn tàu vào ra cảng.
Phân phối nguồn lực khi thực hiện khảo sát căn cứ vào các tiêu chí sau:
Dự báo thời tiết và tình trạng nước biển đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước tàu cũng như khả năng sử dụng tàu cho các nhiệm vụ điều tra khảo sát Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và an toàn của các hoạt động trên biển.
+ Khu vực nước nông có diện tích và vị trí thế nào sẽ ảnh hưởng tới khả năng làm việc của tàu khảo sát
+ Có khả năng sử dụng máy bay trực thăng hay không, từ đó đề xuất yêu cầu với các đơn vị có liên quan
Khả năng hậu cần cho các tàu khảo sát biển bao gồm việc cung cấp nhiên liệu và thực phẩm cần thiết Đồng thời, việc bảo trì thiết bị và có sẵn các địa điểm sửa chữa khi cần thiết cũng rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của các tàu này.
Nhân lực đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả hoạt động, bao gồm số lượng và chuyên môn của đội ngũ nhân viên Thông tin liên lạc, dịch vụ y tế và khu giải trí trên tàu cũng cần được chú trọng Ngoài ra, sự hỗ trợ từ phía bờ và các thỏa thuận với các địa phương liên quan sẽ góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ và trải nghiệm của hành khách.
+ Điều kiện địa hình Điều này quyết định nguồn lực và thời gian cần thiết cho một cuộc khảo sát
+ Điều kiện khảo sát đối với thuyền tách rời tàu mẹ, khi thực hiện dự án lớn
Cuộc khảo sát gặp phải một số hạn chế về khả năng thực hiện, bao gồm cả việc cần chú ý đến tuyến đường và địa điểm khảo sát trên biển Để đảm bảo kết quả chính xác, việc cử một trinh sát đi trước để thăm dò địa điểm là rất quan trọng.
7.1.3 Kế hoạch điều tra chi tiết
- Kiểm soát vị trí mặt bằng
- Kiểm soát vị trí độ cao
- Phân định vùng bờ biển, xác nhận đối tượng dễ thấy và địa hình
- Những quan trắc phụ trợ
- Tổ chức đội khảo sát
- Thu thập và kiểm tra dữ liệu
- Yêu cầu định dạng dữ liệu
- Mối quan hệ với các cơ quan bên ngoài
Khảo sát thăm dò
Mục đích của công tác thăm dò trắc địa là:
- Thiết lập các mối liên lạc với địa phương
- Thăm dò các mốc khống chế sẽ được sử dụng trong cuộc khảo sát
- Xác nhận hiện trường khảo sát;
- Thiết kế mạng lưới các mốc khống chế trắc địa;
- Đánh dấu các mốc khống chế ổn định lâu dài;
- Mô tả các mốc khống chế trắc địa đã có;
Kế hoạch khảo sát đã đề xuất cần được chứng minh tính hợp lý thông qua việc cung cấp các thông tin chi tiết cho mỗi mốc khống chế trắc địa mới thành lập Những thông tin này sẽ giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình khảo sát.
- Khả năng tiếp cận, thời gian có thể đo đạc;
- Tầm nhìn từ mốc đó đến các mốc khống chế khác;
- Mô tả mốc khống chế, chụp ảnh khu vực xung quanh;
- Các yếu tố địa phương có liên quan tới công tác đo đạc;
- Điều kiện khí tượng và khả năng đo đạc.
Nên tận dụng các trạm nghiệm triều hiện có để cập nhật dữ liệu một cách hiệu quả Khi sử dụng trạm nghiệm triều, cần chú ý đến thước đo thủy triều và điểm cực của thủy triều Các vấn đề liên quan đến việc này cần được xem xét kỹ lưỡng.
- Thước đo thủy triều phải đặt tại nơi dễ thấy, dễ xây dựng và dễ đo đạc;
- Trạm nghiệm triều phải thấp để luôn có đủ nước cho việc đo triều;
- Vấn đề an ninh được coi trọng,
- Nhà đặt trạm nghiệm triều
- Trạm nghiệm triều gần các mốc khống chế trắc địa
Thu nhận dữ liệu
- Hiệu chuẩn và kiểm tra thiết bị định vị mặt bằng
- Khảo sát biển theo dòng
- 7 Các điều tra liên ngành
Mô tả bờ biển
- Yêu cầu mô tả chi tiết
- Phân định đường mép nước thấp nhất
- Độ cao của dải đất ven biển
- Sử dụng ảnh hàng không
- Báo cáo phân định đường bờ biển
Quy trình xử lý dữ liệu
- Phát hiện các đặc trưng đáy biển
- Các quan trắc phụ trợ
