Đề cương ôn tập TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ BIỂN

Câu 1: Bản đồ địa hình đáy biển có phải hải đồ không? Tại sao? Hải đồ là bản đồ địa hình đáy biển. Nhưng mục đích của bản đồ địa hình đáy biển không chỉ sử dụng với mục đích dẫn đường mà còn dùng cho nhiều ngành khác với nhiều mục đích khác. Có ba yêu cầu phân loại đáy biển đó là: Hải đồ; Phục vụ thương mại hoặc môi trường; Phục vụ quân sự. Hải đồ: Đây là phương pháp phân loại tương đối đơn giản, sử dụng biểu đồ hàng hải chủ yếu là mục đích dẫn đường. Thủy thủ sử dụng biểu đồ hàng hải với múc đích:  Tìm nơi neo đậu;  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, thăm dò khoáng sản, đánh bắt thủy hải sản. Quân sự: Đây là sự kết hợp của bốn loại hình cơ bản về đáy biển với dữ liệu chi tiết và bổ sung các thuộc tính. Quân đội cần các thông tin này để:  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. Câu 2: Chức năng chính của máy quét sonar trong đo đạc thủy văn? Các chức năng chính của máy quét sonar trong đo đạc thủy văn: 1. Phát hiện xác tàu và các vật cản dòng âm thanh của máy hồi âm. Mặc dù vị trí chính xác và độ sâu khôngthể xác định bằng SSS, nhưng một máy SSS được điều chỉnh đúng cách và biết vận hành sẽ phát hiện hầu hết những khiếm khuyết của hệ thống dò âm đa tia. 2. Phát hiện các đặc trưng đáy biển. Nếu máy scan sonar được sử dụng đúng cách sẽ phát hiện các dấu hiệu rất nhỏ dưới đáy biển, trong khi lại ít gây nguy hiểm cho bản thân tàu. Hệ thống SSS có tầm quan trọng đáng kể trong hoạt động của tàu ngầm và hoạt động dò thủy lôi trên biển. 3. Việc phân loại đáy biển phụ thuộc vào các dữ liệu thu thập được và kiến thức về cấu tạo đáy biển. Việc kết hợp chúng rất quan trọng đối với các hoạt động của tàu ngầm và dò thủy lôi, đối với hoạt động nuôi thủy sản và phát triển tài nguyên biển. 4. Việc phát hiện các vùng biến động của đáy biển như cồn cát trong các tuyến vận tải biển là rất quan trọng. Trên các tuyến vận tải biển, phải định kỳ tái khảo sát để đảm bảo an toàn hàng hải.

ÔN TẬP TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ BIỂN

Câu 1: Bản đồ địa hình đáy biển có phải hải đồ không? Tại sao?

Hải đồ là bản đồ địa hình đáy biển Nhưng mục đích của bản đồ địa hình đáy biển

không chỉ sử dụng với mục đích dẫn đường mà còn dùng cho nhiều ngành khác với nhiều mục đích khác

Có ba yêu cầu phân loại đáy biển đó là: Hải đồ; Phục vụ thương mại hoặc môi trường; Phục vụ quân sự

- Hải đồ: Đây là phương pháp phân loại tương đối đơn giản, sử dụng biểu đồ hàng hải chủ yếu là mục đích dẫn đường Thủy thủ sử dụng biểu đồ hàng hải với múc đích:

 Tìm nơi neo đậu;

 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, thăm dò khoáng sản, đánh bắt thủy hải sản

- Quân sự: Đây là sự kết hợp của bốn loại hình cơ bản về đáy biển với dữ liệu chi tiết và

bổ sung các thuộc tính Quân đội cần các thông tin này để:

 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

Câu 2: Chức năng chính của máy quét sonar trong đo đạc thủy văn?

Các chức năng chính của máy quét sonar trong đo đạc thủy văn:

1 Phát hiện xác tàu và các vật cản dòng âm thanh của máy hồi âm Mặc dù vị trí chính xác và độ sâu khôngthể xác định bằng SSS, nhưng một máy SSS được điều chỉnh đúng cách và biết vận hành sẽ phát hiện hầu hết những khiếm khuyết của hệ thống dò âm đa tia

2 Phát hiện các đặc trưng đáy biển Nếu máy scan sonar được sử dụng đúng cách sẽ phát hiện các dấu hiệu rất nhỏ dưới đáy biển, trong khi lại ít gây nguy hiểm cho bản thân tàu

Hệ thống SSS có tầm quan trọng đáng kể trong hoạt động của tàu ngầm và hoạt động dò thủy lôi trên biển

3 Việc phân loại đáy biển phụ thuộc vào các dữ liệu thu thập được và kiến thức về cấu tạo đáy biển Việc kết hợp chúng rất quan trọng đối với các hoạt động của tàu ngầm và dò thủy lôi, đối với hoạt động nuôi thủy sản và phát triển tài nguyên biển

4 Việc phát hiện các vùng biến động của đáy biển như cồn cát trong các tuyến vận tải biển là rất quan trọng Trên các tuyến vận tải biển, phải định kỳ tái khảo sát để đảm bảo

an toàn hàng hải

Câu 3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống quét sonar trong đo đạc thủy văn?

- Độ lớn của tín hiệu phản hồi bị chi phối bởi một phương trình sóng siêu âm, được sử dụng để xác định xem điều gì sẽ bị phát hiện và điều gì thì không thể Nó bỏ qua sự mất mát tín hiệu và vài thông số âm thanh khác

- Vùng phủ sóng tại phạm vi gần máy sonar được xét theo hai mặt Trong mặt phẳng thẳng đứng, chùm tia siêu âmcó chiều rộng 50* và nghiêng so với hướng ngang 10* xuống phía dưới Do đó, vùng gần máy sonar thuộc vùng không nhìn thấy Do vậy, máy sonar khi được kéo từ tàu, sẽ lơ lửng trong nước mà không chạm đáy biển nhưng cũng không gần mặt nước Sẽ có một vùng không thể quét được ngay gần phía dưới đáy của máy Trong mặt phẳng nằm ngang, gần “cá kéo” (máy sonar) thì các xung âm thanh có dạng song song Khoảng cách giữa các xung âm thanh trong phạm vi gần này là một hàm của tốc độ tàu và tốc độ lặp xung Do vậy, khả năng dò sót các điểm dưới đáy biển thuộc phạm vi gần cá kéo chứ không phải phạm vi xa cá kéo

- Diện tích vùng tìm kiếm của sonar Có hai phương pháp lập kế hoạch tìm kiếm bằng 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

 Phát hiện điểm ở xa cá kéo Các điểm có tiết diện nhỏ khi ở xa đầu phát của

sonar có thể không nhận diện được Cần điều chỉnh khoảng cách giữa các vệt quét để đảm bảo không bỏ sót các điểm dưới đáy biển Thông thường, phạm vi quét của sonar khoảng 150m bề ngang Nếu vậy, cần thiết kế các vệt quét rộng 125m, tức là có 25m chồng lấn giữa hai vệt quét cách nhau

 Phương pháp thứ hai trên đây thường được sử dụng nhiều Phương pháp này có thể

bỏ sót phạm vi gần cá kéo, nhưng nếu thiết kế phương án chạy tàu với tốc độ dưới 3,6 hải lý/giờ thì phạm vi 1m gần cá kéo sẽ không bị bỏ sót

- Hiệu suất của hệ thống SSS: sử dụng sonar hai kênh, lắp vào đuôi tàu và kéo nó theo sau

- Vị trí của máy quét sonar: vị trí của cá kéo khó xác định chính xác do:

• Thành phần trục tọa độ theo hướng tiến của tàu: Do tàu kéo máy sonar bằng dây cáp, dưới áp lực của dòng nước và sức đẩy của cột nước, cá kéo có thể thay đổi vị trí rất nhiều, tức là vận tốc của cá kéo và vận tốc tàu luôn sai khác nhau

• 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

- Vị trí cá kéo có thể xác định bằng sử dụng hệ thống định vị cạnh đáy siêu ngắn (USBL), trong đó đầu phát và đầu thu tín hiệu được lắp đặt trên thân tàu và trên cá kéo Tuy nhiên, độ chính xác của hệ thống suy giảm nhanh chóng tùy thuộc vào độ dài dây kéo

- Trạng thái của tàu kéo do ảnh hưởng bởi hiện tượng nhồi sóng, nghiêng lắc, xoay chệch hướng cũng làm thay đổi hướng chuyển động của cá kéo

2

- Gắn máy quét sonar vào mạn tàu, để giải quyết các lỗi trên.Tuy nhiên, một số bất lợi lại ảnh hưởng đến chất lượng sóng siêu âm của sonar Các sonar lúc này ở cách xa đáy nước là bất lợi để dò tìm địa vật đáy nước Lắp máy sonar vào mạn tàu chỉ tốt khi hoạt động ở vùng nước nông, hoặc nơi mà đáy biển rất nguy hiểm

Câu 4 Những hạn chế của hệ thống sonar

1/ Sự ổn định về thủy động lực học của cá kéo:

Phần lớn trường hợp là cá kéo hoạt động tách rời chuyển động của tàu Bản thân cá kéo cũng bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng như roll, pitch, heading giống như tàu Vì thế, giải pháp sonar kênh đôi nhằm cung cấp sự so sánh giữa kênh này với kênh kia để nhận dạng địa hình đúng là điều cần thiết Trường hợp một kêch sonar không thể cho hình ảnh nhận diện đáy biển, thì buộc phải dùng kênh còn lại Lúc này phải hiệu chỉnh hiện tượng nhồi sóng và xoay chệch hướng, Như vậy, với độ rộng chùm tia hẹp đi trong mặt phẳng ngang, những biến động này có thể làm giảm khả năng phát hiện những chi tiết nhỏ của đáy biển 2/ Vấn đề vị trí của sonar:

Vấn đề ổn định của cá kéo ít quan trọng hơn vấn đề vị trí của nó Trong điều kiện biển động, có thể nhìn thấy rõ những dao động trong vết quét của cá kéo Người ta chú ý đến khả năng quét dò tìm đáy biển của sonar nhiều hơn khả năng hồi âm đa tia trên tàu Do vậy, vấn đề vị trí của sonar là yếu điểm của nó

3/ Chiều cao của cá kéo:

Đối với hầu hết các độ sâu đáy biển cần khảo sát, độ sâu của cá kéo là 10% cách đáy biển

là hợp lý Ví dụ, độ sâu đáy biển là 150m thì độ sâu cá kéo là 15m tính từ đáy biển Khi đầu cá kéo hơi hướng xuống dưới, sóng siêu âm phản hồi bị suy giảm rất nhiều Khi đầu

cá kéo hướng lên, sóng siêu âm không hình thành được phía sau chướng ngại vật, làm cho

nó khó phát hiện hơn

4/ Trong vùng nước nông:

Cần giảm phạm vi quét và khoảng cách giữa các vệt quét Bởi vì khi cá kéo quá gần đáy biển, các hình ảnh mà nó cung cấp sẽ có rất nhiều thiếu sót Trong vùng nước nông, các đầu dò hồi âm rất gần cáp kéo máy sonar, điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng siêu âm của máy

5/ Điều chỉnh độ sâu của máy:

Người điều khiển cáp kéo máy sonar phải tùy theo địa hình đáy biển để duy trì độ sâu của máy, dây cáp lúc ngắn lúc dài cho phù hợp với tốc độ tàu và điều kiện địa hình, tránh gây tai nạn cho máy do bị va chạm hoặc vướng vào chướng ngại vật

6/ Đuôi cá kéo:

Một số cá kéo SSS trang bị vây đuôi cá nhằm tăng giảm độ sâu theo ý muốn Lúc này, ảnh hưởng lực kéo đối với cáp trên tàu sẽ thay đổi, làm cho việc điều khiển cáp bằng tay

là khó thực hiện Khoảng cách từ cá kéo đến tàu sẽ bị thay đổi do độ sâu cá kéo thay đổi Tốc độ của tàu cũng có thể thay đổi do độ sâu cá kéo thay đổi Do vậy, chỉ thực hiện điều này khi buộc phải vượt qua những nguy hiểm bất ngờ mà thôi

Trong khi hoạt động gần đáy biển, cá kéo được trang bị một thiết bị ngắt hoặc nhả cáp, nhằm đảm bảo rằng khi nó gặp tai nạn, nó sẽ không làm tàu bị hư hại Sau đó, người ta sẽ thu hồi nó

7/ Hướng kéo:

Khi có ảnh hưởng của thủy triều, hướng kéo nên theo dòng thủy triều mà đi, nhằm giảm tác động của dòng chảy đến khả năng kéo của tàu Nếu không tính đến ảnh hưởng thủy triều, hướng kéo nên theo hướng các đường viền độ sâu Điều này có lợi là không phải điều chỉnh phạm vi kéo khi tàu đi qua những địa hình nước nông - sâu khác nhau Máy quét sonar Trường hợp đụn cát

Trường hợp ngoại lệ Khi khu vực thăm dò có các đụn cát Hướng kéo phải thỏa mãn sao cho vẫn mô tả được các góc khuất của đụn cát đó

8/ Phạm vi quét hiệu quả:

Các tín hiệu siêu âm không nhất thiết phản hồi trở lại tất cả Tổn thất truyền tải và nhiễu

từ các nguồn khác hạn chế phạm vi quét của sonar Một sonar truyền sóng siêu âm tối đa 270m Với các vật thể nhỏ khoảng 1m, sonar khó phát hiện được sau khoảng cách 150m Kết quả tốt nhất đạt được khi phạm vi khoảng cách 150m và tận dụng lợi thế tần số xung cao để xác định rõ vật thể Trước khi thưc hiện khảo sát, một bài kiểm tra ngắn là cần thiết để kiểm tra sự phù hợp về các điều kiện hoạt động của sonar

Câu 5 Hệ thống hồi âm đa tia

1/ 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 Với khả năng tạo thành từ những tia đơn, hệ thống hồi âm đa tia là công

cụ được lựa chọn để khảo sát địa hình đáy biển

2/ Khả năng định vị của hệ thống MBES phụ thuộc vào hệ thống định vị trên tàu, phụ thuộc vào cách xác định vị trí đầu dò so với vị trí đặt antenna máy thu GPS Khả năng xác định đặc trưng đáy biển có thể không bằng sonar, nhưng nếu cần người ta có thể nhận dạng tại chỗ bằng thợ lặn hoặc tàu lặn không người lái Mục tiêu của MBES là nhận dạng

sự biến đổi địa hình dưới đáy biển, chứ không phải là nhận dạng các vật đặc trưng dưới đáy biển

3/ Phương pháp khảo sát Các yêu cầu đối với hệ thống MBES cho một khảo sát khi được kéo theo hệ thống SSS, thì cũng tương tự như yêu cầu đối với hệ thống SBES truyền thống Nghĩa là sử dụng những dòng, tuyến song song nhau vẫn là cách hiệu quả nhất Hướng của tuyến phụ thuộc vào yêu cầu của SSS và gần với hướng của thủy triều Bản

đồ đáy biển được biểu diễn giống như một ma trận, bao gồm các điểm đo sâu dày đặc, theo hình vuông, phủ kín diện tích cần khảo sát

4/ Khoảng cách các tuyến do sonar yêu cầu, đương nhiên phải đảm bảo độ chồng lấn Ở vùng biển nông, độ sâu dưới 30m, khả năng nhận dạng đặc trưng đáy biển của hệ thống MBES tốt hơn SSS Do vậy, người kỹ sư trắc địa phải quyết định xem có nên dùng hệ thống SSS tại đó hay không, có thể chỉ cần MBES độc lập quét đáy biển trong lần khảo sát đầu tiên

4

5/ Hệ thống hồi âm đa tia xác định khoảng cách các tuyến phụ thuộc độ sâu trung bình trong khu vực khảo sát Nếu có một nơi có độ sâu đáng kể hơn phần còn lại của khu vực khảo sát, thì phải lập ra một khu vực phụ, và chạy tàu theo tuyến cho phù hợp với khu vực phụ đó Khuyến nghị sử dụng sự chống lấn các tuyến là 25%., hoặc tối thiểu là 10% 6/ Khi chỉ có hệ thống MBES khảo sát, việc xác định hướng tuyến hiệu quả nhất là song song với triền dốc hoặc bờ đường cong Tránh hướng vuông góc với bờ dốc Bằng cách này, sự chồng lấn giữa các tuyến sẽ lớn và khoảng cách các tuyến sẽ rộng

Câu 6 Cân nhắc khi sử dụng hồi âm đa tia

1/ Mặc dù hồi âm đa tia được sử dụng rộng rãi, việc phát hiện các mối nguy hiểm có kích thước nhỏ lại không phải là lợi thế của hồi âm đa tia Ví dụ cột buồm của xác tàu đắm Khi hồi âm đa tia quét qua đặc trưng này, các thuật toán khử nhiễu sẽ loại bỏ 185 tín hiệu xác định đặc trưng ấy Nếu không áp dụng bộ lọc tín hiệu, thì khả năng sử dụng dữ liệu là rất khó khăn

2/ Một yếu tố cơ bản khác của cấu hình MBES, là do các thiết kế khác nhau dẫn tới các

mô hình chùm tia khác nhau Điều này có thể để lại các khoảng trống tương đối lớn giữa các chùm tia giao thoa Vì thế mà để lọt những vùng không có tia hồi âm Đây là yếu tố vật lý của hệ thống

3/ Một cuộc khảo sát cần phải xác minh hiệu suất của hệ thống MBES trước khi triển khai

nó Bao gồm xác định một diện tích đáy biển đã biết trước, tốc độ ping, tốc độ chạy tàu

có ổn định hay không, Nhiều tổ chức hàng hải vẫn yêu cầu sử dụng hệ thống SSS để nhận diện đặc trưng đáy biển Hệ thống MBES chỉ đo sâu và kiểm tra hệ thống SSS

Câu 7: Trình bày việc lấy mẫu đáy biển trong đo đạc thủy văn?

Mục đích của việc lấy mẫu đáy biển trong đo đạc thủy văn:

+ Hỗ trợ việc giải thích bất cứ hồ sơ quét sonar nào cần

+ Cung cấp sự thật về bề mặt đáy biển và xác nhận mô hình đáy biển

+ Cung cấp tư vấn khả năng neo đậu tàu

+ Cần lấy mẫu đối với tất cả các vùng bờ, bãi cát ngầm, núi dưới biển

+ Đặc biệt khi vùng biển không ổn định , cần lấy mẫu trên đỉnh và chân núi dưới biển

Việc lấy mẫu đáy biển thường được thực hiện ở độ sâu chưa tới 200m

Khi độ sâu lớn hơn 200m, nếu không có nguy hiểm gì và phương pháp lấy mẫu đã có sẵn, cần phải thu thập mẫu, và việc lấy mẫu cần phải tiến hành một cách đều đặn và toàn bộ vùng gần bờ

Trong quá trình lấy mẫu , con tàu sử dụng cần phải dừng và đảm bảo định vị nơi dừng Thực hiện lấy mẫu bằng đầu ngoạm của tàu khảo sát

Tiến hành thả gàu xuống biển, trọng lượng của gàu sẽ làm nó chìm xuống đáy biển

Khi nâng gàu xúc lên, miệng gàu sẽ đóng lại mang theo các hạt vật chất và các hạt bùn cát lên

Sau đó chỉ lấy phần lõi của mẫu khi lấy lên khỏi mặt biển

Mẫu lấy được phải thỏa mãn ba điều kiện:

+ Mẫu lấy được là một mẫu hoàn chỉnh

+ Vị trí lẫy mẫu chính xác, điều này sẽ cung cấp thông tin điều tra có ích

+ Mẫu lấy được từ một điểm duy nhất không phải là mẫu hỗn tạp của nhiều nơi lấy mẫu khác nhau

Sau khi sử dụng công nghệ để có thể lấy được mẫu đáy biển, các mẫu sẽ được đưa vào

mô hình phân loại Việc phân loại mẫu cần phải nêu được hai đề mục sau :

+ Chỉ cần mô tả bằng một từ như : thô, nhỏ …

+ Mẫu cần mô tả một cách chung như : đá, bùn…

Hầu hết các mẫu lấy trong tự nhiên thường là hỗn hợp, hiếm khi chỉ bao gồm một loại trầm tích Trường hợp khó phân loại, có thể để mẫu vào giữa hai ngón tay và miết Nếu cảm thấy có sạn , chứng tỏ mẫu đáy biển là cát phù xa, nếu cảm thấy trơn và mềm tức là đất sét

Câu 8: Các thủ tục liên quan đến lập kế hoạch khảo sát biển?

- Lập kế hoạch khảo sát biển là một thuật ngữ bao gồm toàn bộ quá trình phát triển của một dự án thủy văn, từ khi ra đời cho đến khi chỉ định đơn vị khảo sát và lưu trữ dữ liệu khảo sát thủy văn tại văn phòng cơ quan

- Việc lập kế hoạch khảo sát liên quan tới các thủ tục:

1 Yêu cầu về khảo sát

2 Đặc điểm kĩ thuật của cuộc khảo sát

3 Chỉ định đơn vị thiết kế phương án

4 Lập kế hoạch khảo sát với đơn vị thiết

kế

5 Đánh giá các nhiệm vụ đã giao cho

đơn vị đó, sau khi căn cứ hồ sơ năng lực

6 Trinh sát thăm dò dự án

7 Phân bố nguồn lực

8 Lập kế hoạch khảo sát chi tiết

9 Ước tình thời gian cần thiết

10 Lập kế hoạch chương trình khảo sát phê duyệt

11 Liên lạc với các cơ quan bên ngoài, nhằm tăng cường sự giám sát và hỗ trợ khi cần

12 Lập kế hoạch quản lí dự án

13 Lập kế hoạch thu nhận và kiểm tra

dữ liệu dự án

- Việc lập yêu cầu khảo sát đối cới mỗi quốc gia là rất khác nhau Ở Việt Nam, đơn vị chủ đầu tư được gọi là A, các nhà thầu được gọi là B bao gồm: Tư vấn thiết kế, Tư ván giám sát và đơn vị thi công

Câu 9: Nhiệm vụ chính của một cuộc khảo sát gồm những tiêu chí nào?

Các tiêu chí của một cuộc khảo sát bao gồm:

1 Thành lập đơn vị khảo sát

6

2 Phương pháp giám sát và hiệu chỉnh vị

trí tọa độ

3 Tiêu chí của phương pháp đo sâu hồi

âm

4 Loại sonar dò tìm

5 Quan trắc và mốc thủy triều

6 Xác tàu đắm và các vật cản

7 Lấy mẫu đáy biển

8 Quan trắc hải dương học

9 Quan trắc dòng thủy triều

10 Quan trắc địa vật lý

11 Địa hình bờ biển và đáy đại dương

12 Đèn biển và phao

13 Hướng chạy tàu và tuyến khảo sát trên biển

14 Tín hiệu vô tuyến

15 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,

16 Quan trắc kênh dẫn tàu ra vào cảng

Câu 10: Hệ thống thủy âm định vị mặt bằng đáy biển gồm những kỹ thuật nào, kể tên,

mô tả và ưu nhược điểm.

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

A Kỹ thuật cạnh đáy dài (LBL)

 Mô tả

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 bị kiểm soát bởi một đầu dò 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, tùy thuộc vào độ sâu đáy biển, tần số âm thanh được sử dụng và môi trường biển

Hiệu chuẩn hệ thống

Các trạm thu phát LBL dưới đáy biển không thể cố định hoặc lắp đặt chính xác như trên đất liền Tuy nhiên, cấu hình của hệ thống phải được cố định tương đối với nhau, sau đó kết nối tọa độ với các mốc khống chế trắc địa trên bờ Việc truyền tọa độ tới các bộ thu phát này thường thực hiện bằng công nghệ GPS Quá trình hiệu chuẩn hệ thống được chia thành ba bước:

+ Xác định cấu hình hình học của hệ thống

+ Định hướng

+ Định vị hoàn toàn

 Ưu điểm và nhược điểm

a, Ưu điểm:

- Độ chính xác không phụ thuộc vào độ sâu

- Có nhiều trị đo thừa

- Cung cấp khả năng định vị điểm độ chính xác cao trong khu vực lớn

- Không cần thêm các hệ thống phụ trợ như bộ tham chiếu độ cao , la bàn

- Bộ phát biến nhỏ, chỉ cần một bộ phát biến cho một thiết bị

b, Nhược điểm:

- Hệ thống phức tạp đòi hỏi người sử dụng chuyên nghiệp

- Yêu cầu các hệ thống thiết bị đắt tiền

- Chi phí nhiều thời gian cho việc triển khai và khôi phục hệ thống

- Mỗi hệ thống LBL đều yêu cầu kiểm định trước mỗi lần triển khai sử dụng

B Kỹ thuật cạnh đáy ngắn (SBL)

 Mô tả

Phương pháp SBL thay thế cho phương pháp cạnh đáy dài Phương pháp 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) 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 phương pháp LBL, các quan trắc

dự phòng hay là sự kết hợp với phương pháp định vị vệ tinh cũng được sử dụng để hiệu chỉnh vị trí và tăng cường độ chính xác định vị

Trong hệ thống này, việc xác định vị trí cũng là sử dụng các khoảng cách, nhưng bây giờ

ta phải cần đến bù trừ với chuyển động của tàu, được cung cấp bởi VRU (Vertical Reference Unit dùng để xác định tư thế của tàu: lắc (roll), bổ (pitch) )

Phao ở đáy biển phát ra các khối tín hiệu ngắn (short bursts) năng lượng thủy âm, với chu

kỳ và tần số được biết trước Thời gian đến của một xung đơn tại ba hay nhiều hơn các bộ thu phát được đo đạc lại Khoảng cách tối thiểu giữa các bộ thu phát là 15 mét

SBL có thể sử dụng ở độ sâu dưới 1000 mét Vị trí của các bộ thu phát được lắp đặt ở dưới đáy tàu là để cố gắng tránh ảnh hưởng của các thiết bị đẩy

Vị trí các đầu dò thủy âm trên tàu được xác định chính xác trong lúc lắp đặt Việc đo đạc nhằm xác định trạng thái Heading, Roll và Pitch phải được thực hiện trong quá trình hoạt động của tàu Thông qua đó mới có những hiểu biết tốt về tốc độ thủy âm trong ca làm việc

 Ưu và nhược điểm

a Ưu điểm:

- Hệ thống dễ triển khai trong thực tế , dễ sử dụng

- Khả năng nâng cấp tốt với các mốc tín hiệu

- Độ chính xác cao đối với các đối tượng động

- Không gian dự phòng được xây dựng ngay bên trong hệ thống

- Lấy hệ toạ độ tầu làm cơ sở, không cần các mốc tín hiệu hay bộ truyền phát gắn cố định dưới đáy biển( toạ độ tầu được xác định bằng GPS)

- Bộ phát biến nhỏ, giá thành mỗi bộ phát biến rẻ

b Nhược điểm:

- Hạn chế về độ chính xác ở vùng nước sâu ( > 30m)

- Cần xưởng sửa chữa tầu hoặc cảng để hiệu chỉnh hệ thống

- Hệ thống yêu cầu hiệu chỉnh chi tiết các tham số môi trường

- Độ chính xác phụ thuộc vào các thiết bị phụ trợ như bộ hiệu chỉnh con quay hoặc các trạm cải chính độ cao

- Cần ít nhất 3 bộ phát biến cho một thiết bị

C Kỹ thuật cạnh đáy siêu ngắn:

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

Phương pháp 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 hiệu chỉnh nhằm xác định được trạng thái xoay (Pitch, Roll) của tàu và hiệu ứng khúc xạ của cột nước dưới thân tàu

Không như kỹ thuật LBL và SBL, không có thông tin dư thừa trong hệ thống USBL tiêu chuẩn Do vậy, độ chính xác định vị thường phải ước lượng, trong khoảng từ 0,5% đến 1% của phép đo độ xiên tối đa

 Ưu điểm và nhược điểm

a Ưu điểm :

- Hệ thống dễ triển khai trong thực tế , dễ sử dụng

- Hệ thống toạ độ đầu phát biến làm cơ sở , không cần hệ thống các mốc tín hiệu hoặc bộ ứng đáp gắn dưới đáy biển ( Toạ độ tầu được xác định bằng GPS)

- Chỉ cần một bộ ứng đáp trên bề mặt, trên thiết bị lặn hoặc công trình

- Độ chính xác cao trên các đối tượng động

b Nhược điểm :

- Hệ thống yêu cầu hiệu chỉnh chi tiết các tham số môi trường

- Độ chính xác phụ thuộc vào các thiết bị phụ trợ như bộ hiệu chỉnh con quay hoặc các trạm cải chính độ cao

- Trị đo thừa ít nên độ tin cậy còn hạn chế

- Bộ phát biến lớn , giá thành bộ phát biến cao

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, nhằm cung cấp một vị trí đáng tin cậy với mức độ dư thừa Các hệ thống kết hợp có một

số loại:

- Cạnh đáy dài và siêu ngắn (LUSBL);

- Cạnh đáy dài và ngắn (LSBL);

- Cạnh đáy siêu ngán và ngắn (SUSBL);

- Cạnh đáy dài, ngắn và siêu ngắn (LSUSBL)

E Hệ thống đa người dùng

Hệ thống đa dụng được thiết lập khi có nhiều hơn một tàu làm việc ở gần và mong muốn

sử dụng chung các tiêu định vị thủy âm Ví dụ: một tàu khoan trong một giếng dầu có thể

có một sà lan xây dựng, một đường ống đặt nằm trên sà lan và một tàu hỗ trợ tại cùng một vị trí Tất cả đều được định vị động Điều này có thể gây ra hiện tượng nhiễu thủy âm đáng kể Các giải pháp cho vấn để này là: