Nhiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu hồi âm đa tia atlas hydrosweep md 2 và khả năng ứng dụng trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Hoàng Trần Phương ứng nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu hồi âm đa tia Atlas HydroSweep MD-2 và khả năng ứng dụng trong

Bộ giáo dục và đào tạo

Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu

Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu hồi âm hồi âm hồi âm đa tia đa tia

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất

Hoàng Trần Phương

ứng nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu hồi âm

đa tia Atlas HydroSweep MD-2 và khả năng ứng dụng trong

công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển

Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa

Mã số: 60.52.85

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

người hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Nam Chinh

Hà nội - 2008

blank page

1

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ trong luËn v¨n nµy lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ néi, ngµy 10 th¸ng 8 n¨m 2008

Ng−êi cam ®oan

Hoµng TrÇn Ph−¬ng

2

mục lục

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 4

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình vẽ 5

mở đầu 5

Chương 1 - KháI quát về đo vẽ địa hình đáy biển 12

1.1 Mục đích của đo vẽ địa hình đáy biển 12

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật trong công tác đo địa hình đáy biển 14

1.3 Lập kế hoạch đo đạc 22

1.4 Đo đạc thực địa 25

1.5 Xử lý số liệu 26

1.6 Quản lý chất lượng số liệu 27

1.7 Biên tập bản đồ địa hình đáy biển 30

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết đo sâu đa tia 35

2.1 Sóng âm và các đặc tính của sóng âm trong môi trường nước 35

2.2 Sự lan truyền sóng âm trong nước biển 41

2.3 Các thông số của sóng âm 43

2.4 Nguyên lý đo sâu đơn tia 44

2.5 Nguyên lý đo sâu đa tia 48

2.6 Các nguồn sai số trong MBES 57

Chương 3 - cấu tạo và tính năng kỹ thuật của hệ thống máy đo sâu đa tia atlas hydrosweep md-2 69

3.1 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống atlas hydrosweep md-2 69

3

3.2 Hệ thống tích hợp đo sâu đa tia atlas hydrosweep md-2 85

3.3 Kiểm nghiệm hệ thống máy đo sâu đa tia. 91

Chương 4 - thực nghiệm đo địa hình đáy biển bằng hệ thống máy đo sâu đa tia Atlas HydroSweep MD-2 100

4.1 Giới thiệu tuyến đo 100

4.2 Kiểm nghiệm hệ thống 101

4.3 Đo thực địa 106

4.4.Xử lý số liệu đo 110

4.5 Kết quả xử lý số liệu 119

Kết luận và kiến nghị 120

Tài liệu tham khảo 122

Thiết bị đo vận tốc âm trong nước

DNC Digital Navigation Chart Hải đồ số

ECDIS Electronic Chart Display

Information System

Hệ thống hiển thị thông tin hàng hải điện tử

ENC Electronic Navigational Chart Hải đồ điện tử

IMO International Marinetime

SONAR Sonar Navigation And Ranging Hệ thống định vị siêu âm

SSS Side Scan Sonar Hệ thống siêu âm quét biển SVP Sound Velocity Probe Thiết bị đo vân tốc âm trong nước

trực tiếp TVG Time Varying Gain Bù tín hiệu theo thời gian

USACE US.Army Corps Engineers Tiêu chuẩn kỹ thuật của Công

binh hợp chủng quốc Hoa kỳ

ZOC Zone Of Confidence Phân loại chất lượng đo sâu của

IHO

5

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Các yêu cầu kỹ thuật đo sâu của IHO 16

Bảng 1.2 Độ chính xác vị trí điểm của IHO 17

Bảng 1.3 Yêu cầu kỹ thuật của USACE 19

Bảng 1.4 Qui phạm đo sâu của LINZ 20

Bảng 1.5 Qui phạm đo sâu MBES của LINZ 21

Bảng 1.6 Phân loại chất lượng số liệu 29

Bảng 2.1 Các tần số cơ bản của máy đo sâu đa tia 56

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của hệ thống MD-2/ 50kHz 73

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của hệ thống MD-2/30kHz 76

Bảng 4.1 Các thông số chính của tàu đo đạc 101

Bảng 4.2 các số hiệu chỉnh Roll, Pitch, Yaw và Time Latency 104

Bảng 4.3 Góc tia quét và sai số độ sâu tương ứng 106

Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Các loại bản đồ số 32

Hình 2.1 Suy giảm do phân bố gây ra bởi hình dạng hình học 37

Hình 2.2 Hệ số hấp thụ sóng âm trong nước biển 42

Hình 2.3 Nguyên lý đo sâu hồi âm bằng máy đo sâu đơn tia 45

Hình 2.4 Vết đo của một tia âm 46

Hình 2.5 Nguyên lý đo sâu đa tia 48

Hình 2.6 Phương pháp xác định pha 50

Hình 2.7 Độ chồng phủ diện tích quét của máy đo sâu đa tia Simrad EM1002 ở chế độ đẳng góc quét 53

Hình 2.8 Độ chồng phủ diện tích quét của máy đo sâu đa tia Simrad EM1002 ở chế độ đẳng khoảng cách tia quét 54

Hình 2.9 Quan hệ giữa độ sâu, dun cách phát xung và tốc độ tàu đo 55

Hình 2.10 Sai số lái tia do tốc độ truyền âm gây ra 60

Hình 2.11 Các thành phần giao động của tàu đo 62

Hình 2.12 Sai số độ sâu và tọa độ do lắc ngang gây ra 63

6

Hình 2.13 Quan hệ giữa độ rộng tia quét và lắc ngang với sai số độ sâu đạt được

là 0.5% độ sâu đo 64

Hình 2.14 Sai số do lắc dọc đối với độ sâu 64

Hình 2.15 Quan hệ giữa δD và δx với lắc dọc của tàu đo 65

Hình 2.16 Sai số do sự xoay của tàu đo gây ra 65

Hình 2.17 Quan hệ giữa độ chính xác của độ sâu và độ rộng dải quét 66

Hình 3.1 Phần cứng hệ thống của ATLAS HYDROSWEEP MD-2 69

Hình 3.2 Cấu hình phần cứng hệ tần số 50kHz 73

Hình 3.3 Cấu hình phần cứng hệ tần số 30kHz 76

Hình 3.4 Một cánh của mảng thu phát tín hiệu lắp dưới đáy tàu 80

Hình 3.5 Nguyên lý thu phát tín hiệu của ATLAS HYDROSWEEP MD-2 81

Hình 3.6 Độ rộng của dải quét và độ sâu đo được 82

Hình 3.7 Giao tiếp giữa Atlas Hydromap Control và máy đo sâu 84

Hình 3.8 Các thành phần của hệ thống máy đo sâu đa tia ATLAS HYDROSWEEP MD-2 30/50 86

Hình 3.9 Đo xác định thời gian trễ giữa số liệu định vị và độ sâu .92

Hình 3.10 Kiểm nghiệm xác định Pitch Offset 942

Hình 3.11 Kiểm nghiệm xác định Azimuthal Offset 94

Hình 3.12 Kiểm nghiệm xác định Roll offset 95

Hình 3.13 Quan hệ giữa độ chính xác và góc quét 96

Hình 3.14 Sơ đồ tuyến đo kiểm nghiệm 98

Hình 4.1 Sơ đồ tuyến đo kiểm nghiệm 102

Hình 4.2 Đồ thị biến thiên tốc độ âm tại khu vực kiểm nghiệm 103

Hình 4.3 Sơ đồ tuyến đo kiểm nghiệm độ chính xác 105

Hình 4.4 Trạng thái hoạt động của hệ thống MD-2 107

Hình 4.5 Màn hình điều khiển thu thập số liệu 109

Hình 4.6 Qui trình xử lý số liệu bằng phần mềm Hysweep Editor 111

Hình 4.7 Mở số liệu đo 112

Hình 4.8 Cài đặt các tham số cho chương trình xử lý 113

Hình 4.9 Biểu đồ dữ liệu đo sự nhấp nhô của tàu đo 114

Hình 4.10 Toạ độ nhiễu thể hiện dưới dạng đồ họa 115

7

Hình 4.11 Đặt các điều kiện để xử lý số liệu đo sâu 116

Hình 4.12 Đặt tuỳ chọn Matrix Gridding 117

Hình 4.13 Khai báo các điều kiện thống kê 118

Hình 4.14 Thông tin thống kê của cell 118

8

mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đo đạc, khảo sát, nghiên cứu tài nguyên biển là công tác điều tra cơ bản

về biển mà bất cứ quốc gia nào có biển đều phải tiến hành nhằm các mục

đích:

• Xác định chủ quyền quốc gia trên biển

• Bảo đảm an ninh quốc phòng

• Phục vụ các ngành kinh tế biển và bảo vệ môi trường biển

Nước ta là một quốc gia có vùng biển rộng lớn (khoảng 1 000 000 km2, gấp 3 lần diện tích đất liền), có đường bờ biển dài hơn 3000 km, do vậy nhu cầu phát triển công tác đo đạc, khảo sát thành lập bản đồ biển, nghiên cứu tài nguyên biển là rất lớn và cần thiết

Từ đầu những năm 90 công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình đáy biển, khảo sát, nghiên cứu tài nguyên biển đu được quan tâm đầu tư phát triển, đặc biệt, từ giữa những năm 1990 tới nay việc đầu tư về cơ sở vật chất, thiết bị, công nghệ và nhân lực cho công tác đo đạc biển đu được các cơ quan

• Đo đạc, khảo sát trong điều kiện có ít vật chuẩn trên biển

• Thiết bị đo đạc, khảo sát phải gắn trên phương tiện đo, là các đối tượng động

Các công việc chính trong đo vẽ địa hình đáy biển bao gồm:

• Công tác dẫn đường

• Quan trắc thuỷ triều

9

• Định vị điểm

• Đo đo độ sâu

• Xác định chất đáy của địa hình đáy biển và các công việc liên quan khác

Ngày nay, với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ

đo vẽ địa hình đáy biển không ngừng được phát triển và hiện đại hóa Hệ thống định vị vệ tinh GPS, kỹ thuật đo sâu đa tia, hệ thông tin địa lý đu

được ứng dụng rộng rui vào công tác đo vẽ địa hình đáy biển và dần thay thế các phương pháp, công nghệ đo vẽ truyền thống

Hệ thống máy đo sâu đa tia Atlas HydroSweep MD-2 là hệ thống

đầu tiên đang trong giai đoạn khác thác thử nghiệm ở Việt Nam, vì vậy, nghiên cứu để hiểu rõ các tính năng kỹ thuật cũng như độ chính xác đo vẽ

địa hình đáy biển là phù hợp với thực tế và cần thiết

Khác với kỹ thuật đo sâu đơn tia, kỹ thuật đo sâu đa tia sử dụng nhiều tia âm để xác định độ sâu của một vùng rộng lớn bề mặt địa hình đáy biển Với kỹ thuật này, độ sâu của một dải địa hình đáy biển trong phạm vi đo vẽ

được xác định, vì vây, độ tin cậy của kết quả đo đạc rất cao Theo đánh giá của Tổ chức Thủy đạc quốc tế (International Hydrographic Organization - IHO) thì độ chính xác và độ tin cậy của kết quả đo vẽ địa hình đáy biển bằng các hệ thống sâu đa tia phụ thuộc nhiều vào tính năng kỹ thuật cụ thể của từng hệ thống và sự tuân thủ theo qui trình vận hành trên thực địa, qui trình

xử lý kết quả

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, đề tài “Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu hồi âm đa tia Atlas HydroSweep MD-2 và khả năng ứng dụng trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển” đu được xác lập và sẽ được giải quyết trong luận văn này

2 Mục đích nghiên cứu của Luận văn

3 Đối tượng vi nghiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của máy đo sâu hồi âm đa tia Atlas HydroSweep MD-2 và khả năng ứng dụng trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển” đi sâu nghiên cứu công nghệ đo sâu đa tia nói chung, hệ thống đo sâu Atlas HydroSweep MD-2 nói riêng và khả năng ứng dụng trong công tác đo vẽ địa hình đáy biển ở Việt Nam

4 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ đo sâu đa tia

Nghiên cứu qui trình kỹ thuật đo sâu bằng các hệ thống máy đo sâu đa tia trong điều kiện nước ta

Nghiên cứu cấu tạo, tính năng kỹ thuật và qui trình vận hành hệ thống máy đo sâu đa tia Atlas HydroSweep MD-2

Nghiên cứu qui trình xử lý số liệu độ sâu thu thập bằng hệ thống đo sâu

11

• Phương pháp thực nghiệm: đo thử nghiệm lấy các số liệu đo thực tế làm sáng rõ phần lý thuyết

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kết quả của đề tài góp phần làm rõ thêm các ưu điểm và khả năng kỹ thuật của công nghệ đo sâu đa tia trong đo vẽ địa hình đáy biển

Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho phép ứng dụng kỹ thuật đo sâu đa tia trong công tác đo vẽ địa hình đáy biển ở Việt Nam

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 4 chương và được trình bày theo cấu trúc sau:

Mở đầu

Chương 1- Khái quát về đo vẽ địa hình đáy biển

Chương 2- Cơ sở lý thuyết đo sâu đa tia

Chương 3- cấu tạo và tính năng kỹ thuật của hệ thống đo sâu đa tia ATLAS HYDROSWEEP MD-2

Chương 4- Thực nghiệm đo sâu bằng hệ thống đo sâu đa tia ATLAS HYDROSWEEP MD-2

12

Chương 1 KháI quát về đo vẽ địa hình đáy biển 1.1 Mục đích của đo vẽ địa hình đáy biển

Đo vẽ địa hình đáy biển là xác định tính chất của địa hình của đáy biển, các khu vực giáp ranh với biển, đáy sông, đáy ao, hồ, địa hình đáy các khu vực cảng và các khu vực ngập nước trên bề mặt trái đất Nói một cách chính xác là đo vẽ địa hình của các vùng ngập nước Trên quan điểm hiện đại, đo

vẽ địa hình đáy biển bao gồm nhiều công việc như xác định vị trí, đo độ sâu, quan trắc thủy triều, dòng chảy, từ trường Đo vẽ địa hình đáy biển nhằm thu thập các số liệu cơ bản để biên tập bản đồ biển (hải đồ), có lưu ý đặc biệt

đến các đối tượng ảnh hưởng đến an toàn hàng hải Ngoài ra, đo vẽ địa hình

đáy biển còn nhằm cung cấp các thông tin cần thiết cho hải dương học, xây dựng các công trình trên biển, khai thác tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường biển Mục đích chính của đo vẽ địa hình đáy biển là:

Thu thập, khảo sát có tính chất hệ thống trên biển, khu vực ven bờ biển, vùng nước bên trong đất liền và xác định vị trí địa lý của các đối tượng:

• Bờ biển, các công trình phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải

• Độ sâu đáy biển (bao gồm tất cả những đối tượng ngầm dưới đáy biển có thể gây nguy hiểm đối với hàng hải và các hoạt động khác trên biển)

• Thành phần cấu tạo của đáy biển

• Thủy triều và dòng chảy

• Đặc tính vật lý của nước biển

Xử lý các dữ liệu thu thập được để xây dựng cơ sở dữ liệu cung cấp cho việc thành lập các bản đồ chuyên đề, hải đồ và các dạng tài liệu khác sử dụng cho các mục đích:

• Hàng hải và quản lý giao thông đường thủy

• Hoạt động quân sự

13

• Quản lý vùng biển

• Bảo vệ môi trường biển

• Khai thác tài nguyên và lắp đặt các đường cáp, đường ống dưới biển

• Xác định ranh giới trên biển

• Nghiên cứu khoa học

Bản đồ biển là sản phẩn cuối cùng của công tác đo vẽ địa hình đáy biển

Độ chính xác và sự đầy đủ của bản đồ biển phụ thuộc vào chất lượng số liệu

đo đạc Bản đồ biển là sự miêu tả địa lý của biển, trên đó thể hiện hình dáng

tự nhiên của bờ biển, độ sâu của nước biển và các đặc điểm chung của địa hình đáy biển, vị trí của các nguy hiểm hàng hải, mực nước thủy triều cao nhất và thấp nhất, các hướng dẫn hàng hải nhân tạo và các tính chất của từ trường trái đất Bản đồ được thể hiện dưới dạng bản đồ giấy hoặc bản đồ điện

tử

Bản đồ điện tử không đơn thuần là một phiên bản của bản đồ giấy được lưu giữ trên máy tính mà nó còn là một phương pháp biểu thị mới với những khả năng và hạn chế khác xa so với bản đồ giấy Theo quan điểm của tổ chức hàng hải quốc tế (IMO), bản đồ điện tử đu trở nên hợp pháp tương đương với bản đồ giấy Các loại bản đồ độ sâu được thành lập từ nguồn dữ liệu số hoặc

được thành lập từ số liệu đo sâu đa tia cho phép thể hiện địa hình đáy biển dưới dạng phân tầng màu theo độ sâu và các đường bình độ sâu Hình ảnh

đáy biển thu thập bằng các hệ thống máy siêu âm quét biển được thể hiện dưới dạng bản đồ hoặc các tập át lát để mô tả các cấu trúc địa mạo của đáy biển Các loại bản đồ này ngoài mục đích bảo đảm an toàn hàng hải, chúng còn có khả năng cung cấp các thông tin phục vụ cho các hoạt động ngầm, nghiên cứu hải dương học và các ứng dụng khác như lắp đặt cáp ngầm, khai thác khoáng sản dưới đáy biển

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật trong công tác đo địa hình đáy biển

Hoạt động đo đạc, khảo sát, nghiên cứu tài nguyên biển ở nước ta còn

có nhiều hạn chế Do điều kiện hoạt động trên biển có những đặc thù rất riêng biệt, là môi trường không ổn định, vì vây, để xây dựng các tiêu chuẩn

kỹ thuật có tính qui phạm cao đòi hỏi phải có sự nghiên cứu, đúc kết kinh nghiệm thực tiễn và điều kiện trang thiết bị mới có thể thực hiện được

Thực tế là, các hệ thống qui phạm đo vẽ địa hình trên đất liên không thể

đem ra áp dụng cho công tác đo vẽ địa hình đáy biển được Để có được bức tranh khái quát về các yêu cầu độ chính xác của kết quả đo vẽ địa hình đáy biển, dưới đây trích dẫn một số qui phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật của IHO và một số nước phát triển cũng như các yêu cầu kỹ thuật đo vẽ địa hình đáy biển trong nước để làm cơ sở đánh giá kết quả đo vẽ địa hình đáy biển

1.2.1 Qui phạm của Tổ chức Thủy đạc quốc tế

Tổ chức Thủy đạc quốc tế được thành lập năm 1921, có trụ sở chính tại Vương quốc Monaco Một trong những nhiệm vụ chính của IHO là:

• Lựa chọn các phương pháp tin cậy và hiệu quả để thực hiện công tác đo vẽ địa hình đáy biển

• Cải tiến về khoa học trong lĩnh vực đo vẽ địa hình đáy biển và các công nghệ ứng dụng trong công tác hải dương học

IHO đu xây dựng và công bố các qui phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật trên tất cả các lĩnh vực mà tổ chức tham gia hoạt động Các qui phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật này đu được tất cả (hơn 100) thành viên trên toàn thế giới sử dụng trong

được các đối tượng dưới đáy biển có kích thước tương đương 1m bằng các thiết bị đo sâu ở những khu vực có các chướng ngại vật nhỏ và nguy hiểm phải sử dụng SSS và MBES để khảo sát

Loại 1: Được thực hiện ở những khu vực cảng, luồng vào cảng, các tuyến đường biển, kênh trong đất liền, vùng bờ biển có lưu lượng tàu thuyền qua lại cao; ở những khu vực mà tính chất của đáy biển ít có khả năng gây nguy hiểm cho thân tàu Loại đo đạc này chỉ được thực hiện ở những khu vực

có độ sâu nhỏ hơn 100m Tuy việc khảo sát bề mặt đáy không yêu cầu khắt khe như loại đặc biệt, nhưng ở những khu vực đáy biển cứng (đá), có các chướng ngại vật nguy hiểm thì việc khảo sát 100% bề mặt đáy cũng phải

được tiến hành và phải bảo đảm xác định được các vật có kích thước đến 2m

ở độ sâu đến 40m hoặc các vật có độ lớn bằng 10% độ sâu ở khu vực độ sâu lớn hơn 40m bằng các thiết bị đo sâu

Loại 2: Được thực hiện ở những khu vực có độ sâu nhỏ hơn 200m nhưng không thuộc các dạng đo đạc đặc biệt và loại 1 Loại này cần phải đo sâu đủ để khẳng định trong khu vực không có các vật gây ảnh hưởng đến tàu

16

thuyền qua lại Việc khảo 100% đáy cũng phải được tiến hành ở những vùng

có các chướng ngại vật gây nguy hiểm cho hoạt động của tàu thuyền

Loại 3: Được thực hiện ở những khu vực không thuộc các dạng trên và những khu vực có độ sâu lớn hơn 200m

Các yêu cầu kỹ thuật đối với đo đạc khảo sát địa hình dưới nước của IHO được thể hiện trong bảng 1.1.[6]

Bảng 1.1 Các yêu cầu kỹ thuật đo sâu của IHO

Loại đo đạc Loại đặc

biệt Loại 1 Loại 2 Loại 3

a=0.5m b=0.013

a=1.0m b=0.023 Như loại 2 Mức độ khảo sát

Tùy thuộc vào từng khu vực

Không khảo sát đáy

Phát hiện chướng

ngại vật >1m3

>2m 3 ở khu vưc độ sâu đến 40m 10% độ sâu với

độ sâu >40m

Như loại 1

Không phát hiện chướng ngại vật

Dun cách tuyến đo

sâu lớn nhất

Phải khảo sát 100%

3 x độ sâu trung bình khu

đo hoặc 25m

3 - 4 x độ sâu trung bình khu

đo hoặc 200m

4 x độ sâu trung bình khu

đo D: Độ sâu đo Sai số giới hạn của độ sâu được tính bằng công thức

2 2

)

* ( d b a

17

Khống chế mặt bằng: Các điểm khống chế mặt bằng phải được xác định bằng phương pháp đo điểm khống chế trắc địa với độ chính xác ± 10cm với độ tin cậy 95%

Các điểm không chế đo vẽ phải được xác định bằng phương pháp đo điểm khống chế trắc địa với độ chính xác ± 50 cm

Các trang thiết bị hàng hải và các địa vật quan trọng được xác định với độ chính xác (xem bảng 1.2)

Bảng 1.2 Độ chính xác vị trí điểm của IHO

• Sai số do thiết bị đo và sai số đo tốc độ truyền âm trong nước biển

• Sai số do quan trắc và xử lý số liệu thủy triều

• Sai số do quá trình xử lý số liệu

Sai số tổng hợp xác định được bằng phương pháp sác suất thống kê nếu đạt

độ tin cậy 95% thì được lấy để biểu thị độ chính xác của độ sâu

Đo sâu: Việc đo độ sâu, hiệu chỉnh thủy triều, phát hiện và phân loại các vật nguy hiểm dưới nước là những công việc cơ bản của công tác đo địa hình

đáy biển Độ sâu của các vật nguy hiểm phải được xác định với độ chính xác ít nhất là tương đương với độ chính xác của độ sâu ở dạng đo đạc Loại 1

18

Tàu đắm và các đối tượng ở độ sâu 40m có thể gây nguy hiểm cho hoạt

động hàng hải trên mặt nước thì điểm có độ sâu nhỏ nhất của các đối tượng đó phải được xác định bằng SSS hoặc dùng thợ lặn để khảo sát

Tất cả các đối tượng đu phát hiện được từ trước hoặc trong quá trình đo đạc thì phải khảo sát thật chi tiết Nếu phát hiện ra các đối tượng này phải xác định

được độ sâu nhỏ nhất của chúng Người phụ trách đo sâu quyết định phạm vi, mức độ chi tiết và giới hạn độ sâu để khảo sát xác định chúng

Độ sâu được hiệu chỉnh về mặt chuẩn Đối với độ sâu lớn hơn 200m thì không cần phải hiệu chỉnh thủy triều, trừ khi biên độ của thủy triều có ảnh hưởng đáng kể đến sai số tổng hợp của độ sâu

Quan trắc thủy triều: Quan trắc thủy triều được thực hiện trong suốt thời gian đo sâu nhằm:

• Cung cấp số liệu thủy triều để hiệu chỉnh cho độ sâu

• Cung cấp số liệu để phân tích và dự báo thủy triều

Trong điều kiện cho phép, việc quan trắc thủy triều có thể thực hiện trong khoảng thời gian dài hơn so với thời gian đo sâu, nhưng trong mọi trường hợp thời gian quan trắc thủy triều không nhỏ hơn 29 ngày

Thủy triều phải được quan trắc với độ chính xác +/- 5cm với sác xuất 95%

đối với dạng đo đạc đặc biệt và +/-10cm đối với các loại đo đạc khác

1.2.2 Qui phạm của công binh quân đội Mỹ (USACE- US Army Corps Engineers)

Theo USACE các dạng đo đạc, khảo sát địa hình dưới nước được chia thành 2 loại chính gồm: Đo đạc, khảo sát địa hình đáy biển phục vụ công tác bảo đảm an toàn hàng hải và đo sâu phục vụ nạo vét luồng lạch và xây dựng công trình biển; Đo đạc phục vụ các mục đích khác

Trong đo đạc khảo sát phục vụ cho công tác bảo đảm an toàn hàng hải

và nạo vét lại được phân ra 2 loại khác nhau dựa vào đáy biển cứng hay đáy

19

mềm Độ chính xác giới hạn của các loại đo đạc, khảo sát nêu trên được trình bày trong bảng 1.3.[9]

Bảng 1.3 Yêu cầu kỹ thuật của USACE

Bảo đảm an toàn hàng hải

và nạo vét Loại chất đáy Loại công trình

Các công trình phụ vụ mục

Sai số quan trắc mực nước <1/2 lần sai số độ sâu

Kiểm tra bảo đảm chất lượng

Kiểm tra số liệu đo vận tốc

âm

>2 lần/ngày 2 lần /ngày 1 lần /ngày

Kiểm tra vị trí mặt bằng 1 lần /ngày 1 lần/c.trình 1 lần / c.trình Sai số hệ thống tối đa cho

1.2.3 Qui phạm của New Zealand

Qui phạm đo sâu của New Zealand (LINZ) phân chia các hoạt động đo sâu thành 4 loại giống như qui phạm của IHO, tuy nhiên, một số chỉ tiêu về

độ chính xác cao hơn Ngoài ra, LINZ còn qui định cụ thể hơn đối với trường

20

hợp sử dụng máy đo sâu đa tia Các yêu cầu cụ thể được liệt kê trong bảng 1.4.[10]

Bảng 1.4 Qui phạm đo sâu của LINZ

Tùy thuộc vào từng khu vực

Bắt buộc khi sử dụng MBES

Không khảo sát đáy

độ sâu >40m

Như loại 1

Không phát hiện chướng ngại vật

Dun cách tuyến đo sâu (D: Độ sâu đo)

D=0-200m Dun cách tuyến đo sâu bằng 0.5cm trên bản đồ

D=200-1000m Dun cách tuyến đo sâu bằng 1.0cm trên bản đồ nhưng không lớn hơn 800m trên thực địa D>1000m Dun cách tuyến đo sâu bằng 1 km trên thực địa

Sai số giới hạn của độ sâu tính theo công thức (1.1)

1x IHO SO 1.5 x IHO SO 2 x 2.5 IHO SO 2.5 x IHO SO

Kích thước chướng ngại vật nhỏ nhất dưới đáy biển phải xác định được

• Độ chính xác vị trí điểm độ sâu: ±0.3mm trên bản đồ so với điểm khống chế trên bờ

22

• Sai lệch độ sâu giữa tuyến đo chính và tuyến đo kiểm tra:1.5 lần độ chính xác của độ sâu

1.2.5 Qui phạm đo sâu của Hải quân nhân dân Việt Nam

Qui phạm đo sâu được sử dụng trong Hải quân nhân dân Việt Nam được biên dịch từ qui phạm của Cục hải quân Trung Quốc xuất bản năm 1962 Nó

được sử dụng trong công tác đo độ sâu nhằm mục đích thành lập hải đồ phục

vụ cho bảo đảm an toàn hàng hải trên biển của các phương tiện thủy nổi Cho

đến nay chưa có qui phạm nào thay thế, vì vậy, nó vẫn còn có hiệu lực Qui phạm này qui định độ chính xác đo vẽ độ sâu đáy biển và các đối tượng khác như sau:

• Độ chính xác vị trí điểm độ sâu: ±1.5mm trên bản đồ

• Độ chính xác độ sâu bằng:

0.2 m với D <=20 m 0.5 m với 20 m < D < =50 m 1.0 m với 50 m < D < =100 m 2.0 m với 100m < D < =250 m (D là độ sâu)

• Dun cách tuyến đo sâu: 1cm trên bản đồ

• Sai lệch độ sâu giữa tuyến đo chính và tuyến đo kiểm tra: 2.0 lần độ chính xác của độ sâu

1.3 Lập kế hoạch đo đạc

Lập kế hoạch đo địa hình đáy biển bao gồm nhiều công việc xuất phát

từ ý định đo vẽ đến khâu lập kế hoạch chi tiết và tổ chức thực hiện đo trên thực địa Để tiến hành đo thực địa cần phải quyết đinh những vấn đề:

• Phạm vi chính xác của khu vực đo vẽ

• Loại hình đo (khảo sát hay đo vẽ địa hình) và tỷ lệ đo vẽ

• Thời gian đo (ngắn ngày hay dài ngày)

ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, bản đồ địa hình, các bản đồ biển hiện có, các

điểm khống chế trắc địa, thông tin về thủy triều và các thông tin có thể ảnh hưởng đến công tác đo thực địa Sau khi có được các thông tin cần thiết trên, tiến hành lập các yêu cầu kỹ thuật cho công tác đo vẽ Trong thiết kế kỹ thuật cần nêu rõ các nội dung:

• Các yêu cầu đối với quan trắc thủy triều

Khi đu có các yêu cầu của công tác đo địa hình đáy biển, người lập kế hoạch phải sưu tầm các thông tin liên quan đến vận tốc âm trong nước biển, các thông tin về thời tiết, độ trong, đục của nước biển, các số liệu độ sâu đu

có, các thông tin về hướng dẫn hàng hải ở khu vực đo vẽ Thông tin về thủy triều cần được xem xét kỹ càng để chọn vị trí đặt trạm quan trắc thủy triều Phải tiến xem xét độ chính xác của các điểm khống chế độ cao có trong khu vực để đo nối độ cao tới điểm “0” thủy chí của trạm quan trắc thủy triều Cần xem xét độ chính xác của các điểm không chế mặt bằng trong khu vực đo để

đảm an toàn và phòng tránh buo gió Trong thiết kế cũng phải nêu ra các thông số cài đặt hệ thống thiết bị, phần mềm đo, chỉ ra các tuyến đo, hệ thống tọa độ đo vẽ, mật độ số liệu cần thu thập và lưu ý đặc biệt tới các vấn

đề sau:

• Phần mềm thu thập và xử lý số liệu đo quyết định đến chất lượng

và tiến độ thực hiện Nhân viên đo đạc phải sử dụng thành thạo các phần mềm này

• Cần lựa chọn phương tiện đo phù hợp để bảo đảm các điều kiện hoạt động của các thiết bị đo, độ chính xác đo sâu phụ thuộc vào phương tiện

đo

• Mục đích của công trình đo sẽ quyết định đến yêu cầu độ chính xác của số liệu đo Tuy vậy, nếu điều kiện kinh phí và thời gian cho phép thì nên

đo vẽ với những yêu cầu cao nhất

• Tiến độ thực hiện là một yếu tố quan trọng trong đo vẽ địa hình đáy biển, chính vì vậy, trong khi lập kế hoạch đo cần phải chú ý đến điều kiện trang thiết bị, nhân lực để bảo đảm thực hiện đúng tiến độ

• Bảo đảm an toàn lao động trên biển phải được quan tâm đúng mức

Tổ trưởng tổ đo phải chịu trách nhiệm bảo đảm an toàn lao động khi hoạt

động trên biển

25

• Phải thông báo, khai báo với chính quyền địa phương hoặc cơ quan

có thẩm quyền về hoạt động đo đạc trong khu vực để họ thông báo cho ngư dân và tàu bè qua lại khu vực biết

• Các tuyến đo sâu bằng hệ thống đo sâu đa tia nên bố trí song song với đường bình độ sâu để tránh sự thay đổi độ rộng dải quét

• Khi sử dụng máy đo sâu đơn tia thì nên bố trí tuyến đo vuông góc với đường bình độ sâu

• Hệ thống tọa độ đo vẽ (khống chế mặt bằng và độ cao) và phương pháp đo phải được xác định rõ

• Mật độ độ sâu thu thập được phụ thuộc vào phương pháp đo, độ sâu

và yêu cầu đo vẽ Phương pháp đo được xác định bởi thiết bị, con người và

điều kiện tại khu vực đo

• Nên chuẩn hóa thiết bị đo để giảm bớt việc hướng dẫn, bảo trì và giảm chi phí

1.4 Đo đạc thực địa

Việc đo đạc thực địa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: yêu cầu đo vẽ, phương tiện và thiết bị đo cũng như thời gian phải hoàn thành đo vẽ thực địa quyết định lượng số liệu thu thập được Sử dụng hệ thống đo sâu đa tia và các phần mềm thu thập số liệu mới sẽ thu được một lượng số liệu lớn Tuy vậy, trong quá trình đo vẽ thực địa nếu điều kiện cho phép thì nên tiến hành thu thập được càng nhiều số liệu càng tốt Việc đo đạc thực địa nên được tiến hành tuần tự theo các tuyến đu thiết kế

Quá trình đo thực địa phải bảo đảm thu thập được số liệu độ sâu cũng như độ chồng phủ Mật độ độ sâu và độ chồng phủ đề cập ở đầy là hai khái niệm khác nhau Thường thì, yêu cầu đo vẽ của từng công trình sẽ quyết định mật độ và mức độ chồng phủ của số liệu Việc khảo sát toàn bộ bền mặt đáy biển được hiểu là mật độ điểm đo sâu phải bảo đảm xác định được tất cả các

đó Công việc xử lý có thể được tiến hành trực tiếp trên tàu đo hoặc xử lý nội nghiệp Trong đo vẽ địa hình đáy biển thường phải kiểm tra số liệu (xử lý sơ bộ) ngay tại thực địa để bảo đảm đo vẽ đủ số liệu theo thiết kế, những khu vực chưa đo vẽ hoặc đo sót phải tiến hành đo bổ sung ngay tại thực địa Với yêu cầu đó, hiện nay, đa số các hệ thống đo địa hình đáy biển đều cung cấp khả năng kiểm tra và quản lý số liệu và cho phép người phụ trách đo đạc xác

định được mức độ đầy đủ của số liệu đo ngay tại thực địa

Mục tiêu chính của xử lý số liệu đo địa hình đáy biển là tạo ra được một tập số liệu có độ tin cậy cao nhất Quá trình này được tiến hành thông qua nhiều bước Các bước xử lý số liệu có thể được thực hiện ngay trong quá trình đo thực địa hoặc xử lý nội nghiệp và kết quả xử lý phải thỏa mun các yêu cầu kỹ thuật cụ thể của từng công trình đo

Số liệu trước khi đưa vào xử lý cần phải loại bỏ cả các sai số thô và có thể phải hiệu chỉnh số liệu thủy triều, số liệu tốc độ truyền âm trong nước biển Trong quá trình xử lý cần tận dụng tất cả các số liệu hiện có để bảo

đảm kết quả cuối cùng có độ tin cậy cao Xử lý số liệu có thể tiến hành theo các bước tuần tự sau: xử lý số liệu vị trí; hiệu chỉnh độ sâu; bù chuyển động của tàu đo; hiệu chỉnh tốc độ truyền âm trong nước biển; gắn số liệu định vị với độ sâu

Độ chính xác của độ sâu phải được xác định Thực tế là tất cả các thiết

bị đo đều có sai số Các sai số của trị đo có thể được giảm thiểu nhờ qui trình

đo, song trong tất cả các trị đo đều còn chứa một lượng sai số nhất định nào

27

đó Các sai số của trị đo có thể được phân chia thành các dạng: sai số thô, sai

số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

Một sự thật là không một phương pháp xử lý nào có thể cho độ chính xác của kết quả cao trong khi các trị đo không bảo đảm độ chính xác Ngoài sai số ngẫu nhiên thì tất cả các nguồn sai số khác đều phải được giảm thiểu

đến mức tối đa trước khi đưa vào xử lý

1.6 Quản lý chất lượng số liệu

Chất lượng số liệu được hiểu là “Sự phù hợp nhất cho mục đích sử dụng” Sai số tạo ra sự khác nhau giữa trị thực và trị đo Sai số thể hiện chất lượng của số liệu Chất lượng số liệu là một thuật ngữ dùng để mô tả tất cả các ảnh hưởng làm sai lệch kết quả đo so với trị thực của nó Để thể hiện chất lượng của số liệu đo vẽ địa hình đáy biển cần phải ghi chép hoặc có các tài liệu mô tả kèm theo số liệu Thông tin về chất lượng của số liệu rất quan trọng, thông qua những thông tin này người sử dụng có thể quyết định khả năng sử dụng của số liệu vào các mục đích cụ thể Quá trình mô tả chất lượng số liệu đo vẽ địa hình đáy biển gọi là xác định khả năng sử dụng của

số liệu Các thông tin về chất lượng (Metadata) số liệu gồm:

• Các thông tin chung như thời gian đo vẽ, thiết bị, phương tiện dùng trong quá trình đo, vẽ

• Hệ tọa độ (mặt bằng và độ cao) được sử dụng, các thông số chuyển

đổi hệ tọa độ (nếu có)

• Các tài liệu mô tả về quá trình và kết quả kiểm nghiệm thiết bị

• Thông tin về tốc độ truyền âm trong nước biển

• Thông tin về trạm quan trắc thủy triều và phương pháp xác định số

“0” thủy chí

• Độ chính xác của độ sâu

28

Thông tin về chất lượng số liệu có thể dưới dạng số hoặc dạng giấy, nó

là một bộ phận của tập số liệu và kết quả đo vẽ địa hình đáy biển Chất lượng

số liệu đo có thể phân tích bằng phương pháp tự động hóa hoặc bằng phương pháp thủ công

Để thể hiện chất lượng của số liệu đo lên bản đồ nhằm cung cấp cho người sử dụng các thông tin liên quan đến chất lượng số liệu Theo phương pháp truyền thống, các thông tin này được thể hiện bằng một hình vẽ nhỏ đặt

ở một vị trí nào đó trên bản đồ biển mà không ảnh hưởng đến việc đọc bản

đồ Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thể hiện, song lượng thông tin mà nó chuyển tải được không đầy đủ và không gian để thể hiện rất hạn chế

Với sự ra đời của bản đồ điện tử, các thông tin về chất lượng số liệu

được tích hợp dưới dạng các đối tượng bản đồ IHO đưa ra khái niệm ZOC (Zone Of Confidence) để mô tả chất lượng của số liệu Theo IHO thì ZOC là

sự phân loại chất lượng số liệu độ sâu, ZOC bao gồm các số liệu mô tả:

• Độ chính xác vị trí điểm và độ chính xác của độ sâu

• Mức độ khảo sát chi tiết của địa hình đáy biển

• Sự tuân thủ theo một tiêu chuẩn đu được chấp nhận

Theo cách tiếp cận như vậy, ZOC được chia thành sáu cấp độ khác nhau

là ZOC A1, A2, B để thể hiện chất lượng số liệu đo đạc cao; ZOC C, D thể hiện chất lượng đo đạc trung bình và thấp; ZOC U thể hiện chất lượng đo đạc rất thấp Các ZOC này cũng được thể hiện trên bản đồ giấy dưới dạng sơ đồ như truyền thống và nó được tích hợp vào cơ sở dữ liệu bản đồ điện tử dưới dạng một thuộc tính của số liệu

Phải nhấn mạnh rằng, ZOC là một thuộc tính để thể hiện chất lượng số liệu chứ không phải là một tiêu chuẩn của quá trình đo vẽ Độ chính xác vị trí điểm và độ chính xác độ sâu gán cho các ZOC là độ chính xác của vị trí

và độ sâu thể hiện trên bản đồ biển, nó không chỉ bao gồm sai số do quá

29

trình đo và xử lý số liệu mà còn bao gồm cả sai số do quá trình biên tập bản

đồ gây nên Các yêu cầu kỹ thuật để xác định chất lượng số liệu theo các ZOC [4] được trình bày trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Phân loại chất lượng số liệu

Độ CX (m)

10 ±0.6

30 ±0.8

100 ±1.5 A1 ±5 m

1000 ±10.5

Toàn bộ đáy biển trong khu vực đo vẽ

được khảo sát, tất cả các đối tượng ngầm dưới đáy biển được xác định tọa độ và độ sâu

Đo đạc có sử dụng các thiết bị có độ chính xác vị trí điểm

và độ sâu cao, sử dụng DGPS và MBES hoặc sử dụng

rà quét đáy bằng cơ học

= 1.0 + 2%D

Độ sâu (m)

Độ CX (m)

10 ±1.2

30 ±1.6

100 ±3.0 A2 ±20 m

1000 ±21.0

Toàn bộ đáy biển trong khu vực đo vẽ

được khảo sát, tất cả các đối tượng ngầm dưới đáy biển được xác định tọa độ và độ sâu

Đo đạc sử dụng các thiết bị có độ chính xác vị trí điểm và độ sâu nhỏ hơn ZOC A1, đo sâu bằng các máy đo sâu hiện đại

và SSS hoặc sử dụng

rà quét đáy bằng cơ học

= 1.0 + 2%D

Độ sâu (m)

Độ CX (m)

Đo đạc có sử dụng các thiết bị có độ chính xác vị trí điểm

và độ sâu nhỏ hơn ZOC A2, sử dụng các máy đo sâu hiện

đại nhưng không sử dụng SSS hoặc rà quét đáy bằng cơ học

= 2.0 + 5%D

Độ sâu (m)

Độ CX (m)

đo sâu được thu thập không theo hệ thống, chẳng hạn đo sâu trong khi tàu hành trình qua khu vực

30

nhỏ hơn

ZOC C nhỏ hơn ZOC C

Chất lượng số liệu rất thấp hoặc không xác định được chất lượng số liệu do thiếu các thông tin cần thiết

1.7 Biên tập bản đồ địa hình đáy biển

Bản đồ biển có thể được thể hiện dưới dạng bản đồ giấy truyền thống hoặc dưới dạng số Bản đồ dạng số được xây dựng theo một định dạng nhất

định để có thể nhập trực tiếp vào cơ sở dữ liệu Mỗi một công trình đo đạc bao gồm nhiều loại số liệu cả dưới dạng giấy và dạng số hóa Tất cả các dạng

số liệu đó phải được sắp xếp và đánh số rõ ràng để cung cấp đầy đủ các thông tin cho người sử dụng Các hướng dẫn và mô tả về số liệu cần phải rõ ràng, mạch lạc để tránh nhầm lẫn

Số liệu đo đạc thực địa sau khi xử lý được thể hiện dưới dạng bình đồ gốc và các báo cáo đo đạc thực địa Kết quả đo đạc thực địa phải có đầy đủ các tài liệu và thông tin:

• Bình đồ độ sâu dạng giấy

• Bình đồ độ sâu dưới dạng số hóa cùng với các số liệu thuộc tính

• Số liệu đo đạc gốc và số liệu đo đu xử lý

• Các số liệu quan trắc thủy triều, tốc độ truyền âm trong nước, các thông tin về tàu đo

• Số liệu khảo sát đáy biển

• Các sơ đồ, sơ họa và các tài liệu mô tả khác

• Nhật ký đo thực địa và xử lý số liệu

• Tài liệu về kiểm nghiệm thiết bị

Biên tập bản đồ biển có thể được tiến hành theo 3 phương pháp bao gồm phương pháp truyền thống, phương pháp bán tự động có sự trợ giúp của máy tính điện tử và phương pháp biên tập bằng máy tính Phương pháp biên tập bản

31

đồ truyền thống dựa vào việc phân chia các đối tượng của bản đồ theo màu sắc

để thể hiện lên bản đồ Bản đồ được xây dựng nhờ vào các thao tác của con người Trong quá trình biên tập, các nội dung được biểu diễn bằng các ký hiệu theo một tiêu chuẩn nhất định Sản phẩm của phương pháp biên tập bản đồ truyền thống là bản đồ giấy

Phương pháp biên tập bản đồ bán tự động là phương pháp kết hợp sử dụng biên vẽ bản đồ truyền thống với sự hỗ trợ của máy tính điện tử để thành lập bản đồ dưới dạng giấy Trong phương pháp này, mặc dù có nhiều công

đoạn thực hiện bằng tay song cũng có nhiều công việc được thực hiện tự động bằng máy tính, như vẽ đường bình độ tự động

Phương pháp biên tập bản đồ bằng máy tính: Là sự kết hợp giữa các phần mềm biên tập bản đồ và hệ thông tin địa lý Quá trình biên tập bản đồ bằng máy tính gồm các khâu:

• Thu thập và nhập số liệu: Số liệu dưới dạng số hóa được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, có thể là các tập tin số liệu hoặc bản đồ giấy được quét bằng các máy quét bản đồ

• Kiểm tra số liệu: Tất cả các số liệu được kiểm tra thông qua nhiều bước sau đó được gán mu đối tượng và phân lớp để quản lý và hiển thị thông tin

• Biên tập và tích hợp thông tin: Đây là công đoạn chính để thể hiện nội dung của bản đồ theo tiêu chuẩn đu đặt ra

• Quản lý chất lượng bản đồ: Trong công đoạn này sử dụng các công

cụ máy tính để kiểm tra sự đúng đắn và sự hợp lệ của các đối tượng đồ họa cùng với các thuộc tính của chúng Trước khi bản đồ được xuất bản bắt buộc phải thông qua công đoạn kiểm tra chất lượng

• In ấn bản đồ

Sản phẩm của quá trình biên tập bản đồ biển có thể gồm nhiều định dạng khác nhau như:

32

Bản đồ giấy: Là dạng sản phẩm bản đồ truyền thống, trên đó thể hiện các thông tin về độ sâu và các tính chất của đáy biển, vị trí các đối tượng ngầm dưới nước, các thông tin về thủy triều, các đối tượng nhân tạo, các báo hiệu hàng hải, thông tin về từ trường, đường bờ biển tự nhiên và các thông tin khác phục vụ cho công tác bản đảm an toàn hàng hải Lượng thông tin trên bản đồ giấy bị hạn chế bởi kích thước của tờ bản đồ và khả năng biểu diễn thông tin trên đó

Bản đồ số: Được hiểu là một cơ sở dữ liệu bản đồ được qui chuẩn về nội dung, cấu trúc và định dạng Bản đồ số là một sản phẩm hoàn toàn mới Các bản đồ số mang lại nhiều công dụng hơn cho người sử dụng Bản đồ số không

đơn thuần là sự thể hiện bản đồ truyền thống bằng máy tính mà nó là một cơ

sở dữ liệu liên kết các đối tượng đồ họa và các thông tin thuộc tính để tạo nên một công cụ hữu ích đối với người sử dụng Bản đồ số cho phép người sử dụng xác định một cách liên tục vị trí của tàu trên biển, các đối tượng trên bản đồ, các báo hiệu hàng hải và các chướng ngại vật không nhìn thấy bằng mắt thường được Bản đồ số bao gồm nhiều định dạng khác nhau Mỗi một định dạng của bản đồ số được tích hợp theo một chuẩn dữ liệu riêng Hình vẽ 1.1 thể hiện các sạng sản phẩm bản đồ số

Hình 1.1 Các loại bản đồ số

33

ENC (Electronic Navigational Chart): Bản đồ điện tử là cơ sở dữ liệu dưới dạng vector tuân theo tiêu chuẩn S-57 về nội dung, cấu trúc và định dạng ENC được sản xuất để sử dụng trên các hệ thống hiển thị thông tin hàng hải

điện tử (ECDIS - Electronic Chart Display Information System) ENC chứa tất cả các thông tin bản đồ cần thiết cho an toàn hàng hải và có thể chứa những thông tin bổ trợ khác ngoài những thông tin có trên bản đồ giấy S-57 là một tiêu chuẩn hướng đối tượng, được cấu trúc theo các lớp, sử dụng để thể biểu diễn thông tin của các đối tượng trong lĩnh vực thủy đạc, hải dương học và hàng hải S-57 phiên bản 3.0 định nghĩa dữ liệu không gian bao gồm các điểm,

đường và các đối tượng ENC được thiết kế là các ô (cell) giới hạn bởi các

đường kinh độ và vĩ độ Các cell kề nhau không được chồng phủ nhau Tỷ lệ của mỗi cell tùy thuộc vào mục đích sử dụng của chúng Cell có dung lượng không vượt quá 5 Mb

DNC (Digital Navigational Chart): là một cơ sở dữ liệu tập hợp các đối tượng dưới dạng vector có thể sử dụng với các hệ thống thông tin hàng hải hoặc các hệ thống thông tin điện tử khác Giống như S-57, dữ liệu không gian trong DNC được định nghĩa gồm các điểm, đường, vùng chứa các thông tin về thủy văn, báo hiệu hàng hải, các điểm định hướng, đặc trưng địa hình, độ sâu, chướng ngại vật Các đối tượng được chứa trong các lớp riêng Trên phương diện ECDIS thì DNC là một hệ thống hải đồ điện tử SENC (System Electronic Chart) có chứa các thông tin cụ thể và có các đặc trưng về hiển thị

Bản đồ raster là các ảnh của bản đồ dạng bitmap có gắn tọa độ không gian Như hình 1.1 cho thấy bản đồ raster có bản đồ dạng HCRF (Hydrographic Chart Raster Format); bản đồ dạng BSB và bản đồ dạng Hybrid

Bản đồ HCRF là một định dạng bản đồ raster được cơ quan thủy đạc Anh phát triển để sử dụng trong hải quân Hoàng gia và nó cũng được sử dụng trong nhiều cơ quan thủy đạc của các nước khác như úc và một số nước ở châu âu

34

Các tiêu chuẩn độ chính xác và độ tin cậy của HCRF tương đương với bản đồ giấy Bản đồ HCRF được sử dụng với các hệ thống hàng hải điện tử (ECS - Electronic Chart System)

Bản đồ dạng BSB cũng là một định dạng bản đồ raster được cơ quan thủy

đạc Anh phát triển Về cơ bản định dạng bản đồ này dựa trên việc nén một hoặc nhiều tấm ảnh raster của tờ bản đồ biển vào một gói dữ liệu và các thông tin chi tiết của bản đồ được đính kèm vào gói dữ liệu đó Các thông tin chi tiết của tờ bản đồ bao gồm cả các thông tin cần thiết để liên kết các tấm ảnh, tỷ lệ,

đơn vị đo độ sâu, tên của tờ bản đồ Bản đồ dạng BSB chia một tờ bản đồ giấy

ra thành nhiều tấm ảnh Số lượng ảnh của một tờ bản đồ tùy thuộc vào cấu trúc của tờ bản đồ chính

35

Chương 2 Cơ sở lý thuyết đo sâu đa tia 2.1 Sóng âm và các đặc tính của sóng âm trong môi trường nước

Nước biển là môi trường để thực hiện các hoạt động đo vẽ địa hình đáy biển, bởi vậy, việc nghiên cứu các đặc tính của nước biển và sóng âm truyền trong môi trường nước biển đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật đo sâu hồi âm

2.1.1 Sóng âm trong môi trường nước biển

Như ta đu biết, sóng điện từ có thể lan truyền với tốc độ rất nhanh trong chân không và trong không khí Ngược lại, sóng âm thanh lại lan truyền trong môi trường chất lỏng và tạo nên sự giao động Hầu hết các thiết bị đo

độ sâu đều sử dụng sóng âm thanh

2.1.1.1 Trường âm thanh

Sóng âm thanh tạo nên các giao động trong môi trường nước dưới tác

động của áp lực Các phân tử nước biển chuyển động qua lại dọc theo hướng lan truyền của sóng âm gây ra sự co dun đối với các khu vực xung quanh [5] Cường độ của sóng âm I là năng lượng truyền qua một đơn vị diện tích trong thời gian 1 giây Cường độ âm thanh được tính bằng công thức [4]:

I

I

IRe là cường độ tham chiếu

Hay cường độ âm được biểu diễn bằng công thức (2.3)

Re 10

log20

có thể phát hiện được EE

EE = SLư2TLư(NLư DI)+BS ưDT (2.4) Trong đó SL là mức nguồn, TL là mức suy giảm do tín hiệu lan truyền trong môi trường nước, NL mức nhiễu, DI là chỉ số tập trung năng lượng, BS

là độ lớn của tín tán xạ ngược, DT là mức ngưỡng nhận biết tín hiệu phản hồi

Cường độ sóng âm Ir cách nguồn phát một khoảng r được xác định bằng công thức (2.5)

c

P

ρ2

37

Trong đó Pr là lực âm ở khoảng cách r, ρc là trở kháng âm (Với tốc độ truyền âm trong nước là 1500m/s, mật độ nước biển là 1026 kg/m3 thì trở kháng âm cρ =1,54.106 kg/m2s)

Mức nguồn (SL) cho biết cường độ tín hiệu âm tại mặt của sóng âm với căn bậc 2 của lực có độ lớn 1àPa tại một điểm cách tâm của nguôn phát 1m

bị hấp thụ tỷ lệ với hệ số hấp thụ Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào tính chất vật

lý, hóa học của nước và phụ thuộc vào tần số của sóng âm

Sự suy giảm trong quá trình lan truyền của một tia âm hình nón (hình 2.1) cho thấy, diện tích tăng lên thì năng lượng trên một đơn vị diện tích của tia âm sẽ giảm

Hình 2.1 Suy giảm do phân bố gây ra bởi hình dạng hình học

Năng lương Π của một xung âm thanh bằng cường độ của nó nhân với diện tích truyền qua của tia âm

Π = I1xA1 = I2xA2