Ứng dụng công nghệ đo sâu đa tia trong công tác đo bản đồ địa hình đáy biển phục vụ đưa cáp điện ngầm ra huyện đảo Phúc Quốc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.24 MB, 72 trang )
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
1.
SV: Vũ Bá Trung
MỤC LỤC
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
2...................................................................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
SV: Vũ Bá Trung
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
3. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta có đường bờ biển dài khoảng 3.260 km, diện tích vùng biển chủ
quyền rộng hơn 1.000.000 km2. Biển nước ta chứa đựng một nguồn tài nguyên vô
cùng quý giá, một tiềm năng kinh tế có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển kinh
tế đất nước. Mặt khác, vùng biển rộng lớn tiếp giáp với nhiều quốc gia vì vậy có
nhiều vấn đề phức tạp về phân chia lãnh hải, thềm lục địa, vùng đặc quyền kinh tế...
giữa các quốc gia.
Xác định được vai trò, vị trí, tầm quan trọng của biển, Hội nghị Ban Chấp
hành Trung ương khoá X ra Nghị quyết về “Chiến lược biển Việt Nam đến năm
2020”.
Những thuận lợi về nguồn tài nguyên thiên nhiên và những khó khăn về bảo
vệ môi trường biển đòi hỏi một quy hoạch tổng thể về khai thác và bảo vệ biển
mang tính quốc gia. Quy hoạch này chỉ có thể thực hiện được khi có đủ tài liệu về
điều tra cơ bản trên hệ thống tư liệu bản đồ biển thống nhất, đầy đủ và chính xác.
Đo đạc là lĩnh vực khoa học kỹ thuật sử dụng các thiết bị thu nhận thông tin và
xử lý thông tin nhằm xác định các đặc trưng hình học và các thông tin có liên quan
của các đối tượng ở mặt đất, lòng đất, mặt nước, lòng nước, đáy nước, khoảng
không ở dạng tĩnh hoặc biến động theo thời gian. Bản đồ là lĩnh vực hoạt động khoa
học kỹ thuật thu nhận và xử lý các thông tin, dữ liệu từ quá trình đo đạc, khảo sát
thực địa để biểu thị bề mặt trái đất dưới dạng thu nhỏ, các yếu tố theo các chuyên
ngành bằng hệ thống ký hiệu và màu sắc theo các quy tắc toán học nhất định. Như
vậy công tác đo đạc thành lập bản đồ biển là công tác đo đạc, thu nhận và xử lý các
thông tin về biển, về nền địa hình đáy biển, về các mặt tự nhiên, xã hội, kinh tế, kỹ
thuật…trên biển, lòng nước, đáy biển, lòng đất dưới đáy biển, khoảng không trên
biển và thể hiện các thông tin dưới dạng bản đồ.
Công tác đo đạc thành lập bản đồ biển nhằm cung cấp tư liệu điều tra cơ bản
cho sự nghiệp phát triển kinh tế biển, bảo vệ môi trường biển và đảm bảo an ninh
quốc phòng trên biển. Tuy nhiên, công tác này từ trước đến nay hầu như đều được
đo vẽ dựa trên công nghệ đo sâu bằng máy hồi âm đơn tia. Sản phẩm hầu như chỉ
SV: Vũ Bá Trung
3
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
làm theo yêu cầu đơn đặt hàng của Nhà nước hoặc của khách hàng và làm theo tỷ lệ
bản đồ yêu cầu. Công nghệ đo sâu hồi âm đơn tia là công nghệ cũ, độ chính xác và
tiến độ thực hiện vẫn còn nhiều bất cập, tính hữu dụng về cơ sở dữ liệu còn hạn hẹp,
và quan trọng hơn là sản phẩm thu được vẫn chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn
quốc tế nên chưa có tính hội nhập.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ
đo sâu hồi âm đơn tia dần đã được thay thế bằng các công nghệ mới hơn như:
LIDAR, sonar, đo sâu hồi âm đa tia… Các công nghệ này đã dần thay thế cho công
nghệ đo sâu hồi âm đơn tia bởi tính ưu việt về năng suất, độ chính xác và kinh tế.
Xác định rõ điều đó, để hiện đại hóa và nâng cao năng lực sản xuất, Trung tâm
Trắc địa bản đồ biển, một trong những đơn vị hàng đầu về đo vẽ bản đồ địa hình
đáy biển của Việt Nam, đã chính thức đặt vấn đề đưa công nghệ đo sâu đa tia vào
áp dụng thay cho công nghệ cũ. Đây là một công nghệ mới đối với Việt Nam. Tuy
nhiên đội ngũ kỹ thuật của Trung tâm Biển đã đưa được công nghệ này vào phục vụ
sản xuất và đã thành công trong nhiều dự án,
Trong đó có dự án rất quan trọng đã được thực hiện năm 2013 là khảo sát địa
hình đáy biển để đưa cáp điện ngầm ra huyện đảo Phú Quốc.
Công nghệ đo sâu đa tia rất phức tạp, đòi hỏi thiết bị, phần mềm và con người
khá cao. Với tinh thần cầu thị, mong muốn được tìm hiểu một phần về công nghệ
mới được ứng dụng trong sản xuất tại Việt Nam, trên cơ sở sự giúp đỡ nhiệt tình
của các cán bộ kỹ thuật Trung tâm Trắc địa và Bản đồ biển và dữ liệu thực tế, tác
giả chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ đo sâu đa tia trong công tác đo bản đồ địa
hình đáy biển phục vụ đưa cáp điện ngầm ra huyện đảo Phúc Quốc” là mộ thướng
đi đúng, phù hợp với trình độ cũng như thực tiễn cho sinh viên.
2. Mục tiêu của đề tài
Thu thập thông tin, tìm hiểu về công tác đo bản đồ địa hình đáy biển bằng
công nghệ đo sâu đa tia.
Trên cơ sở lý thuyết và số liệu thực tế thu thập được, lập bản đồ địa hình đáy
biển phục vụ đưa cáp điện ngầm ra huyện đảo Phú Quốc.
SV: Vũ Bá Trung
4
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
3. Nội dung nghiên cứu
Nêu được những nội dung cơ bản về công tác đo bản đồ địa hình đáy biển.
Tìm hiểu về công nghệ đo bản đồ địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm
đa tia.
Thành lập bản đồ địa hình đáy biển từ số liệu thực tế của khu nghiên cứu.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài liệu
liên quan.
- Phương pháp thực nghiệm: trên cơ sở lý thuyết có được từ thông tin liên
quan đã được thu thập, thống kê, sử dụng số liệu thực tế để đưa ra được sản phẩm
như yêu cầu thực tế của sản xuất.
5. Cơ sở dữ liệu
- Thông tin về công nghệ đo bản đồ địa hình đáy biển.
- Số liệu đã có của khu nghiên cứu.
6. Kết cấu đồ án
Đồ án gồm các phần chính: phần mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị, phụ
lục…
Vì thời gian và trình độ có hạn, tài liệu nghiên cứu ít, lần đầu làm
quen với công nghệ đo sâu hồi âm đa tia và thành lập bản đồ địa hình đáy
biển nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất
mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô giáo trong bộ môn
Trắc địa Cao cấp – Công trình và các bạn để bản đồ án của tôi được hoành
chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của
ThS.Dương Minh Cường – Phòng kế hoạch & quản lý dịch vụ - Trung tâm
Trắc địa và Bản đồ biển cùng chú Nguyễn Hồng Việt – giám đốc Trung
tâm xử lý số liệu và Biên tập bản đồ đã giúp tôi hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp này.
SV: Vũ Bá Trung
5
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
4. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA
HÌNH ĐÁY BIỂN
1.1.
Nội dung và các yêu cầu chủ yếu trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy
biển.
Bản đồ địa hình đáy biển là loại bản đồ thể hiện chính xác bề mặt địa hình đáy
biển. Địa hình đáy biển là phần kéo dài ra phía biển của địa hình lục địa. Như vậy
theo cách hiểu chung nhất bản đồ địa hình đáy biển là sự kéo dài của bản đồ địa
hình trên đất liền ra phía biển.
Đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển với mục đích thể hiện các thông tin về địa hình
bề mặt đáy biển và các đối tượng ở bề mặt đáy biển. Các thông tin này được thể
hiện dưới dạng bản đồ số, bản đồ giấy (tùy theo tỷ lệ) hay dưới dạng mô hình số.
Như vậy có thể nói rằng nội dung và yêu cầu chủ yếu của công tác đo vẽ bản đồ địa
hình đáy biển là xác định các yếu tố để thể hiện được các thông tin yêu cầu như
trên. Các yếu tố đó chính là tọa độ, độ cao của các điểm đặc trưng của bề mặt đáy
biển và dạng chất đáy của lớp bề mặt đáy biển.
Đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển chia là 2 công tác chính: công tác ngoại nghiệp
và công tác nội nghiệp.
Công tác ngoại nghiệp (đo sâu, lấy mẫu chất đáy) sẽ xác định các yếu tố
đồng thời như sau:
- Tọa độ điểm đo (Có thể xác định bằng máy đo kinh vĩ, máy toàn đạc điện
tử, GPS…);
- Độ sâu điểm đo (Có thể xác định thủ công bằng dây, sào hay tự động như
máy đo sâu hồi âm đơn tia, máy đo sâu hồi âm đa tia, Lazer…);
- Độ cao mặt nước tại thời điểm đo (công tác quan trắc mực nước hay thủy
triều – có thể xác định bằng thước đo mực nước hay các thiết bị quan trắc tự động).
- Tọa độ điểm lấy mẫu (xác định như công tác đo sâu);
- Lấy mẫu chất đáy và mô tả bằng ký kiệu qui định (bằng gầu lấy mẫu).
Công tác nội nghiệp được tiến hành sau khi đã có đầy đủ số liệu ngoại
nghiệp và bao gồm các bước chính sau:
SV: Vũ Bá Trung
6
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
- Xây dựng cơ sở toán học của mảnh bản đồ;
- Nhập số liệu và kiểm tra số liệu;
- Xây dựng mô hình hoặc đường đồng mức;
- Biên tập theo qui định.
Như vậy ta có thể nói rằng công nghệ đo sâu hồi âm phục vụ cho công tác đo
vẽ bản đồ địa hình đáy biển là sự kết hợp hoàn hảo của các công nghệ sau:
- Công nghệ định vị;
- Công nghệ đo sâu;
- Công nghệ quan trắc thủy triều (hay sự biến động của mực nước);
- Xử lý số liệu.
1.2.
Giới thiệu về qui trình công nghệ đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tại Việt Nam.
1.2.1.
Quá trình hình thành và phát triển.
Ở nước ta công tác đo đạc, thành lập bản đồ đáy biển là một loại hình công
việc còn non trẻ. Trước năm 1954, hải đồ vùng biển nước ta do hải quân các nước
Pháp, Anh, Mỹ đo đạc và biên vẽ. Từ 1954 đến 1975 Hải quân nước ta biên tập lại
các hải đồ do nước ngoài lập, Hải quân Liên Xô đo đạc lập hải đồ vùng biển phía
Bắc, Hải quân Mỹ đo đạc lập hải đồ vùng biển phía Nam. Từ năm 1975 sau khi
hoàn toàn thống nhất đất nước, các đơn vị bắt đầu thực hiện công tác đo đạc địa
hình đáy biển. Quá trình có thể chia làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn từ năm 1975 đến năm 1992: Giai đoạn chủ yếu do Quân chủng
Hải quân làm công tác biên tập lại từ các hải đồ do nước ngoài lập. Ngoài ra có một
số đơn vị thuộc các bộ ngành khác nhau như Bộ Giao thông Vận tải, Nông nghiệp,
Công nghiệp, Xây dựng, Thủy Lợi, Thủy sản cũng đã thực hiện việc đo đạc thành
lập bản đồ đáy biển chuyên ngành phục vụ cho nhu cầu sử dụng riêng, qui mô nhỏ
với công nghệ chủ yếu là đo tọa độ giao hội bằng máy kinh vĩ hoặc sóng radio, độ
sâu đo bằng quả dọi hoặc máy đo sâu hồi âm thế hệ đầu sử dụng băng giấy.
- Giai đoạn từ năm 1993 đến nay: Thời gian này các công nghệ đo đạc của
khu vực được đưa vào ứng dụng tại nước ta. Từ năm 1993 đến năm 1998 công việc
này do nhiều đơn vị thực hiện như:
SV: Vũ Bá Trung
7
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
+ Trung tâm trắc địa bản đồ biển thuộc Viện khoa học và công nghệ địa
chính;
+ Xí nghiệp trắc địa 304 thuộc Công ty trắc địa bản đồ số 3;
+ Trung tâm ứng dụng công nghệ mới thuộc Công ty trắc địa bản đồ số 1;
+ Đoàn đo đạc biển và biên vẽ hải đồ thuộc quân chủng Hải quân – Quânđội
nhân dân Việt Nam;
+ Ngoài ra còn một số đơn vị thuộc các bộ ngành khác. Tuy nhiên các đơn vị
này chủ yếu chỉ thực hiện công tác đo sâu hải đồ, bình đồ luồng lạch, sông, hồ, bến
cảng…với phạm vi hẹp.
Năm 1999 Tổng cục địa chính sáp nhập các đơn vị trong ngành nòng cốt là
Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển thuộc Viện khoa học Địa chính và Xí nghiệp Trắc
địa 304 thuộc Công ty Trắc địa bản đồ số 3 thành Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển.
Đây là đơn vị có chức năng nhiệm vụ thực hiện công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy
biển trong phạm vi cả nước. Như vậy từ năm 1999 đến nay ở nước ta có 2 đơn vị
chuyên đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển là Trung tâm trắc địa bản đồ biển (nay thuộc
Tổng cục Biển và hải đảo Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi trường) và Đoàn Đo
đạc biển và Biên vẽ hải đồ thuộc Quân chủng Hải quân - Quân đội nhân dân Việt
Nam. Về thiết bị, công nghệ của hai cơ quan này tương đối giống nhau, Trung tâm
trắc địa bản đồ biển thực hiện đo đạc chủ yếu là các loại bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và
1:50.000 khu vực gần bờ, Đoàn đo đạc biển và biên vẽ hải đồ đo đạc chủ yếu là các
loại hải đồ tỷ lệ 1:200.000 và 1:250.000 khu vực xa bờ.
1.2.2.
Quy trình công nghệ
Quy trình công nghệ đo vẽ thành lập bản đồ địa hình đáy biển hiện nay tại
Việt Nam có thể nói rằng đã được thể hiện tại Quy định kỹ thuật thành lập bản đồ
địa hình đáy biển tỷ lệ 1:50.000 ban hành theo Quyết định số 03/2007/QĐ-BTNMT
ngày 12 tháng 02 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường. Tóm tắt
trích lược qui trình công nghệ như sau:
1. Thu thập tư, tài liệu, khảo sát khu đo; Lập thiết kế kỹ thuật – dự toán.
2. Thi công ngoại nghiệp:
SV: Vũ Bá Trung
8
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
- Xây dựng các điểm nghiệm triều (ven bờ hoặc ngoài khơi), xây dựng
hệthống lưới cơ sở trên bờ (nếu cần), đo nối tọa độ, độ cao.
- Thiết kế và kiểm tra thiết kế đo sâu, đo kiểm tra, lấy mẫu chất đáy.
- Đo vẽ đường bờ (nếu có).
- Tiến hành đo sâu, đo kiểm tra, đo rà soát hải văn (nếu có) đồng thời với
việc quan trắc nghiệm triều; Lấy mẫu chất đáy.
- Xử lý số liệu ngoại nghiệp. Kiểm tra, đo bù, đo lại.
- Kiểm tra nghiệm thu ngoại nghiệp.
3. Công tác nội nghiệp:
- Kiểm tra kết quả đo đạc và xử lý ngoại nghiệp.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu; Thành lập và biên tập bản đồ gốc số địa hìnhđáy
biển; In phun bản đồ gốc.
- Kiểmtranghiệmthunộinghiệp.
- Lưu trữ, bảo quản số liệu gốc, bản đồ số;
- Giao nộp sản phẩm.
Sơ đồ công nghệ được thể hiện ởHình 3.1.
SV: Vũ Bá Trung
9
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ thành lập bản đồ địa hình đáy biển
SV: Vũ Bá Trung
10
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
1.2.3.
Đồ án tốt nghiệp
Công nghệ định vị
Hiện tại công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình đáy biển ở BTNMT đang
áp dụng các công nghệ với các trang thiết bị sau đây trong thực tế sản xuất:
1. Công nghệ định vị khoảng cách xa để xây dựng hệ thống điểm tọa độ - độ cao trên
vùng biển.
2. Có nhiều thiết bị định vị GPS 2 tần số với các phần mềm xử lý bảo đảm cho việc
xác định tọa độ điểm cơ sở ở khoảng cách xa với độ chính xác 2-3 cm.
3. Đã thu thập các tài liệu và đang triển khai Dự án “Xây dựng và hoàn chỉnh hệ thống
trọng lực Nhà nước”, đã hoàn thành việc nghiên cứu đo trọng lực biển tại Việt Nam.
Như vậy với việc đo đạc trọng lực chi tiết trên biển để xác định mặt Kvazigeoid trên
vùng biển Việt Nam cho phép tính chuyển độ cao bằng công nghệ GPS từ đất liền
ra biển với độ chính xác thủy chuẩn nhà nước hạng IV nâng cao chất lượng sản
phẩm bản đồ biển.
4. Công nghệ định vị đối tượng động để định vị tức thời tàu đo:
5. Công nghệ này sử dụng để dẫn đường cho các tàu đo đạc hoạt động trên biển và xác
định tọa độ các điểm đo sâu trên mặt địa hình đáy biển, xác định tọa độ các địa vật
trên biển và dưới mặt nước biển.
6. Để định vị tức thời vị trí tàu đo đã áp dụng các kỹ thuật – công nghệ sau đây:
- Công nghệ DGPS Realtime với các thiết bị RadioLink sóng ngắn (VHF, UHF) để
đo vùng biển ven bờ (cách xa bờ dưới 60 km);
- Công nghệ DGPS Realtime với các trạm cố định phát số hiệu cải chính phân sai
trên tần số radio trong giải tần sóng trung bình với tầm hoạt động từ 500 – 700 km.
Hình 3.2: Máy định vị Trimble 4000SSi và máy DSM 212H
SV: Vũ Bá Trung
11
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Với việc đã có các trạm định vị GPS cố định ở Đồ Sơn (Hải Phòng), Vũng
Tàu, Quảng Nam, trạm định vị tại Phú Quốc, Trường Sa… (do Bộ Quốc phòng
quản lý), tầm phủ sóng cải chính phân sai DGPS của các trạm này đã gần như phủ
trùm toàn vùng biển phía đông Việt Nam. Các trạm định vị cố định GPS trên đều sử
dụng công nghệ Beacon với kỹ thuật MSK, đảm bảo độ chính xác cải chính phân
sai nhỏ hơn ±5 m. Như vậy hệ thống này đảm bảo định vị dẫn đường cho công tác
đo đạc thành lập bản đồ biển trên toàn vùng biển Việt Nam từ tỷ lệ 1/10.000 và nhỏ
hơn.
Các loại thiết bị thu tín hiệu được trang bị có áp dụng công nghệ này ở trên tàu
đo như: DSM 212H, DGPSProBeacon, DGPS GBX CSI, DGPS MiniMax.
- Công nghệ DGPS Realtime diện rộng (Wide Area DGPS) với việc thu số hiệu chỉnh
phân sai từ vệ tinh địa tĩnh Inmarsat trên toàn vùng biển Việt Nam. Đã trang bị
nhiều máy thu cho công nghệ này như SeaStar, OmniStar…, tín hiệu cải chính chủ
yếu được thuê từ công ty FUGRO;
Hình 3.3: Máy định vị SeaStar HP-8200 của FUGRO
SV: Vũ Bá Trung
12
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.4:Hệ thống DGPS Realtime diện rộng OmniSTAR – FUGRO Group
1.2.4.
Công nghệ đo sâu
Công nghệ phổ biến là sử dụng các máy đo sâu hồi âm đơn tia. Công nghệ này
đòi hỏi phải có các phần mềm đo biển chuyên dụng (chủ yếu là của nước ngoài), có
khả năng tích hợp các kết quả đo sâu và xác định tọa độ các điểm đo sâu, xử lý kết
quả đo đạc tại thực địa và thành lập bản đồ đo sâu (bản đồ địa hình đáy biển chưa
được biên tập).
Hình 3.5: Bộ máy đo sâu đơn tia Hydrotrac và sơ đồ hệ thống
SV: Vũ Bá Trung
13
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hiện nay, việc đo sâu hồi âm đơn tia này mới chỉ được hỗ trợ xác định tốc độ
âm thanh bằng máy đo tốc độ âm SVP15. Các ảnh hưởng của sóng tới kết quả đo
còn chưa được cải chính bằng các thiết bị phụ trợ.
Tàu đo nhỏ nên đầu phát biến âm luôn được đặt cùng trục đứng với ăng ten
GPS nên hầu như không sử dụng la bàn để xác định hướng tàu.
Phần mềm phục vụ đo đạc trên biển hiện nay đang sử dụng là phần mềm
Hydro không sử dụng được với các máy đo sâu hồi âm đa tia. Thực chất phần mềm
Hydro được viết chủ yếu phục vụ công tác đo đạc các công trình trên biển, chưa
phải là phần mềm đo đạc thành lập bản đồ biển chuyên dụng.
Hình 3.6: Phần mềm Hydro
Như vậy công nghệ đo sâu cần phải đầu tư thay đổi về trang thiết bị công
nghệ, đặc biệt là đầu tư các máy đo sâu hồi âm đa tia, các thiết bị cải chính ảnh
hưởng của sóng, công nghệ cải chính thuỷ triều ngoài khơi.
1.2.5.
Công nghệ quan trắc thủy triều
Hiện tại ảnh hưởng của thủy triều mới chỉ được cải chính qua số liệu quan trắc
mực nước tại các trạm quan trắc thủy triều tạm thời ven bờ ở khu đo.
SV: Vũ Bá Trung
14
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3-7: Thước quan trắc mực
nước ven bờ
Việc bố trí các trạm quan trắc vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể theo tính chất
và mô hình thủy triều mà chỉ ước lược theo khoảng cách dọc theo khu thi công. Các
trạm quan trắc được bố trí theo khoảng cách trung bình khoảng 50 km/1 trạm. Với
bản đồ tỷ lệ 1:50.000 thì bố trí 2 trạm, 1 trạm đối với các bản đồ tỷ lệ lớn hơn.
Độ cao điểm “0” thước nước được xác định bằng bằng phương pháp đo nối độ
cao thủy chuẩn hình học hoặc GPS (đối với các điểm không thể đo nối băng thủy
chuẩn hình học như các điểm ngoài đảo…) từ các điểm độ cao nhà nước.
Việc cải chính số liệu thủy triều vào số liệu đo sâu sử dụng phương pháp nội
suy theo thời gian.
Hình 3.8: Nguyên lý xác định độ cao mực nước để cải chính cho số liệu đo
sâu.
Thông thường số liệu thủy triều được nhập vào từ tệp số liệu quan trắc theo
định dạng của phần mềm xử lý và việc cải chính được tiến hành tự động trong quá
trình xử lý số liệu khi người dùng chấp nhận có cải chính số liệu thủy triều vào số
liệu đo sâu.
Về nguyên lý, việc cải chính thủy triều vào độ sâu điểm đo được tính như sau:
-
Đối với số liệu sử dụng 1 trạm quan trắc ven bờ:
Dko = H – (Des + d)
(3-1)
Trong đó:
SV: Vũ Bá Trung
15
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Dko:
Đồ án tốt nghiệp
Độ sâu sau cải chính (độ cao của điểm đo sâu).
H:Độ cao mực nước tại thời điểm đo.
Des:
Độ sâu đo được tính từ đầu phát tín hiệu âm.
d: Draft (còn được gọi là draught) – Mớn nước tàu hay khoảng cách theo
phương thẳng đứng từ mặt nước tới mặt bộ phát biến.
Giá trị H được xác định theo công thức nội suy như sau:
H=
H2-H1
x (t-t1) + H1
t2-t1
với t1<>t2
(3-2)
H = H1 với t1=t2
Với:
t1 là thời điểm xác định H1 bằng quan trắc
t2 (t2 ≥ t1) là thời điểm xác định H2 bằng quan trắc
t là thời điểm của điểm đo sâu cần cải chính và t1 ≤ t ≤ t2
H1 là độ cao mực nước xác định được tại thời điểm t1
H2 là độ cao mực nước xác định được tại thời điểm t2
-
Đối với số liệu sử dụng 2 trạm quan trắc ven bờ:
Khi sử dụng số liệu 2 trạm, việc tính giá trị độ cao của mực nước tại thời điểm
cần tính tại vị trí của trạm cho từng trạm vẫn tương tự (nội suy theo thời gian). Tuy
nhiên, lúc này ta phải sử dụng cả tọa độ của 2 trạm quan trắc và của điểm đo để tính
(tọa độ của 3 điểm đều cùng cơ sở toán học).
Tại thời điểm đo điểm đo sâu, chúng ta sẽ có một mặt phẳng thỏa mãn 2 điều
kiện:
-
Chứa 2 vị trí độ cao mực nước của 2 trạm.
-
Đường giao của mặt phẳng này với mặt “0” vuông góc với đường qua 2 trạm.
Như vậy, có bao nhiêu điểm đo thì có bấy nhiêu mặt phẳng nội suy.
SV: Vũ Bá Trung
16
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.9: Nội suy độ cao điểm đo khi sử dụng 2 trạm nghiệm triều
Từ hình 1-9:
1.
H1: độ cao thước nước trạm 1
2.
ht1: độ cao mực nước tính được ở vị trí trạm 1 tại thời điểm tính:
TD1 = H1+ht1
3.
H2: độ cao thước nước trạm 2
4.
ht2: độ cao mực nước tính được ở vị trí trạm 2 tại thời điểm tính:
TD2 = H2+ht2.
(3-3)
(3-4)
Như vậy tất cả các điểm nằm trên cùng một đường thẳng vuông góc với đường
nối TD1-TD2 trên mặt nội suy thì có cùng giá trị độ cao.
Độ cao của điểm đo được tính như sau:
-
Tính độ cao mực nước tại thời điểm đo điểm đo sâu của 2 trạm quan trắc và
dựng được mặt phẳng nội suy.
-
Chiếu điểm đo xuống đường nối qua 2 trạm quan trắc trên mặt phẳng nội suy
(điểm A trên hình).
Tính độ cao của điểm chiếu.
SV: Vũ Bá Trung
17
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
1.2.6.
Đồ án tốt nghiệp
Tàu đo
Hiện ở Việt Nam có 2 tàu chuyên phục vụ cho công tác đo đạc và nghiên cứu
trên biển là Tầu Đo đạc biển 01 và Tầu Nghiên cứu biển.
Tàu Đo đạc biển 01 trọng tải 80 tấn do Trung tâm Trắc địa bản đồ biển quản lý
được đưa và sử dụng từ năm 1999. Đến nay, tàu đã cũ và phải sửa chữa rất nhiều.
Tầu chỉ được cấp phép hoạt động trong vùng biển cấp III hạn chế (cách bờ không
quá 20 hải lý), vì vậy không đủ điều kiện để chạy dài ngày trên biển.
Tầu Nghiên cứu biển do Trung tâm Hải văn – Tổng cục Biển và Hải đảo Việt
Nam quản lý có trọng tải khoảng 1.000 tấn. Tàu Nghiên cứu biển phục vụ chủ yếu
cho việc triển khai các hoạt động nghiên cứu, điều tra về biển. Có thể sử dụng tàu
này để đo đạc thành lập bản đồ biển ở vùng biển xa bờ và ngoài đại dương.
Hình 3.10: Tầu Đo đạc biển 01
1.2.7.
Xử lý số liệu và biên tập bản đồ
Hiện nay công tác xử lý số liệu và biên tập bản đồ vẫn sử dụng các phần mềm
cũ đã có từ thập kỷ 90.
SV: Vũ Bá Trung
18
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Với các phần mềm hiện đang sử dụng (MGE, MicroStation….của hãng
Intergraph) và hệ thống phần cứng hiện có đã lạc hậu và thực chất không phải các
phần mềm chuyên dùng cho công tác quản trị dữ liệu, biên tập thành lập bản đồ
biển. Ngoài ra, các phần mềm này đều không được phát triển, do đó nó không còn
là phần mềm thực sự đáp ứng được với sự phát triển của các công nghệ tiên tiến
hiện nay.
Do vậy cần đầu tư các phần mềm hiện đại hơn vừa phục vụ cho công tác đo
đạc ngoại nghiệp (với việc sử dụng máy đo sâu hồi âm đa tia) vừa đảm bảo công tác
nội nghiệp cho các mục tiêu:
-
Xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin đo đạc bản đồ biển.
-
Biên tập được các loại bản đồ biển theo các chuẩn quốc tế.
-
Biên tập và sản xuất được các loại bản đồ điện tử biển.
1.2.8.
Những sản phẩm bản đồ biển đã sản xuất đến nay.
Phần lớn sản phẩm bản đồ biển của ta được biên tập, tái bản từ nhiều tài liệu
khác nhau, độ chính xác không đủ tin cậy bởi số liệu đã quá cũ. Số bản đồ biển đo
mới còn rất ít. Đến cuối năm 2007 Quân chủng Hải quân đã hoàn thành đo đạc bản
đồ biển tỷ lệ 1:100.000 khu vực ven bờ biển Việt Nam, một số mảnh bản đồ tỷ lệ
1:25.000 và 1:50.000 thuộc các cửa sông, cảng quân sự, vịnh và đảo, tỷ lệ 1:50.000
và 1:200.000 khu vực Quần đảo Trường Sa, khu vực DK-1.
Đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:50.000 phủ trùm theo quy hoạch: Năm
2001, Tổng cục Địa chính (cũ) đã phê duyệt dự án tổng thể “Thành lập bản đồ địa
hình đáy biển phủ trùm toàn vùng biển Việt Nam” kèm theo quyết định số 111/QĐTCĐC ngày 20 tháng 4 năm 2001. Từ 2007 đến hết năm 2010 triển khai thực hiện
Dự án “Thành lập hệ thống bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1/50.000 vùng lãnh hải và
tỷ lệ 1/10.000 các khu vực cửa sông, cảng biển quan trọng phục vụ nhiệm vụ quản
lý biển của các Bộ, ngành, địa phương liên quan” thuộc Đề án 47. Tính đến hết năm
2010, Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển đã đo vẽ được tổng cộng 195 mảnh tỷ lệ
1/50.000 và 56 mảnh tỷ lệ 1/10.000 với diện tích khoảng 146.000km 2. Phạm vi đo
SV: Vũ Bá Trung
19
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
vẽ của các bản đồ này tính từ bờ ra đến hết vùng lãnh hải kéo dài từ Móng Cái
(Quảng Ninh) đến hết tỉnh Bình Thuận.
Công tác đo đạc bản đồ biển chuyên dụng phục vụ cho những nhiệm vụ đặc
thù được các Bộ, ngành khác ngoài Quân chủng Hải quân và Bộ Tài nguyên và Môi
trường thực hiện như: Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông
thôn, Bộ Xây dựng, Tổng Công ty dầu khí Việt Nam, Tổng Công ty Bảo đảm Hàng
hải….và các Viện nghiên cứu, các Trung tâm khoa học, các địa phương có biển như
Hải Phòng, Quảng Ninh, Đà Nẵng, Thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu…
Công tác đo đạc, bản đồ biển do các bộ, ngành, địa phương thực hiện chỉ đơn thuần
phục vụ mục đích chuyên môn, chuyên ngành ở không gian tương đối hẹp, không
có đặc điểm phủ trùm và phục vụ đa ngành.
Hệ thống các bản đồ này nói chung cũng đã đáp ứng được các mục đích chính
như:
-
Đáp ứng một phần hoạt động của Hải quân: Xây dựng kế hoạch tác chiến,
huấn luyện, các hoạt động của tàu thuyền trên biển, hoạt động tuần tra quản lý vùng
biển, bố trí lực lượng Hải quân, bảo vệ chủ quyền biển đảo …
-
Quy hoạch và thiết kế các công trình giao thông trên biển;
-
Quy hoạch, nuôi trồng và khai thác thủy sản trên biển;
-
Quy hoạch, xây dựng và khai thác các loại hình dịch vụ di lịch trên biển;
-
Xây dựng các công trình biển, thăm dò và khai thác khoáng sản biển;
-
Cùng với bản đồ địa hình trên đất liền tỷ lệ 1/50.000 tạo thành bộ bản đồ địa
hình tỷ lệ 1/50.000 phủ trùm lãnh thổ để làm bản đồ nền cho các hệ thống thông tin
địa lý (GIS) và hệ thống thông tin biển (SIS);
-
Phục vụ công tác phát triển kinh tế một cách bền vững, củng cố an ninh, quốc
phòng và giữ vững chủ quyền vùng biển của đất nước.
Tuy nhiên, như đã nói ở trên, do trình độ công nghệ, kỹ thuật đo đạc còn hạn
chế nên nội dung của bản đồ địa hình đáy biển ở đây còn chưa được đầy đủ các
thông tin về địa hình, địa mạo, địa vật và các thông tin quan trọng khác về biển.
Ngoài ra, bản đồ của chúng ta còn chưa phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế. Các
loại bản đồ biển chuyên dụng phục vụ cho những nhiệm vụ đặc thù được các Bộ,
ngành khác ngoài Quân chủng Hải quân và Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện
SV: Vũ Bá Trung
20
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
chỉ đơn thuần phục vụ mục đích chuyên môn, chuyên ngành ở không gian tương đối
hẹp, không có đặc điểm phủ trùm và phục vụ đa ngành.
SV: Vũ Bá Trung
21
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.11: Sơ đồ các bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1/50.000 do Trung tâm Trắc
địa Bản đồ biển (Bộ Tài nguyên và Môi trường) thi công đến hết năm 2010.
SV: Vũ Bá Trung
22
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.12: Khu vực dự kiến đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ
1:200.000 thuộc Đề án 47.
SV: Vũ Bá Trung
23
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
5. CHƯƠNG 2: ĐO ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN BẰNG MÁY ĐO SÂU HỒI
ÂM ĐA TIA
2.1.
Đo sâu bằng máy đo sâu hồi âm đa tia
2.1.1.
Nguyên lý
Công nghệ đo sâu đơn tia sử dụng khoảng thời gian lưu truyền của sóng âm để
tính ra độ sâu của đáy biển. Đầu phát biến của máy đo sâu đơn tia phát ra sóng âm
thanh có tần số, sau đó sóng này được truyền đi trong môi trường nước biển, sau khi
gặp đáy biển sẽ phản hồi lại đầu phát biến. Đầu phát biến máy đo sâu hồi âm đơn tia
sẽ nhận tín hiệu và máy có chức năng tính toán độ sâu thông qua khoảng thời gian
và theo tốc độ âm thanh trong nước. Các sóng phát ra của hệ thống đơn tia thường
chỉ là sóng thẳng đứng từ đầu phát biến.
Máy đo sâu hồi âm đa tia được hình thành và phát triển dựa trên nguyên lý
này. Thay vì chỉ phát ra một sóng âm như máy đơn tia, máy đo sâu hồi âm đa tia có
thể phát cả chùm tia bao gồm rất nhiều tia đơn với số liệu tia tùy theo cấu hình của
máy. Các tia này sẽ được phát ra theo các hình khác nhau như: hình dải quạt, hình
khối vòng … Tùy theo cấu tạo phức tạp của đầu phát biến mà chùm tia phát có số
lượng nhiều hay ít. Tuy nhiên không đơn giản như đơn tia, do số lượng tia được sản
sinh nhiều hơn và các góc tia phát cũng phức tạp hơn, nên các kỹ thuật lái tía, hiệu
chỉnh tần số … đã được đưa vào máy hồi sâu đa tia nhằm đảm bảo tính chính xác
trong công tác đo dạc. Điểm đáng chú ý của công tác đo sâu đa tia là các dải phát
sóng sẽ cung cấp độ sâu của toàn bộ khu vực được phủ sóng phát, hay cung cấp một
các tối đa độ sâu của toàn bộ khu đo.
Hình 4.13: Đo sâu đơn tia (trái) và đo sâu đa tia
SV: Vũ Bá Trung
24
Lớp: ĐH1TĐ2
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Đồ án tốt nghiệp
Các sóng phát ra được thu lại bởi bộ phận thu sóng lắp trong đầu phát biến
máy đo sâu đa tia, bộ phận này được lắp tích hợp với đầu phát biến hoặc độc lập tùy
theo độ phức tạp của thiết kế. Với các máy có khả năng đo rất sâu (lớn hơn 1.000m)
thì thiết bị này được lắp tách biệt và có khả năng thu tín hiệu rất nhạy.
Để đảm bảo tính chính xác các tia phát, kỹ thuật lái tia và hiệu chỉnh tia được
đưa vào máy đo sâu hồi âm đa tia. Do hạn chế của môi trường nước biển, do độ
đậm đặc, sự khác biệt trong dòng chảy và tính chất các lớp nước tại cột nước tính từ
bề mặt đến đáy nên môi trường nước được chia làm 3 lớp: lớp bề mặt, lớp giữa
(trung bình) và lớp sát với đáy biển. Chính vì sự khác nhau của các lớp nước nên
sóng âm của máy hồi âm đa tia sẽ bị biến đổi trong quá trình di chuyển. Để nâng
cao tính chính xác trong đo đạc, hệ thống đo sâu đa tia thường được lắp máy thu tốc
độ âm SVP (Sound Velocity Profiles) gần đầu phát biến để xác định chính xác tốc
độ âm lớp bề mặt và hiệu chỉnh trực tiếp vào hệ thống ngay trong quá trình đo. Các
lớp nước còn lại được tiếp tục tính toán và hiệu chỉnh qua các số liệu đo kiểm
nghiệm sau khi triển khai đo tốc độ âm tại khu vực để đưa số liệu chính xác cho hệ
thống đa tia hoạt động.
Nói chung công tác đo sâu đa tia được khẳng định vẫn dựa trên nguyên lý đo
sâu hồi âm đơn tia nhưng có tính phức tạp cao hơn rất nhiều trong công nghệ.
2.1.2.
Xác định độ sâu
Độ sâu đo là giá trị quan trọng và phức tạp của hệ thống MBES, nó bao gồm
nhiều thành phần. Độ sâu được tính ra từ khoảnh cách nghiêng với góc của chùm
tia. Muốn vậy, chúng ta phải biết khoảng thời gian hành trình của xung âm thanh
với vận tốc của nó và góc chùm tia trong điều kiện tàu di chuyển và trạng thái của
tàu luôn thay đổi (lắc ngang, lắc dọc, nâng hạ bởi sóng, lệch hướng.v.v.), điều này
cũng đồng nghĩa với việc phải đo các yếu tố kể trên. Độ sâu đo được xác định bởi
công thức (2-1):
d = r cos(P ) cos(θ + R )
Trong đó:
(4-0)
d – độ sâu;
r – khoảng cách nghiêng;
SV: Vũ Bá Trung
25
Lớp: ĐH1TĐ2
