TIỂU LUẬN đề tài TRẮC địa BIỂN

Xuất phát từ ý nghĩa quan trọng đó , em đã nhận bài tiểu luận : “ Em hiểu thế nào về trắc địa biển :” Nội dung được trình bày theo 7 chương sau : Chương 1 : Những nguyên tắc cơ bản của t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

BÀI TIỂU LUẬNTRẮC ĐỊA BIỂN

HỌ TÊN : NGUYỄN MẠNH TRƯỜNG

LỚP:ĐH2TĐ5

MÃ SINH VIÊN:DC00203869

HÀ NỘI 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Trắc địa hay trắc đạc hay đo đạc là một ngành khoa học về Trái Đất cụ thể

là đo đạc và xử lý số liệu đo đạc địa hình và đại vật nằm trên bề mặt Trái đất nhằm vẽ lên mặt phẳng giấy hay còn gọi là bản đồ Trắc địa là đo đạc

vị trí tọa độ , độ cao , hình dạng kích thước , phương hướng của đại hình mặt đất và đại vật nằm trên mặt đất Đây là ngành nghề có từ rất lâu đời tại các nước Châu Âu , sản phẩm của ngành có đóng góp quan trọng đến nhiều lĩnh vực như nghiên cứu quy hoạch , thiết kê ,thi công các công trình , quản lý đất đai , quản lý giao thông , điện lực , viễn thông , song , hồ , biển …

Lịch sử phát triển của ngành Trắc địa :

Sau Ai Cập, Cổ Hi Lạp có nền văn hoá phát triển mạnh Khoảng 300 năm trước Công nguyên, nhà thiên văn học Eratosten đã cho rằng quả đất có dạng hình cầu, và đo được độ dài cung kinh tuyến

Thế kỷ thứ 13, Trung quốc đã tìm ra la bàn và ứng dụng la bàn vào việc thành lập bản đồ hàng hải bằng phương pháp sao hoả tâm

Thế kỷ thứ 16, nhà bản đồ học Mecartor đã tìm ra phép chiếu phương vị ngang đồng góc để vẽ bản đồ

Thế kỷ thứ 17, nhà bác học Vecnie đã phát minh ra du xích

Thế kỷ thứ 18, nhà bác học Lambert đo được độ dài kinh tuyến qua Pari và đặt ra đơn vị độ dài đo là mét

Thế kỷ 19, nhà toán học Gauss tìm ra phương pháp chiếu đồ mới

Trải qua nhiều thời đại, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học

kỹ thuật và nền sản xuất xã hội, khoa học trắc địa ngày càng phát triển Những phát minh kính viễn vọng, logarit, tam giác lượng mặt cầu đã tạo điều kiện vững chắc cho sự phát triển của khoa học trắc địa

Trong những thập kỉ gần đây, những thành tựu mới về khoa học kĩ thuật đã làm cho khoa học trắc địa có bước phát triển mạnh: kỹ thuật thăm dò từ xa (viễn thám) đã cho phép thành lập bản đồ từ ảnh máy bay, ảnh vệ tinh Nhiều nước công nghiệp phát triển đã chế tạo ra nhiều máy trắc địa có kích cỡ nhỏ, nhiều tính năng, có độ chính xác cao, sử dụng máy tính điện

tử vào việc giải các bài toán trắc địa có khối lượng lớn v.v… là những thành tựu mới nhất của khoa học áp dụng trong trắc địa

Sự phát triển ngành Trắc địa ở Việt Nam Ở nước ta, ngành trắc địa đã phát triển từ lâu Nhân dân ta từ thuở xưa đã áp dụng kiến thức trắc địa vào sản xuất, quốc phòng Việc xây dựng các thành luỹ cổ như thành Cổ Loa, kinh đô Hoa Lư, việc mở mang đường sá, sông ngòi qua các thời đại

đã chứng minh vể hiểu biết trắc địa của nhân dân ta Đặc biệt dưới thời nhà Lê, năm 1467, vua Lê Thánh Tôn đã cho người đi khảo sát núi sông

để lập bản đồ nước Đại Việt thời Hồng Đức

Đầu thế kỷ 20, sau khi thôn tính và lập nền đô hộ, Pháp đã tiến hành công tác đo vẽ cho toàn bộ Đông Dương nhằm mục đích khai thác tối đa vùng đất này Việc đo đạc được tiến hành có tổ chức, áp dụng các phương pháp

đo khoa học và các máy móc có chất lượng cao Những bản đồ, hồ sơ còn lưu trữ nói lên điề đó Hiện nay những bản đồ, những số liệu đo đạc từ trước năm 1945 vẫn còn được dùng trong một số ngành

Trong thời kháng chiến chống Pháp (1646-1954) công tác trắc địa chủ yếu phục vụ cho quân sự: như trắc địa pháo binh, công binh, trinh sát … Sau cuộc kháng chiến thành công, nhà nước Việt Nam ra đời năm 1959 đánh dấu một bước trưởng thành của ngành trắc địa Việt Nam

Đội ngũ người làm công tác đo đạc và bản đồ nhà nước là cơ quan có chức năng tổ chức việc đo vẽ bản đồ toàn quốc các tỷ lệ, ban hành Quy phạm trắc địa và thống nhất công tác trắc địa trong cả nước

Trong ngành Trắc địa được chia thành nhiều ngành nhỏ như : trắc địa ảnh , trắc địa công trình và trắc địa biển

Biển chiếm diện tích khoảng 71% bề mặt tự nhiên trên địa cầu Biển

là nguồn lợi tự nhiên nói chung và đặc biệt có ý nghĩa quan trọng đối với các quốc gia ven biển Không chỉ bờ biển mà cả biển và vùng ven biển

có ý nghĩa rất quan trọng về chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, pháp luật và kinh tế Nhiều chỉ tiêu về kinh tế biển theo chuẩn mực

chung của thế giới được xây dựng căn cứ theo chiều dài bờ biển Những thông tin quốc tế xác nhận bờ biển Việt Nam có chiều rộng đến 100km tính

từ ven biển vào đất liền, theo đó, có tới 83% dân số Việt Nam sống trong vùng duyên hải Trong khi đó, bình quân chung thế giới chỉ có khoảng 39% dân số sống trong vùng duyên hải

Theo tiến sỹ Bùi Quốc Nghĩa, chuyên gia kinh tế biển, có hơn một phương pháp để xác định chiều dài bờ biển của một quốc gia, song thông thường có hai phương pháp

- Thứ nhất là đo thủ công bằng thước thẳng trên bản đồ, chiều dài đoạn

đo càng nhỏ thì độ chính xác càng lớn - đây là phương pháp truyền

- Thứ hai là đo bằng công cụ GIS (hệ thống thông tin địa lý) với bản đồ kỹ thuật số được lập với độ chính xác rất cao và đã tính đến độ cong của bề mặt trái đất

Chiều dài bờ biển là một trong những chỉ tiêu quan trọng để xác định một quốc gia có biển hay không có biển

Hiện nay chiều dài bờ biển Việt Nam được công bố trên website của Bộ Khoa học – Công nghệ là 3.350km được tính bằng tổng chiều dài

bờ biển của các tỉnh ven biển Một số tổ chức nước ngoài, như CIA World Factbook tại website http:\\ www.cia.gov công bố chiều dài bờ biển Việt nam là 3.444km chưa tính chiều dài bờ biển đảo, đồng thời xếp hạng Việt Nam đứng thứ 32 về chiều dài bờ biển trong tổng số 156 nước có biển Riêng Viện Tài nguyên thế giới và Tổ chức Môi trường Liên hiệp quốc xác định bờ biển Việt Nam dài 11.409,1km Theo “định nghĩa” của ngành địa lý hiện đại, bờ biển bao gồm cả bờ biển ngoài (theo định nghĩa

cổ điển cộng với bờ đảo biển) và bờ biển trong bao gồm đầm phá và các cửa sông chịu tác động mạnh của thuỷ triều thì chiều dài bờ biển Việt Nam

là 11.409,1km

Công nghệ định vị vệ tinh toàn cầu GPS đã nhanh chóng thay thế các thiết bị đo đạc lưới toạ độ, mở rộng tầm hoạt động tới vài nghìn km và tạo thêm khả năng định vị cả những đối tượng động Công nghệ chụp ảnh vệ tinh đã đạt được những bước phát triển đáng kể trong những năm gần đây,

độ phân giải của ảnh đạt tới mức 0,5 mét với nhiều phổ khác nhau giúp cho khả năng thông tin nhanh để lập được các loại bản đồ địa hình, nghiên cứu các yếu tố vật lý và hóa học trên bề mặt đất Ảnh radar giúp cho quá trình phân tích biến động của thông tin trên mặt đất rất hiệu quả Công nghệ quét siêu âm đáy nước từ tầu đo đạc, quét laser mặt đất từ máy bay đã giúp cho quá trình lập bản đồ các loại tỷ lệ lớn chính xác và nhanh chóng Công

nghệ thông tin với kỹ thuật đồ hoạ hiện đại đã tạo nên một bước tiến trong việc xử lý thông tin thu nhận được về Trái đất (thông tin địa lý), tổ chức quản lý thông tin và xây dựng mô hình thông tin về lãnh thổ (hệ thống thông tin địa lý) Đến nay, toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất thông tin đo đạc và bản đồ đã được tổ chức dưới dạng công nghệ xử lý số, từ khâu thu nhận, xử lý, quản lý tới cấp phát thông tin

Hệ thống định vị điện tử LORAN-A, LORAN-C với độ chính xác ± 500m hiện nay it sử dụng , thay vào đó là các hệ thống định vị thủy âm với

độ chính xác vài cm và định vị DGPS Vì vậy, bài tiểu luận của em sẽ đi sâu phân tích các kỹ thuật mà hiện nay thế giới đang dùng, định vị vi phân

DGPS, đo vẽ bản đồ biển bằng công nghệ viễn thám và hồi âm đa tia

Để thực hiện được các phần việc đó, không thể thiếu kiến thức về thủy triều và dòng chảy, cũng như kiến thức về phân loại đặc trưng đáy biển

Xuất phát từ ý nghĩa quan trọng đó , em đã nhận bài tiểu luận :

“ Em hiểu thế nào về trắc địa biển :”

Nội dung được trình bày theo 7 chương sau :

Chương 1 : Những nguyên tắc cơ bản của trắc địa biển

Chương 2 : Định vị trên biển

Chương 3 : Xác định độ sâu

Chương 4 : Xác định đặc trưng và phân loại đáy biển

Chương 5 : Dòng chảy và thủy triều

Chương 6 : Quan trắc và thành lập bản đồ

Chương 7 : Ứng dụng thực tiễn

Bài tiểu luận của em dựa vào giáo trình Trắc địa biển của trường Đại Học Tài nguyên và Môi trường, đồng thời cập nhật các kiến thức trên mạng phù hợp với thực tiễn khoa học bài Bài tiểu luận này còn những khiếm khuyết, vì thế em rất mong thầy bổ sung và góp ý giúp em hoàn thiện và học tập tốt hơn trong môn học trắc địa biển

Em xin chân thành cảm ơn thầy !

Hà nội 20 , tháng 3 năm 2015 Sinh viên thực hiện : Nguyễn Mạnh Trường

CHƯƠNG 1 NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN

NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN

Nhiệm vụ

Tương tự như công tác Trắc địa – Bản đồ nói chung, công tác trắc địa biển và các kỹ thuật khảo sát thủy văn bao gồm các kiến thức và kỹ năng rất quan trọng Nhằm phục vụ hoạt động hàng hải, khai thác tài

nguyên khoáng sản, quản lý và giám sát công tác dầu khí, nghề cá, tuyến cáp ngầm, khảo cổ, tìm kiếm cứu nạn và an toàn hàng hải.

Công việc của kỹ sư trắc địa biển có thể chia thành bốn nhóm chính như sau:

1/ Tiến hành khảo sát tiền khả thi, dịch vụ hậu cần trong chuyến đi biển dài ngày và lập kế hoạch khảo sát;

2/ Thực hiện quy trình khảo sát

biển; 3/ Quản lý dữ liệu đã thu

thập;

4/ Bảo trì thiết bị

Theo quy định trước đây, nhiệm vụ của trắc địa biển bao gồm:

1/ Xây dựng lưới khống chế trắc địa biển bao gồm các điểm khống chế bố trí ven bờ, trên hải đảo, bãi ngầm hoặc trên các dàn khoan, phao tiêu

2/ Thành lập bản đồ địa hình đáy biển Các bản đồ này phục vụ cho giao thông hàng hải, điều tra khảo sát tài nguyên biển, thăm dò khoáng sản biển, quy hoạch và sử dụng tài nguyên biển Góp phần bảo

vệ và phát triển bền vững kinh tế biển lâu dài

3/ Trắc địa biển phải cung cấp các tài liệu cơ sở cho việc thiết kế, thi công xây dựng các công trình như: cảng biển, cầu vượt biển, giàn khoan, đường ống ngầm hoặc cáp ngầm và sân bay trên biển;

4/ Phục vụ công tác nghiên cứu khoa học trên biển và đại dương như: đo trọng lực trên biển, nghiên cứu hình dạng mặt đẳng thế trọng trường trên biển, khí tượng thủy văn biển và nghiên cứu môi trường biển;

5/ 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 biển

Các kiến thức được sử dụng hợp lý và đúng đắn để có thể mô tả được bản chất của đáy biển, mối quan hệ giữa địa lý ven bờ với địa lý đại dương Trắc địa biển, theo định nghĩa, là chìa khóa để thực hiện các

tiến bộ về hàng hải và có tầm quan trọng tuyệt đối với kinh tế quốc gia.

Các môn học liên quan tới trắc địa biển

Hiện nay, nhiệm vụ của trắc địa biển được quy định như sau:

1/ Đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của giao

thông hàng hải; 2/ Quản lý vùng ven biển;

3/ Thăm dò và khai thác tài nguyên biển;

4/ Bảo vệ môi trường biển và môi trường

toàn cầu; 5/ Hàng hải và quốc phòng

Vì những nhiệm vụ trên, chúng ta sẽ đề cập tới các lĩnh vực thuộc thẩm quyền của trắc địa biển và những nguyên tắc cơ bản trong khảo sát biển

Lĩnh vực thuộc phạm vi khảo sát biển

 Vận tải biển

 Quản lý vùng ven biển

 Thăm dò và khai thác tài

 Quốc phòng

 Du lịch biển

 Thể thao và giải trí

NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN

Mục tiêu

Khảo sát biển bao gồm xác định địa hình đáy biển và địa hình khu vực ven biển, bao gồm cả sông, hồ, bến cảng và các dạng môi trường nước khác có liên quan

• Trước kia, khảo sát biển chỉ là khảo sát một vùng nước

ven biển

• Hiện nay, nó bao gồm một loạt các nhiệm vụ như: đo

thủy triều, đo trọng lực và từ trường trái đất, xác định các tính chất vật lý và hóa học của nước biển và vùng nước ven biển

Mục tiêu của khảo sát biển là:

a/ Thu thập và điều tra có hệ thống dữ liệu vùng bờ biển và hải đảo:

do con người tạo ra với tất cả các tính năng cần thiết để đi biển

nguy hiểm tiềm tàng trong việc dẫn đường và các hoạt động đánh bắt cá

- Thủy triều và dòng chảy

- Tính chất vật lý của nước biển trong vùng

b/ Xử lý thông tin đã thu thập được nhằm tạo ra cơ sở dữ liệu

có khả năng biên tập bản đồ chuyên đề về biển, biểu đồ hải trình và các tài liệu hướng dẫn:

ống ngầm dưới đáy biển

- Phân định ranh giới hàng hải

Khảo sát thủy văn đang trải qua những thay đổi lớn trong công nghệ, đó là hệ thống hồi âm đa tia, hệ thống laser

và viễn thám Khả năng xác định vị trí với độ chính xác cao do kết hợp với hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu.

Yêu cầu độ chính xác của khảo sát biển

Tổ chức IHO đã xác định bốn cấp khảo sát được thể hiện như sau:

1/ Cấp đặc biệt: Khảo sát thủy văn giới hạn cho những khu

vực quan trọng và được xác định cụ thể ví dụ như bến cảng,

cửa sông, kênh dẫn tàu, …

2/ Cấp một : Khảo sát thủy văn cho khu vực hải cảng, cửa

sông hoặc khu vực ven biển có mật độ giao thông cao

3/ Cấp hai : Khảo sát thủy văn khu vực có độ sâu dưới 200m

và không phải là cấp đặc biệt hay cấp một Đây là cấp được

sử dụng nhiều nhất cho hàng hải

4/ Cấp ba: Cấp khảo sát này dành cho mọi khu vực, loại trừ

cấp đặc biệt, cấp một, cấp hai Điều kiện khảo sát tương tự cấp một và cấp hai, nhưng ở độ sâu trên 200m

Độ chính xác trong khảo sát thủy văn được nêu trong

Không bắt buộc

Khả năng dò

tìm

Vật thể trên 1m

Vật thể trên 2m với độ sâu 40m

Như cấp một Không bắt buộcKhoảng

cách giữa

các luồng

Không áp dụng

3 lần độ sâu trung bình hoặc 25m

3 đến 4 lần

độ sâu trung bình

4 lần độ sâu trung bình

- Xác định phạm vi khảo sát và thời gian khảo sát;

- Dự kiến tàu thuyền và phương tiện;

- Công nghệ hoặc thiết bị hỗ trợ lúc cần thiết: ảnh hàng

không, ảnh vệ tinh, hệ thống khống chế trắc địa, thủy triều;

- Các yếu tố hạn chế: ngân sách, chính trị, hệ thống định vị,

hậu cần

Nhóm khảo sát cũng cần phối hợp với các tổ chức liên

ngành, đề xuất thông tin chi tiết như sau:

- Giới hạn điều tra khảo sát

- Yêu cầu dữ liệu và độ phân giải;

- Phối hợp với cấp trên và các đơn vị liên quan thống nhất nội

dung báo cáo;

- Mô tả chi tiết nội dung và lý do khảo sát, phương pháp

tiến hành, những phương pháp đặc biệt

• Xử lý dữ liệu

Quá trình xử lý dữ liệu cần tuân theo một tiêu chuẩn nghiêm

ngặt để kiểm soát chất lượng Yêu cầu dữ liệu phải hợp lệ và đáp

ứng các tiêu chuẩn, thông số kỹ thuật theo quy định của IHO

Phải cần thận trong quá trình xử lý dữ liệu thô ban đầu Đảm

bảo rằng các sai số thô và sai số hệ thống được loại bỏ.Quá trình

xử lý nên tận dụng các thông tin có sẵn để nhận diện các tín hiệu

dẫn hướng và đảm bảo chất lượng dữ liệu

Phân tích dữ liệu

Độ chính xác của kết quả đo đạc phải được đánh giá

đúng và tin cậy Ngoài các sai số làm tròn trong tính toán, kỹ

thuật quan trắc phải được áp dụng các phương pháp loại bỏ sai

số thô và sai số hệ thống, chỉ còn tồn tại sai số ngẫu nhiên trong

dữ liệu Do vậy, cần phải tiến hành những thủ tục để loại bỏ sai

số thô và sai số hệ thống

kỹ năng

Sai số cố định, sai số hệ thống và sai số theo chu kỳ được

gọi chung là sai số hệ thống Tính chất của sai số này là tích lũy

Sai số ngẫu nhiên hiện diện trong mọi quan trắc

Để cô lập những sai số không phải ngẫu nhiên trong dữ

liệu đo, cần tiến hành kiểm tra và so sánh trong nội bộ các trị

đo, hoặc với các trị đo đã có trước đó Nếu sai số hệ thống có mặt, thì độ lệch này sẽ có xu hướng Sai số thô làm cho độ lệch rất lớn so với trung bình

Dữ liệu tốt phải là dữ liệu đã qua xử lý sơ bộ Người kỹ sư trắc địa phải dựa vào kiến thức và kinh nghiệm của mình để loại trừ và cô lập các sai số lớn, sai số không ngẫu nhiên có thể ảnh hưởng đến kết quả khảo sát thủy văn

MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA VÙNG BIỂN VIỆT NAM

Chiều dài bờ biển Việt Nam được công bố trên website của Bộ

Khoa học – Công nghệ là 3.350km được tính bằng tổng chiều

dài bờ biển của các tỉnh ven biển

Các đảo có nhiều nguồn lợi về kinh tế và có vị trí địa chính trị rất quan trọng về quốc phòng và an ninh

Quần đảo Trường Sa là một tập hợp thực thể địa lí được bao quanh bởi những vùng đánh cá trù phú và có tiềm năng

dầu

mỏ và khí đốt thuộc biển Đông

Đường cơ sở là đường

ranh giới phía trong của lãnh

hải và phía ngoài của nội

thủy, do quốc gia ven biển

hay quốc gia quần đảo định

ra phù hợp với công ước của

Liên hợp quốc về luật biển

năm 1982 để làm cơ sở xác

định phạm vi của các vùng

biển thuộc chủ quyền và

quyền tài phán quốc gia

Khí hậu và thủy văn

Biển Việt Nam thuộc vùng nhiệt đới gió mùa, bị ảnh hưởng

bởi các đợt áp thấp nhiệt đới và bão nhiệt đới ven Thái Bình Dương Đây là nguyên nhân làm giảm thời gian tiến hành công tác khảo sát và đo đạc trên biển.

Chế độ thủy triều tại Việt Nam khá phức tạp, bao gồm:

- Nhật triều thuần khiết;

- Nhật triều không đều;

- Bán nhật triều và bán nhật triều không đều

Một số đặc trưng thủy văn khác

Luật biển của Việt Nam được hình thành theo nhiều giai đoạn

1. Đối với quần đảo Hoàng Sa và quần đảo Trường Sa, Pháp đã nhân danh Nhà nước Việt Nam tổ chức bảo vệ quản lý, như: đồn trú, tuần tra, thành lập đơn vị hành chính, xây trạm khí tượng, đài vô tuyến điện, trạm đèn biển

2. Thời kỳ 1954 - 1976: Việt Nam Cộng hòa (VNCH) với tư

cách là chủ thể trong quan hệ quốc tế theo quy định của Hiệp định Genève, là thành viên của hơn 30 tổ chức quốc tế, đã có mặt tại Hội nghị của LHQ về Luật Biển lần thứ nhất tại Genève năm 1958

đổ vào năm 1975, Chính phủ cách mạng lâm thời Cộng hòa miền Nam Việt Nam (CHMNVN) trở thành người đại diện chính thức

của nhân dân miền Nam Việt Nam.

Mô tả vùng lãnh hải và quyền tài phánHình 1.8 Mô tả vùng lãnh hải và quyền tài phán

(http://www.seasfoundation.org/)

1. Vùng tiếp giáp lãnh hải mở rộng ra tới khoảng cách tối đa 24 hải lý

tính từ đường cơ sở Thẩm quyền quốc gia ven biển trong vùng tiếp giáp lãnh hải là quyền cảnh sát

2. Vùng đặc quyền kinh tế mở rộng tối đa 200 hải lý tính từ đường cơ

sở Vùng đặc quyền kinh tế được đặt dưới một chế độ pháp lý riêng, được điều chỉnh theo quy định của Công ước về Luật Biển 1982

Quốc gia ven biển có quyền đối với vùng đặc quyền kinh tế như sau:

a. Thực hiện quyền chủ quyền về thăm dò và khai thác tài

nguyên, bảo tồn và

quản lý tài nguyên sinh vật hoặc không phải sinh vật của vùng nước và đáy biển

b. Thực hiện quyền tài phán theo quy định của Công ước 1982

về:

vệ môi trường biển

Trong vùng đặc quyền kinh tế biển, các quốc gia có biển và các quốc gia không có biển được hưởng các quyền lợi sau:

6. Thềm lục địa bao gồm đáy biển và lòng đất dưới biển bên

ngoài lãnh hải của một quốc gia, trên toàn bộ phần kéo dài tự nhiên của quốc gia đó ra biển, với khoảng cách tối đa 200 hải lý tính từ đường cơ sở Nếu bờ ngoài của rìa lục địa có giơi hạn mở rộng, thì được phép kéo dài tới rìa lục địa theo Công ước 1982

7. Biển cả tiếp liền với vùng đặc quyền kinh tế Đây là vùng biển

nằm ngoài vùng đặc quyền kinh tế, nằm ngoài phạm vi chủ quyền và quyền tài phán của quốc gia ven biển Tất cả các quốc gia đều được hưởng các quyền tự do ở vùng biển cả Điều ấy bao gồm:

8 Vùng di sản chung của loài người bao gồm đáy biển và lòng đất dưới

biển nằm ngoài ranh giới của thềm lục địa

Hiện nay đang tồn tại hai khái niệm về đường cơ sở Đường cơ sở thông thường và đường cơ sở thẳng

Hình 1.9 Đường cơ sở của biển Việt Nam gồm 11 điểm

a. Đường cơ sở thông thường là đường ngấn nước thủy triều

thấp nhất Phương pháp tính đường cơ sở thông thường liên quan tới sự thay đổi mực nước triều, mực nước 0 của hải đồ Mức 0 của hải đồ rất khác nhau giữa các quốc gia và giữa các vùng biển Phương pháp này khó xác định khách quan và chính xác, nên ít được dùng

b. Đường cơ sở thẳng được áp dụng cho trường hợp sau:

- Bờ biển khúc khuỷu, bị khoét sâu, lồi lõm;

- Bờ biển có đảo nằm gần sát và chạy dọc theo bờ;

- Bờ biển có điều kiện tự nhiên không ổn định do có sự hiện diện của các đồng bằng châu thổ của các sông

CHƯƠNG 2 ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN

Xác định vị trí điểm trên biển gán với một hệ quy chiếu hay một khung tham chiếu quốc tế, nhằm liên kết với hệ thống thông tin địa lý GIS là mục đích chính của định vị trên biển

Xác định vị trí các điểm trên bề mặt Trái đất đòi hỏi phải thành lập một cơ

sở gốc thích hợp (DATUM), bao gồm các điểm tọa độ cơ sở, các tham số phù hợp với hình dạng và kích thước của Trái đất Hiện nay thế giới sử

dụng chủ yếu hệ tọa độ WGS 84 và khung tham chiếu quốc tế ITRF, điều này đảm bảo:

- Các giá trị tọa độ biểu diễn được chi tiết các hình thể và điểm trên bản đồ

2.1 NGUYÊN LÝ ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN 2.1.1 Trái đất

Vị trí một điểm trên bề mặt Trái đất khi biểu diễn trên bản đồ buộc phải liên quan đến những định nghĩa toán học Khi biểu diễn một bề mặt tự nhiên lên bản đồ, cần có hai cơ sở sau:

- Mô tả Trái đất có hình dạng Ellipsoid tròn xoay;

- Có bề mặt cong của Ellipsoid để biểu diễn vị trí điểm tự nhiên trên mặt đất;

- Có hệ thống tọa độ để xác định vị trí của địa hình tự nhiên lên mặt toán học; - Có mô hình Geoid

2.1.2. Ellipsoid Trái đất

Ellipsoid là mặt toán học mà tất cả các đường cong giao nhau tại một vị trí trên Ellipsoid là các vòng tròn Tại bất kỳ điểm nào trên bề mặt Ellipsoid, có

vô số mặt phẳng trực giao chứa pháp tuyến với Ellipsoid đi qua điểm ấy Tại điểm bất kỳ trên Ellipsoid, luôn tồn tại một góc lệch nhỏ, giữa pháp

tuyến của nó với phương của dây dọi Góc lệch này thay đổi theo vĩ độ và theo các tham số xây dựng mô hình Ellipsoid

Hình 2.2 Ellipsoid Trái đất

Bề mặt Ellipsoid có nguồn gốc toán học, cho nên nó được sử dụng rộng rãi như là một khung tham chiếu, nhằm biểu diễn các thành phần tọa độ của điểm bất kỳ trên Trái đất Tuy nhiên, có hạn chế về độ cao, khi nó phải xấp

xỉ với bề mặt tự nhiên của địa hình Trái đất

2.1.3. Ellipsoid địa phương và phép chiếu

Để thực hiện phép chiếu bản đồ, trước tiên chiếu mặt đất tự nhiên về mặt Ellipsoid,sau đó chuyển từ mặt chuẩn này sang mặt phẳng Tùy theo vị trí địa lý của từng quốc gia mà có thể áp dụng Ellipsoid và các phép chiếu bản

đồ cho phù hợp

Phép chiếu bản đồ UTM là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc Phép chiếu UTM có ưu điểm là độ biến dạng được phân bố đều và có trị số nhỏ

Hiện nay Việt Nam đã sử dụng lưới chiếu này trong hệ tọa độ Quốc gia VN2000 thay cho phép chiếu Gauss-Kruger trong hệ tọa độ cũ HN-72

Hình 2.3 Mô tả Ellipsoid địa phương Phép chiếu hình trụ đứng (TM) có thể coi Trái đất là hình cầu, cũng có thể

là hình Ellipsoid Các kinh tuyến khi chiếu lên trụ đứng là những đường thẳng song song nhau, còn vòng vĩ tuyến khi chiếu lên trụ đứng tất nhiên cũng là những đường thẳng song song nhau và vuông góc với kinh tuyến, nhưng dãn xa dần về phía hai cực Phép chiếu trụ đứng có tỷ lệ biến dạng

về phía hai cực Trái đất là khá lớn

2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ MẶT BẰNG

Khảo sát địa hình trên biển dựa vào các mốc cơ sở có tọa độ trắc địa tại vùng ven biển Các điểm cơ sở và mạng lưới kết nối chúng tạo thành hệ thống lưới cơ sở cho những mục đích khảo sát khác nhau trên biển Các phương pháp xác định tọa độ mặt bằng có thể thực hiện bằng cách:

- Phương pháp truyền thống: đo góc và khoảng cách, đo thiên văn

2.2.2 Phương pháp GNSS

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ra đời đầu thập kỷ 80 của thế kỷ 20 đã mang lại cuộc cách mạng to lớn trong lĩnh vực định vị trên toàn Trái đất Thực chất của kỹ thuật định vị toàn cầu là các trị đo trong không gian

Khung tham chiếu trắc địa của hệ thống là Ellipsoid WGS 84 Phương pháp chủ yếu sử dụng trong trắc địa biển là phương pháp:

- Đinh vị tuyệt đối;

Hình 2.6 Định vị vi phân DGPS và các phương tiện của tàu khảo

sát thủy văn Bởi vì trắc địa biển liên quan đến một không gian rộng lớn, các hệ thống vệ tinh cũng vì thế được phát triển và bổ sung thêm cho công tác định vị trên biển của tàu khảo sát thủy văn

Hình 2.7 Bốn hệ thống vệ tinh và nhiều phương tiện phục vụ khảo sát thủy văn Hình 2.7 trình bày bốn hệ thống vệ tinh sẵn sàng phục vụ công tác định vị trên biển của tàu khảo sát thủy văn Đó là các hệ thống:

Meteorological Satellite (GMS), Meteorological Satellite (NOAA), GPS,

Inmarsat

2.2.3 Phương pháp đo ảnh

Ảnh địa hình là một kỹ thuật phổ biến đối với khảo sát và thành lập bản đồ địa hình, thông qua các bức ảnh chụp từ nhiều phương thức khác nhau Ảnh địa hình thông thường được chia thành hai loại:

trên mặt đất;

Nguyên tắc xây dựng địa hình, địa vật từ ảnh là phải có ít nhất hai tấm ảnh được lấy từ những vị trí khác nhau Nếu vị trí của máy ảnh được biết, tọa

độ không gian của hai ảnh được tính từ hai đường giao nhau với tâm

quang học của bức ảnh

Cơ sở toán học của phương pháp đo ảnh dựa vào ba điều sau:

a/ Hệ tọa độ không gian ảnh (S- x, y,z)

b/ Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh (0- x’, y’)

c/ Hệ tọa độ đo ảnh (0- X’, Y’, Z’)

Khi xác lập được tọa độ không gian ảnh và tọa độ mặt bằng của một số điểm định hướng trên ảnh (điểm cơ sở ảnh), các yếu tố định hướng ảnh đã được tính toán, từ đó biểu diễn địa hình địa vật với tọa độ và độ cao xác định

Quá trình cơ bản của phương pháp đo ảnh là thu nhận thông tin và xử lý thông tin của đối tượng đo (Hình 2.9) Tùy thuộc vào phương thức thu nhận

và xử lý thông tin mà hình thành các phương pháp đo ảnh khác nhau

Hình 2.9 Quá trình đo ảnh (Sản phẩm tương tự: Bản đồ, biểu đồ Sản phẩm số: Các bảng tọa độ, các

tệp dữ liệu.)

2.2.4 Đặc trưng tia ngắm ngang trên biển

Do Trái đất là một mặt cong, tia ngắm ngang từ trạm đo này tới trạm đo

khác bằng các thiết bị quan học có thể gặp trở ngại bởi độ cong Trái đất và các vật cản trở khác

2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO 2.3.1 Đo cao hình học

2.3.2 Đo cao lượng giác

2.3.3 Đo cao GPS

Kỹ thuật định vị tương đối trong công nghệ định vị vệ tinh có thể xác định khá chính xác vị trí điểm với ba thành phần tọa độ X, Y, Z Đối với hệ thống GPS, do sử dụng Ellipsoid WGS 84, nên độ cao của điểm định vị là độ cao trong WGS 84

Trong quy định biểu diễn bản đồ, độ cao phải được hiển thị là độ cao liên quan đến Geoid chứ không phải là độ cao Ellipsoid Do đó, điều quan trọng

là phải biết được mô hình Geoid của khu vực đo vẽ bản đồ Trong phạm vi nhỏ hơn 10km, sự thay đổi của mô hình Geoid thường nhỏ và có thể bỏ qua

Đối với các khu vực lớn, cần thiết phải sử dụng mô hình Geoid toàn cầu (EGM 96 hoặc EGM 08) hoặc mô hình Geoid địa phương có sẵn trong dữ liệu của phần mềm xử lý số liệu đo GPS

2.4 THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN 2.4.1.Máy thu GNSS

Máy thu GPS phân loại theo các phép đo mà chúng có thể thu nhận được (ví dụ một tần số, hai tần số) và theo độ chính xác vị trí điểm thu

Máy thu một tần số thường có các trị đo: CA code, pha sóng tải L1 và trị đo Doppler

Máy thu hai tần số thường có các trị đo: CA code, P code, pha sóng tải L1

và L2, trị đo Doppler

Các máy thu GPS ngày nay thường tích hợp antenna và máy thu vào

chung một thiết bị Năng lượng cho máy thu thường được sử dụng pin ion và có thể sạc nhiều lần Nếu ca đo kéo dài thì phải sử dụng nguồn năng lượng phụ ở bên ngoài và phải chuẩn bị trước khi đo

Li-2.4.2 Thiết bị điện tử

Các thiết bị điện tử thông thường sử dụng để đo khoảng cách Ví dụ như các máy đo khoảng cách kết hợp máy kinh vĩ được gọi là toàn đạc điện tử (Total Station) Đo khoảng cách điện tử thường được thực hiện trên hai

phương pháp:

2.4.2.1 Máy đo khoảng cách điện tử thực hiện phương pháp pha

Thiết bị đo dựa trên nguyên lý sự lan truyền của sóng điện từ trong không khí theo dạng hình sin với tốc độ tương đương tốc độ ánh sáng ( ) Chính xác hơn là tốc độ truyền sóng trong chân không ( ) kèm theo khúc xạ của không khí ( ) Khúc xạ không khí thì phụ thuộc nhiệt độ, áp xuất và độ

ẩm

Các thiết bị này được tạo từ ba phần riêng biệt: Máy phát xạ, phản xạ và bộ tiếp nhận Thành phần đầu tiên và cuối cùng được tích hợp trong cùng một thiết bị Tín hiệu phát đi gặp gương phản xạ trở lại và được tiếp nhận sau

khi phân tích thành phần tín hiệu, khoảng cách tính được sẽ chia đôi để tìm

ra khoảng cách thực giữa thiết bị và gương phản xạ Vấn đề là xác định số nguyên lần bước sóng mà máy thu nhận được Có 3 kỹ thuật để xác định

số nguyên lần bước sóng:

- Kỹ thuật bội số của 10;

- Kỹ thuật 3 tần số;

- Kỹ thuật điều biến tần số tín hiệu

Trong hai kỹ thuật đầu, việc xác định sự khác nhau của pha là cần thiết Điều này đạt được thông qua một giai đoạn, gọi là giai đoạn phân biệt pha sóng hình sin Tương tự kỹ thuật biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu

số, người ta sử dụng bộ đếm bước sóng theo thời gian và từ đó tính ra khoảng cách Để tăng độ chính xác cho phương pháp, thiết bị sẽ tính lặp hàng ngàn lần và phải mất khoảng vài giây để hoàn thành việc đo khoảng cách

Hiện nay, các nhà sản xuất máy đo khoảng cách đã áp dụng một kỹ thuật mới mà không có sự phân biệt giữa các pha cho phép đạt được độ chính xác cao hơn trong đo khoảng cách Có hai loại thiết bị đo khoảng cách:

2.4.2.2 Máy đo khoảng cách điện tử thực hiện phương pháp xung

Kỹ thuật xung được ứng dụng nhiều trong các máy đo khoảng cách điện tử hiện nay Kỹ thuật này ứng dụng phương pháp đo khoảng cách laser đến

vệ tinh (SLR- Satellite Laser Ranging) Đó là một xung laser được phát đi từ thiết bị mặt đất và phản xạ trở lại bởi một gương phản xạ đặt trên vệ tinh -Nhược điểm: sai số của đồng hồ lại gây ra sai số cho khoảng cách được

đo

-Ưu điểm của phương pháp đo khoảng cách điện tử theo xung: +Phương pháp đòi hỏi ít thời gian hơn phương pháp pha Rất hữu ích trong quan trắc vị trí điểm khảo sát trên sông hồ

+ Tiết kiệm về kinh tế, tăng tuổi thọ pin năng lượng

c/ Tín hiệu có thể phản xạ ở những bề mặt không nhẵn, rất thuận lợi khi có thể quan trắc được những nơi không thể tiếp cận để đặt gương phản xạ

d/ Chất lượng của phép đo không bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện khí hậu

và môi trường (nhiệt độ, áp xuất, độ ẩm) như trong phương pháp đo theo pha

2.4.2.3 Máy toàn đạc điện tử

Tổ hợp của máy đo khoảng cách điện tử và máy kinh vĩ điện tử là một thiết

bị được gọi là Toàn đạc điện tử Đây là một thiết bị cực kỳ hiệu quả Thậm trí ngày nay, máy toàn đạc điện tử được tích hợp một số chương trình tính toán tự động, có thể giải ngay một số bài toán đơn giản trong đo đạc, tăng năng xuất lao động lên nhiều lần so với phương pháp truyền thống

Ngoài các chức năng đo góc, đo cạnh thông thường Toàn đạc điện tử còn thực hiện các chức năng tổng hợp như: Đo khoảng cách nhỡ, bố trí bản vẽ thiết kế ra thực địa, giao hội tìm điểm, chuyển khoảng cách nghiêng về

khoảng cách nằm ngang,

2.4.3 Thiết bị quang học

2.4.3.1 Máy lục phân (Marine sextant)

Máy lục phân là một công cụ đặc biệt dùng để đo góc ngang và góc đứng trên biển Độ chính xác của máy từ 20” đến 10’ Đó là một hệ thống phản chiếu và đo góc dựa trên nguyên lý sự giao nhau của tia ngắm bởi hai thấu kính quang học

Dựa vào vị trí một thiên thể trên bầu trời hoặc đường chân trời, người ta xác định vị trí của điểm cần biết dựa vào góc đứng và góc ngang thông qua

thiết bị máy lục phân

2.4.3.2 Máy kinh vĩ

Máy kinh vĩ là một thiết bị quen thuộc đối với người làm công tác Trắc địa – Bản đồ và đã giới thiệu trong giáo trình trắc địa cơ sở

Máy kinh vĩ bao gồm ba trục cơ bản:

và đi qua tâm mốc khống chế trắc địa;

quay của máy và vuông góc với trục của ống ngắm;

các lăng kính khi tịnh tiến điều quang phải có trục trùng nhau và trùng với trục này

2.4.3.3 Máy thủy chuẩn

Tương tự như máy kinh vĩ, máy thủy chuẩn cũng rất quen thuộc đối với người làm công tác trắc địa

Máy thủy chuẩn hiện nay có nhiều loại:

2.5 KỸ THUẬT XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ

Kỹ thuật xác định vị trí khác với phương pháp định vị mặt bằng Kỹ thuật là vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm để xây dựng và duy trì những cấu trúc, thiết bị hay quá trình

2.5.1 Kỹ thuật định vị vệ tinh (GNSS)

2.5.1.1 Mô tả hệ thống

Hệ thống định vị toàn cầu trước đây gồm có TRANSIT (Mỹ) và TSICADA (Liên Xô cũ) Tuy nhiên cả hai hệ thống này hiện nay không còn hoạt động Hiện tại trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu: đó là GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và GALILEO (liên minh Châu Âu) Trong đó GPS và GLONASS đang hoạt động, GALILEO đang hoàn thiện (đã thu được tín hiệu thử nghiệm) Cả ba hệ thống định vị toàn cầu ngày nay được gọi tên chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS - Global Navigation Satellite System)

Ngoài ba hệ thống định vị vệ tinh dẫn đường toàn cầu trên còn có các hệ thống khu vực như COMPASS (Trung Quốc), IRNSS ( n Độ) và QZSS

Phần điều khiển: Bao gồm các

trạm trên mặt đất có chức năng

giám sát tình trạng hoạt động của

vệ tinh: theo dõi, điều khiển, tính

2.5.1.2 Nguyên lý đo

Đinh vị vệ tinh là sử dụng kỹ thuật đo giao hội nghịch khoảng cách không gian Mỗi hệ thống định vị vệ tinh sử dụng riêng một hệ quy chiếu, những các hệ quy chiếu này khác nhau không nhiều lắm Hệ thống GPS sử dụng

hệ quy chiếu WGS 84 Nếu vị trí của các vệ tinh được xác định trong hệ quy chiếu, bằng phương pháp giao hội nghịch khoảng cách không gian, người ta xác định được vị trí đặt máy thu tín hiệu vệ tinh Về cơ bản có ba nguyên tắc xác định vị trí đặt máy thu trong định vị vệ tinh:

Định vị tuyệt đối (Absolute positioning

Định vị tương đối (Relative

positioning)

Định vị vi phân (Differential

positioning)

Định vị tức thời RTK

2.5.2 Kỹ thuật sóng điện từ (định vị vô tuyến)

Kỹ thuật này là cơ sở của hệ thống định vị điện tử như LORAN,

+Độ chính xác định vị (theo IHO S32: độ tinh vi của thiết bị (precision) và độ phù hợp với chuẩn đo lường (accuracy)) mà hệ thống xác định vị trí con tàu, liên quan tới kỹ năng thành thạo của người điều khiển

-Độ chính xác định vị bằng sóng điện từ liên quan tới hai yếu tố sau: +Độ chính xác đo lặp: là thước đo khả năng của hệ thống lặp lại nhiều lần

vị trí của trạm di động Phép đo thường bị ảnh hưởng bởi các lỗi vô tình (do các nhà khai thác, các dụng cụ đo, các dị thường trong môi trường lan

truyền sóng EM) và cấu hình hình học của hệ thống (góc giao thoa giữa các trạm LOP)

+ Khả năng dự báo: Là thước đo năng lực của hệ thống định vị điện tử

nhằm cực tiểu hóa sự sai khác giữa trị đo và trị ước lượng vị trí, sau khi đã lựa chọn một mô hình truyền phát tín hiệu và một đồ hình hình học của hệ thống Trong phạm vi tần số trung và cao, việc ứng dụng cho hệ thống định

vị là không thích hợp Do vậy chỉ sử dụng tần số thấp

-Trong định vị mặt bằng cần quan tâm tới hai giá trị sau:

+ Sai số vòng tròn xác suất (CEP): Bán kính của một vòng tròn trong đó khoảng 50% xác suất tìm thấy giá trị đúng

+ Sai số trung phương khoảng cách:

Khi coi sai số đo khoảng cách theo trục x và trục y có giá trị tương đương

nhau

2.5.2.1 Phương pháp xác định vị trí dựa vào sóng điện từ

Có hai phương pháp xác định khoảng cách trên biển dựa vào sóng điện

từ

Phương pháp đo khoảng cách và phương pháp đo hiệu khoảng cách

Cả hai phương pháp này có thể dựa trên kỹ thuật hiệu pha hoặc hiệu thời

2.5.2.2 Kỹ thuật định vị theo tuyến (LOPs)

Kỹ thuật này giới hạn khoảng cách tới 60 dặm Điểm cần xác định tọa độ mặt bằng nhận được theo phương pháp giao hội cạnh Trong các nghiên cứu về hệ thống định vị radio sóng vô tuyến, kỹ thuật này chỉ phát huy tác dụng trong bề mặt trái đất Các sóng radio từ ít nhất hai trung tâm sẽ xác định vị trí tàu trên biển theo một vòng tròn giao thoa hoặc đường hyperpol giao thoa (phương pháp hiệu khoảng cách) Việc xác định vị trí dựa trên sự khác biệt về thời gian hoặc sự khác biệt về pha tương ứng với sự khác biệt về khoảng cách

Độ chính xác vị trí điểm trong định vị thủy âm phụ thuộc vào kỹ thuật sử dụng, phạm vi và điều kiện môi trường, giá trị trong khoảng từ vài mét đến centimet

Bảng 2.2 Một vài băng tần chuẩn hoạt động trên các thiết bị định vị thủy

Có ba kỹ thuật cơ bản trong hệ thống định vị bằng thủy âm: Kỹ thuật cạnh đáy dài, cạnh đáy ngắn và cạnh đáy cực ngắn Một vài hệ thống kỹ thuật hiện đại tích hợp sử dụng tổng hợp các kỹ thuật này

A Kỹ thuật cạnh đáy dài (LBL)

Hệ thống LBL cung cấp khả năng định vị điểm chính xác trên một khu vực rộng lớn, thông qua các bộ máy thu phát đặt dưới đáy biển hoặc trên tàu biển Bộ phát được kiểm soát bởi một đầu dò (đầu phát biến) lắp trên tàu biển Các kết nối giữa các trạm thu phát dưới đáy biển được gọi là các cạnh đáy (Baseline) Các cạnh đáy có thể từ 50m đến 6000m

Kỹ thuật LBL cung cấp khả năng định vị điểm độ chính xác cao Nếu có nhiều hơn ba trạm LBL dưới đáy biển, phương pháp bình phương nhỏ nhất được sử dụng để tìm ra vị trí tối ưu

Hình 2.24 Kỹ thuật cạnh đáy dài

B Kỹ thuật cạnh đáy ngắn (SBL)

Kỹ thuật SBL thay thế cho kỹ thuật cạnh đáy dài Kỹ thuật được hình thành dựa trên hai điểm cơ sở ở đầu tàu và cuối tàu tạo thành một cạnh đáy Cạnh đáy này liên kết với các bộ thu phát thủy âm đặt tại đáy biển để tạo thành các tam giác không gian Tại thân tàu, người ta bố trí từ ba đến bốn đầu dò thủy âm cách nhau từ 10m đến 100m Các đầu dò thủy âm này kết nối với bộ xử lý âm thanh mà tàu đã sản xuất ra

Các bộ thu phát thủy âm đặt dưới đáy biển còn được gọi là các mục tiêu định vị thủy âm (beacon) Hình 2.25 Các mục tiêu định vị này phát tín hiệu tới các đầu dò gắn trên thân tàu Thông qua tín hiệu phản hồi, người ta biết được vận tốc âm thanh trong cột nước dưới thân tàu, đồng thời bộ xử lý trung tâm cũng xác định đượckhoảng cách bù (offset) giữa thân tàu với

điểm định vị thủy âm dưới đáy biển Tương tự như kỹ thuật LBL, các quan trắc dự phòng hay là sự kết

hợp với kỹ thuật định vị vệ tinh

C Kỹ thuật cạnh đáy siêu ngắn (USBL or SSBL)

Hệ thống USBL bao gồm 3 hoặc 4 đầu dò được tích hợp trong một đầu dò duy nhất Kỹ thuật so sánh pha được sử dụng để đo góc tới của tín hiệu thủy âm, bao gồm cả góc bằng và góc cao Do đó, tiêu định vị thủy âm cố định hoặc di động dưới đáy biển có thể được xác định bởi phép đo khoảng cách tương quan giữa vị trí của tàu với mục tiêu đó

Kỹ thuật USBL cung cấp vị trí tham khảo đầu vào cho trạng thái vị trí động của thân tàu, đồng thời cũng thuận tiện cho việc theo dõi hướng đi của con tàu

Mặc dù kỹ thuật này khá thuận tiện,

nhưng một bộ USBL khi cài đặt yêu

cầu phải hiệu chỉnh rất cẩn thận

Một la bàn là yêu cầu bắt buộc Việc

đo hướng phải được

Hình 2.27 Kỹ thuật cạnh đáy siêu

ngắn hiệu chỉnh nhằm xác định

được trạng thái xoay (Pitch, Roll) của tàu và hiệu ứng khúc xạ của cột nước dưới thân tàu

D Hệ thống kết hợp

Hệ thống kết hợp là sự tích

hợp những ưu điểm của các kỹ

thuật định vị thủy âm trên đây,

Nếu bộ thu phát tín hiệu được thay thế bằng một

tiêu định vị thông minh,

Hình 2.29 Xác định khoảng cách khoảng cách nghiêng không đo được trực tiếp và độ sâu phải được biết để tính được khoảng cách ngang:

Nếu vận tốc truyền âm trong nước đã biết, góc được xác định bằng cách

đo sự sai khác trong nhiều tín hiệu tới Hydrophone 1 và 2 (Hình 2.29, 2.30)

Do đó, việc đo góc giữa đầu dò tín hiệu/Hydrophone với tiêu định vị thủy

là hiệu thời gian tín hiệu đến H1 và H2;

Khi thân tàu ở ngay trên tiêu định vị

thủy âm đặt dưới đáy biển, hai

Hydrophone nằm trên cùng một trục

sẽ nhận được tín hiệu cùng một pha,

Đây là một kỹ thuật hữu ích được sử

dụng trong định vị động, bất kỳ thay

đổi nào của tàu cũng sẽ được xác

nhận bởi các tín hiệu đến lệch pha

ta có:

Hình 2.31 Xác định vị trí hình học

bằng định vị thủy âm

- Pitch và Roll;Các mối

liên kết của máy dò tìm

thủy âm (Hydrophone)

khi thiết lập;

từ dữ liệu thủy âm, do đó độ

sâu có thể được sử dụng để cải

thiện độ chính xác vị trí điểm trong điều kiện đã biết

Hình 2.32 Vị trí hình học khi định vị thủy âm

2.5.3.3 Độ chính xác và các nguồn sai số trong định vị

thủy âm Độ chính xác tổng thể trong định vị thủy âm phụ

thuộc vào:

quan với hệ thống mốc khống chế trắc địa trên bờ

b. Xác định và nhận diện hiệu ứng khúc xạ thủy âm, khiến tạo ra hiện tượng đa đường dẫn Điều này cần đặc biệt lưu ý đối với vùng có địa hình bằng phẳng, nơi đây kỹ thuật SSBL và SBL sẽ tồi hơn kỹ thuật LBL

c. Xác định chính xác vận tốc âm thanh (SV), Gradient vận tốc và lượng khúc xạ

d. Tần số được sử dụng Độ chính xác định vị gia tăng tỷ lệ thuận với gia tăng tần số, nhưng lại giới hạn khoảng cách và yêu cầu năng lượng cao hơn

e. Cấu hình hình học Phụ thuộc địa hình đáy biển, tức là cần một tầm quan sát giữa các bộ thu phát thủy âm

g. Những sai sót trong đo thời gian do sự hiện diện của nhiễu tín hiệu thu, nguồn nhiễu này có thể là:

- Tiếng ồn do môi trường như: sóng, gió, mưa, sinh vật biển;

- Tiếng ồn do bản thân con tàu như: tiếng động cánh quạt chân vịt tàu, tiếng máy tàu, dòng chảy vỗ vào tàu;

2.5.3.4 Cấu trúc vận tốc thủy âm

Nước biến không phải là môi trường đồng nhất, trung tính và đẳng hướng

Do đó, vận tốc thủy âm (SV)bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nước thay đổi, độ mặn và độ sâu

Giá trị trung bình của SV trong nước biển sẽ tăng dần như sau: (giá trị gần đúng)

- 4,5m/s đối với mỗi 10 C gia tăng;

- 1m/s đối với mỗi 60m độ sâu gia tăng

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU

3.1 GIỚI THIỆU

Xác định độ sâu là nhiệm vụ cơ bản của trắc địa biển Để thực hiện nhiệm

vụ này, đòi hỏi các kỹ sư trắc địa phải có những kiến thức cụ thể về môi trường của âm thanh dưới nước, các thiết bị đo sâu, các bộ cảm biến hỗ trợ đo trạng thái nhấp nhô của tàu biển và quy trình thích hợp khi đo sâu để đảm bảo độ chính xác và phạm vị bao phủ khu khu đo theo tiêu chuẩn S-44 của IHO

Nguyên lý đo sâu đơn giản đã sử dụng hàng thế kỷ là sử dụng thiết bị hồi

âm đơn tia, phát sóng theo chiều thẳng đứng xuống dưới đáy biển và nhận tín hiệu phản hồi Thông qua môi trường nước biển và khoảng thời gian phản hồi tín hiệu, người ta tính được độ sâu từ mặt nước đến đáy biển

Kỹ thuật đo sâu và lý thuyết liên quan đến công nghệ mới đã thay đổi rất nhiều phương pháp đo sâu hiện đại Phương pháp hồi âm đa tia (MBES) và

hệ thống laser trên máy bay (ALS) là công nghệ chủ đạo, thực hiện hầu hết các nhiệm vụ đo sâu trên biển ngày nay Ưu điểm của công nghệ mới là: mật độ dữ liệu cao, chất lượng sản phẩm tốt Dẫn tới dữ liệu đo sâu có dung lượng lưu trữ rất lớn kèm theo nhiều dữ liệu phụ trợ

3.2 CƠ CỦ HỆ THỐNG H I M VÀ CẢM BIẾN ỊCH ĐỘNG

Nước biển là môi trường để quan trắc hồi âm, do vậy kiến thức về tính chất vật lý của nước biển và sóng âm thanh lan truyền trong nước biển là vấn

đề nghiên cứu trong bài này

3.2.1 Tính chất vật lý của nước biển và sóng âm thanh

Sóng điện từ lan truyền rất tốt trong không khí và chân không, nhưng không lan truyền trong chất lỏng Sóng âm thanh hoặc siêu âm ngược lại, lan

truyền rất tốt trong môi trường đàn hồi, do nước biển rung động khi tiếp xúc với sự thay đổi áp lực Phân lớn các bộ cảm biến đo sâu đều sử dụng sóng

âm thanh

3.2.1.1 Trường âm thanh

Sóng âm thanh là biến thể tinh tế của trường áp lực trong môi trường nước Các hạt nước biển dao động theo chiều dọc, qua lại, theo hướng đi của sóng âm, tạo nên các vùng nén và mở rộng dần

3.2.1.2 Phương trình sonar

Phương trình sonar (SOund NAvigation and Ranging) 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

Phương trình sonar nhằm định nghĩa tín hiệu hồi âm (EE):

ở đây, SL là mức nguồn, TL là mức tổn thất âm, NL là mức nhiễu, DI

là chỉ số

định hướng, BS là mức tán xạ ngược từ đáy biển, DT là ngưỡng phát hiện