ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MỚI TRONG KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH HÀNG HẢI VÀ ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA

CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST) THAM LUẬN: ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MỚI TRONG KHẢO SÁT CƠNG TRÌNH HÀNG HẢI VÀ ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA Trương Hùng Phương TÓM TẮT: Ứng dụng công nghệ kỹ thuật công tác khảo sát địa hình Portcoast nghiên cứu áp dụng từ nhiều năm [5]: công nghệ RTK (Real Time Kinematic) đo sâu sử dụng mô hình EGM2008 [4]; cơng nghệ RTK kết hợp với thiết bị khảo sát đại khác đo sâu đa tia, thiết bị đo từ, thiết bị rà quét hình ảnh đáy biển độ xác cao cơng nghệ bay chụp ảnh Flycam/Drone khảo sát địa hình Kết thực tế từ công tác khảo sát địa hình dự án mà Portcoast thực từ trước đến nay, khẳng định tính đắn, hiệu độ tin cậy cao việc áp dụng cơng nghệ kỹ thuật nêu A CƠNG NGHỆ RTK: I GIỚI THIỆU: Công nghệ RTK (Real Time Kinematic) phát triển gần tảng kỹ thuật DGPS cho phép định vị với độ xác cao mặt độ cao Hình mô tả nguyên lý đo kỹ thuật RTK Trạm tĩnh Xb Yb Hb Hình Trạm động dX, dY, dH Xb, Yb, Hb Xr = Xb + dX Yr = Yb + dY Hr = Hb + dH Nguyên lý xác định tọa độ, cao độ công nghệ RTK Sự khác phương pháp RTK với DGPS tóm tắt sau: RTK khơng dùng trạm phát số hiệu chỉnh (Reference Station) phương pháp DGPS thông thường mà sử dụng thêm máy GPS (máy GPS tần số, có chế độ đo RTK) đặt khu đo làm trạm (Base) vừa thu tín hiệu vệ tinh phát trực tiếp giá trị hiệu chỉnh tọa độ, cao độ cho trạm động (Rover) đặt vị trí khảo sát Với trạm Base biết tọa độ cao độ, sử dụng Rover khu vực khảo sát có điều kiện địa hình, khí giống nên sai số, nhiễu tín hiệu vệ tinh CƠNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) truyền khí (qua tần số) gần khử hoàn toàn cho kết tức thời (Real Time) với độ xác cao lên đến hàng mm mặt hàng cm độ cao Về nguyên tắc, đo sâu hồi âm xác định tọa độ vị trí đo cao độ đầu đo hồi âm Khi biết cao độ mực nước, chiều sâu đầu phát hồi âm so với mực nước độ sâu đáy biển tính từ mặt đầu phát hồi âm biết cao độ đáy biển Khảo sát đo sâu thơng thường trước tọa độ xác định kỹ thuật DGPS, cao độ tính từ cao độ mực nước Cao độ mực nước xác định từ trạm đo mực nước lân cận hay xa vị trí đo dựa vào giả thiết mực nước nằm ngang Giả thiết mực nước nằm ngang phù hợp điểm đo gần trạm mực nước điều kiện môi trường không tác động làm mực nước thay đổi Trong thực tế, mực nước không nằm ngang trường hợp sau: + đoạn sông mở rộng hay co hẹp; + đoạn sông cong; + vùng cửa sông ven biển có lệch pha mực nước vị trí đo trạm đo mực nước Ngồi cịn có tác động như: + biến đổi mực nước xung quanh tàu khảo sát dao động tàu di chuyển; + tác động sóng dịng chảy… Ứng dụng cơng nghệ RTK cơng tác đo sâu hồi âm khắc phục nhược điểm Trong phương pháp RTK biết khoảng cách đầu Rover đầu phát hồi âm, độ sâu đáy biển từ đầu phát hồi âm xác định trực tiếp kêt cao độ đáy biển tức (Real time) mà khơng cần sử dụng mực nước quan trắc Do ảnh hưởng sử dụng mực nước để tính tốn kết cao độ nêu (đoạn sông co hẹp, cong, lệch pha…) không bị ảnh hưởng phương pháp RTK Nhờ xử lý số liệu khảo sát phần mềm HYPACK [3], kết cuối đạt với độ xác cao Hơn nữa, kết mực nước thực xác định phương pháp RTK cịn phục vụ cho cơng tác nghiên cứu theo dõi, quan trắc mực nước nhằm so sánh với kết quan trắc mực nước phương pháp truyền thống từ trước đến Kỹ thuật đo sâu phương pháp RTK tóm lược sau: CƠNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) Mặt ellipsoid tham chiếu Hình Kỹ thuật đo RTK (Real Time Kinematic) Sơ đồ mô tả nguyên tắc xác định độ cao đáy sơng kỹ thuật RTK, đó: ∆h độ chênh cao tâm pha anten trạm sở trạm động, xác định ký thuật RTK HA độ cao mốc so với mặt ellipsoid tham chiếu Hc độ cao mặt đáy dầu sensor máy hồi âm so với mặt ellipsoid tham chiếu hA chiều cao anten trạm sở so với mốc, đo thước với độ xác khoảng 5mm hB chiều cao tính từ tâm pha anten trạm động đến mặt đáy đầu sensor máy hồi âm vị trí tàu khảo sát D độ sâu tính từ mặt đáy đầu sensor máy hồi âm đến đáy sông, đo máy đo sâu hồi âm HB độ cao đáy sông so với mặt ellipsoid tham chiếu, tính theo cơng thức H B = HC – D HC= hA+HA-∆h-hB độ cao mặt đáy đầu sensor máy hồi âm Như kỹ thuật RTK cung cấp vị trí mặt độ cao xác anten thời điểm đo Điều giúp tránh khuyết điểm trình xác định độ sâu đo mực nước nâng cao đến mức tối đa độ xác q trình khảo sát thủy đồ CƠNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) Hình II Phần mềm HYPACK với hồi âm tần số để xác định lớp bùn THIẾT BỊ ĐIỂN HÌNH ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CƠNG NGHỆ RTK: • Thiết bị GPS có chế độ đo RTK Radio Link: Bảng1: Độ xác thiết bị đo Thiết bị GB1000-GB500 Hiper Ga,Gb Hiper+ Hình Độ xác (đo tĩnh) Độ xác (đo RTK) H = 3mm + 0.5ppm H = 10mm + 1.0ppm V = 5mm + 0.5ppm V = 15mm + 1.0ppm Hệ thống RTK gồm Base, Rover, Radio link, FC cài đặt Base Rover • Máy hồi âm tần số Odom Echotrac MKIII có đầu thu phát tín hiệu: tần số 30khz tần số 200khz Với hệ thống hồi âm tần số này, chiều dày lớp bùn mặt đáy sông/biển xác định với độ xác cao Độ xác: 0.01m + 0.1% x độ sâu, sử dụng tần số 200kHz CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) • DMS – cảm ứng đo chuyển động (Motion sensor): thiết kế đặc biệt phục vụ nhu cầu đo chuyển động ngành công nghiệp hàng hải DMS có khả đo chuyển động xác điều kiện biển sử dụng để hiệu chỉnh kết đo Rover dao động Hình Kết đo hồi âm + thiết bị Motion sensor phần mềm HYPACK • Odom Digibar Pro: thiết bị xác định vận tốc sóng âm nước với độ xác cao suất Digibar pro sử dụng công nghệ "sing-around" tự động hiệu chỉnh tất yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc sóng âm bao gồm độ mặn, chiều sâu nhiệt độ Độ phân giải: 0.1m/sec Độ xác đo: +(-) 0.3m/sec • Máy đo mực nước tự động: Trong công nghệ RTK đo sâu hồi âm, khơng phải quan trắc mực nước tính tốn cao độ mực nước gọi mực nước RTK Để nâng cao độ tin cậy kết đo phực vụ công tác kiểm tra, quản lý chất lượng, Portcoast sử dụng thêm máy quan trắc mực nước tự động Level Mỹ để so sánh kiểm tra, đối chiếu với mực nước RTK Hình Thiết bị quan trắc mực nước Level 2000 cách lắp đặt B ÁP DỤNG TRONG CÁC DỰ ÁN CƠNG TRÌNH HÀNG HẢI VÀ ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA: I PHẠM VI HOẠT ĐỘNG VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA THIẾT BỊ: Để nâng cao độ tin cậy phạm vi tín hiệu Radio Link cơng nghệ RTK, Portcoast sử dụng Radio Link SRL-35 băng thông rộng hãng Topcon có khả đo đến 80km điều kiện tối ưu Tuy nhiên để trì được độ CƠNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) xác mặt cao độ từ 2cm đến 5cm khoảng cách từ trạm tĩnh (Base) đến trạm động (Rover) không nên lớn 20km [10] Hơn nữa, Công ty Portcoast thực nhiều lần đo thực nghiệm cho trường hợp sử dụng khơng sử dụng mơ hình geoid EGM2008 lưới phút nhiều vị trí, đánh giá so sánh với kết thực tế trường để nâng cao độ xác cao độ phương pháp RTK Số liệu lần đo thực tế trường dự án mà Portcoast thực với khoảng cách từ trạm tĩnh đến trạm động nhỏ lớn 20 km trình bày đây: Tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu: Bảng 2: Sử dụng mô hình EGM2008 Trạm tĩnh tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu, tọa độ (10°23'12.39"N; 107° 3'38.91"E); H=3.913m (thủy chuẩn) STT Tên trạm động Sai số khép Khoảng Cao độ RTK Cao độ cách đến sử dụng thủy EGM2008 chuẩn (m) (m) 10.94 10.980 -0.04 0.056 1.73 1.814 -0.084 0.058 3.00 3.089 -0.089 0.079 3.81 3.898 -0.088 0.097 trạm tĩnh Tọa độ (km) LS-IV-1 7.72 LS-IV-6 8.36 PVG-1-2 15.60 STV-IV-06 23.40 10°27'23.50"N 107° 3'48.75"E 10°27'44.20"N 107° 3'23.74"E 10°31'26.01"N 107° 1'39.29"E 10°35'43.58"N 107° 1'31.08"E Độ chênh cho phép cao thủy chuẩn (m) hạng IV (m) Bảng 3: Khi không sử dụng mơ hình EGM2008 Trạm tĩnh Bà Rịa- Vũng Tàu IV(VT-TV)1, tọa độ (10°23'12.39"N; 107° 3'38.91"E); H= 3.913m (thủy chuẩn) Khoảng STT Tên trạm động cách đến trạm tĩnh Cao độ RTK Tọa độ EGM2008 (m) (km) LS-IV-1 7.72 LS-IV-6 8.36 không sử dụng 10°27'23.50"N 107° 3'48.75"E 10°27'44.20"N 107° 3'23.74"E Cao độ thủy chuẩn (m) Sai số khép Độ chênh cho phép cao thủy chuẩn (m) hạng IV (m) 10.922 10.980 -0.058 0.056 1.725 1.814 -0.089 0.058 CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) Trạm tĩnh Bà Rịa- Vũng Tàu IV(VT-TV)1, tọa độ (10°23'12.39"N; 107° 3'38.91"E); H= 3.913m (thủy chuẩn) Khoảng Tên trạm động STT Cao độ RTK cách đến Tọa độ trạm tĩnh PVG-1-2 15.60 STV-IV-06 23.40 thủy không sử dụng 10°31'26.01"N 107° 1'39.29"E 10°35'43.58"N 107° 1'31.08"E Độ chênh cho phép cao thủy chuẩn (m) hạng IV chuẩn EGM2008 (m) (km) Sai số khép Cao độ (m) (m) 2.825 3.089 -0.264 0.079 3.556 3.898 -0.342 0.097 Tại tỉnh Trà Vinh: Bảng 4:Sử dụng mơ hình EGM2008 Trạm tĩnh huyện Dun Hải tỉnh Trà Vinh, tọa độ (9°41'10.02"N;106°34'33.84"E); H=26.194m (thủy chuẩn) Khoảng STT Tên trạm cách đến động trạm tĩnh Cao độ Tọa độ (m) (km) 5.4km 5.4 13.1km 13.1 RTK 9°40'54.43"N 106°31'36.74"E 9°40'09.79"N 106°27'26.86"E Cao độ thủy Độ chênh Sai số khép cho cao phép thủy chuẩn (m) hạng IV (m) chuẩn (m) 1.888 1.925 -0.037 0.046 2.514 2.615 -0.101 0.072 Bảng 5: Khi khơng sử dụng mơ hình EGM2008 Trạm tĩnh Duyên Hải Ba Động, tọa độ (9°41'10.02"N;106°34'33.84"E); H = 26.194m (thủy chuẩn) Cao độ RTK Khoảng STT Tên trạm cách đến động base Tọa độ (km) 5.4km 5.4 13.1km 13.1 Sai số khép không sử Cao độ dụng thủy chuẩn EGM2008 (m) Độ chênh cao (m) (m) 9°40'54.43"N 106°31'36.74"E 9°40'09.79"N 106°27'26.86"E cho phép thủy chuẩn hạng IV (m) 1.721 1.925 -0.204 0.046 2.121 2.615 -0.494 0.072 Kết nhận lần khẳng định độ xác cao cơng tác đo sâu phương pháp RTK mơ hình geoid EGM2008 Bộ Tài nguyên CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) Môi trường cho phép sử dụng Thông tư Quy định kỹ thuật mơ hình số độ cao ban hành gần đây[9] II SO SÁNH MỘT SỐ KẾT QUẢ GIỮA CÔNG NGHỆ RTK VÀ DGPS: Khảo sát tuyến Luồng hàng hải thực phương pháp RTK phương pháp DGPS: Để đánh giá tính ưu việt việc ứng dụng phương pháp RTK khảo sát đo sâu đồng ý Bộ Giao thông Vận tải Cục Hàng hải Việt Nam, Portcoast tổ chức thực công tác khảo sát luồng hàng hải giám sát Tổng cơng ty Bảo đảm an tồn Hàng hải, cụ thể nêu bảng sau: STT Thời gian thực Khảo sát nạo vét tu luồng hàng hải 01 Luồng hàng hải Hải Phịng (đoạn sơng Cấm – gói 7) Tháng 12/2014 02 Luồng hàng hải Đà Nẵng (đoạn Km0+00 – Km1+300) Tháng 12/2014 03 Luồng hàng hải Vũng Tàu – Thị Vải (đoạn Cái Mép – khu vực 4) Tháng12/2014 04 Luồng hàng hải Định An – Cần Thơ năm 2015 Tháng 4/2015 05 Luồng hàng hải Quy Nhơn 2015 Tháng 6/2015 06 Luồng hàng hải Đà Nẵng 2015 Tháng 6/2015 07 Luồng hàng hải Nghi Sơn 2015 Tháng 8/2015 08 Luồng hàng hải Soài Rạp – Hiệp Phước 2015 Tháng 9/2015 09 Luồng hàng hải Vũng Tàu – Thị Vải 2015 Tháng 9/2015 10 Luồng hàng hải Định An – Cần Thơ năm 2016 Tháng 4/2016 11 Luồng hàng hải Nghi Sơn 2016 Tháng 7/2016 12 Luồng hàng hải Vũng Tàu – Thị Vải 2016 Tháng 9-10/2016 13 Luồng hàng hải Soài Rạp – Hiệp Phước 2016 Tháng 9-10/2016 14 Luồng hàng hải Đà Nẵng 2016 Tháng 10/2016 So sánh kết khảo sát địa hình tuyến Luồng hàng hải thực phương pháp RTK phương pháp DGPS: Từ kết khảo sát địa hình tuyến Luồng hàng hải thực phương pháp DGPS kết hợp với phương pháp RTK Portcoast, tiến hành so sánh, đối chiếu nhận xét đánh giá kết khảo sát, cụ thể sau: Bình đồ kết độ chênh cao độ điểm đo sâu phương pháp RTK DGPS với phạm vi khoảng cách từ trạm động (Rover) đến trạm tĩnh (Base) trung bình 4km có độ chênh từ 0.1m đến 0.2m chiếm phần ưu Tuy nhiên có số vị trí có độ chênh cao độ điểm đo sâu lớn 0.2m lên đến 0.6m, 0.8m Điều giải thích sau: Mực nước vị trí điểm đo thay đổi liên lục theo thời gian tùy thuộc vào vị trí điểm đo sâu Phương pháp RTK xác định mực CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN THIẾT KẾ CẢNG - KỸ THUẬT BIỂN (PORTCOAST CONSULTANT CORPORATION) nước xác thời điểm ≤ giây vị trí đo nên cho độ xác cao độ điểm đo tốt Phương pháp DGPS lấy giá trị mực nước trạm quan trắc mực nước cách xa vị trí đo dẫn đến giá trị sai số cao độ tác động dịng chảy, sóng, triều…tại thời điểm vị trí điểm đo Do sai số phương pháp DGPS gây kết chênh lệch minh họa kết độ chênh cao độ điểm đo sâu phương pháp RTK DGPS cho luồng hàng hải Nghi Sơn năm 2015 [7] đây: Hình Hình Khoảng cách Base đến Rover < 3.3 km; trạm mực nước cách khu đo