Để thiết kế, thi công xây dựng được các công trình trên biển thì chúng ta cần phải có trong tay bản đồ địa hình đáy biển. Có rất nhiều phương pháp, công nghệ đo sâu trên biển do vậy tôi chọn đề tài “Tìm hiểu về một số công nghệ đo sâu trên biển” làm đề tài tốt nghiệp của mình.
Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 Chương 1 4 KHÁI QUÁT VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 4 Chương 2 11 MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 11 Chương 3 36 ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ỨNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 1 Líp: Tr¾c §Þa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp LI NểI U Vi khong 3200km b bin, Vit Nam l mt quc gia cú u im rt ln v bin. Trong giai on cụng nghip húa, hin i húa t nc, ng v Nh nc ch trng phỏt trin kinh t bin. Do ú vic xõy dng cỏc cụng trỡnh bin phc v cỏc nhim v phỏt trin kinh t, nghiờn cu khoa hc v bin, quan trc s thay i mụi trng bin, kho sỏt ỏy bin, theo dừi quỏ trỡnh trm tớch ỏy bin, khai thỏc ti nguyờn khoỏng sncng ang c y mnh. Vic i mi v ỏp dng cỏc cụng ngh mi, cỏc phng phỏp tiờn tin trong o c bin nhm nõng cao chớnh xỏc, gim thi gian thi cụng m bo an ton lao ng l nhim v rt cn thit. thit k, thi cụng xõy dng c cỏc cụng trỡnh trờn bin thỡ chỳng ta cn phi cú trong tay bn a hỡnh ỏy bin. Cú rt nhiu phng phỏp, cụng ngh o sõu trờn bin do vy tụi chn ti Tỡm hiu v mt s cụng ngh o sõu trờn bin lm ti tt nghip ca mỡnh. ti cú mc tiờu tỡm hiu, nghiờn cu v u nhc im, chớnh xỏc v phm vi ng dng ca cỏc cụng ngh sõu trờn bin hin nay. B cc ca ỏn gm 3 chng: Chng 1: Khỏi quỏt v cỏc cụng ngh o sõu. Chng 2: Mt s kin thc v cỏc cụng ngh o sõu. Chng 3: chớnh xỏc v ng dng ca cỏc cụng ngh o sõu. Trong thi gian thc hin ỏn tt nghip ny, c s hng dn nhit tỡnh ca thy giỏo XXXXXXXX cựng cỏc thy, cụ trong khoa Trc a, v s n lc ht sc mỡnh, em ó hon thnh ỏn tt nghip ny. SV: Nguyễn Nhữ Thành 2 Lớp: Trắc Địa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn hẹp, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, thời gian hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô giáo trong khoa Trắc địa và các bạn đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 09 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Nhữ Thành SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 3 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 1.1. ĐO SÂU HỒI ÂM 1.1.1. Khái niệm về đo sâu hồi âm Đo sâu hồi âm là xác định độ sâu của nước trên cơ sở xác định thời gian lan truyền sóng âm thanh trong môi trường nước và vận tốc lan truyền sóng âm để xác định khoảng cách từ nguồn phát sóng âm (máy đo sâu) đến đối tượng phản xạ sóng âm (đáy biển). Hình 1.1- Nguyên lý xác định khoảng cách từ nguồn phát đến đối tượng phản xạ 1.1.2. Phân loại đo sâu hồi âm Theo nguyên tắc phát tia âm thanh, có thể chia thành 2 loại: a, Đo sâu hồi âm đơn tia SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 4 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp Là công nghệ đo sâu phát ra một tia xung theo hướng định trước. Hình 1.2- Máy đo sâu hồi âm đơn tia b, Đo sâu hồi âm đa tia Cần phát biến không những phát ra tia thẳng đứng mà còn phát ra chùm xung theo dải hẹp về phía mũi tàu và đuôi tàu. Độ rộng của chùm tia này theo chiều ngang thân tàu rộng từ 60 0 đến 150 0 , đủ quét một diện tích theo chiều ngang thân tàu có chiều rộng gấp 7 lần độ sâu từ mặt nước biển đến đáy biển. Máy đo sâu chùm tia thường có từ 60 đến 150 tia. Sau khi các tia âm thanh phản xạ từ đáy biển trở về cần phát biến sẽ được xử lý là một trị đo sâu. Các tia nghiêng được cải chính thành độ sâu thẳng đứng, tọa độ các điểm tiếp đáy của các tia này cũng được tính toán từ tọa độ tâm cần phát biến. Với máy đo sâu hồi âm chùm tia ta có thể đo vẽ địa hình đáy biền khá chi tiết và đạt năng suất cao. SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 5 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp Hình 1.3- Máy đo sâu hồi âm đa tia 1.1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp đo sâu hồi âm 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. • Chi phí thấp. b, Nhược điểm • Hệ thống yêu cầu số hiệu chỉnh chi tiết các tham số về môi trường. • Cần có xưởng sửa chữa tàu để hiệu chỉnh hệ thống. • Phụ thuộc nhiều vào các trạm Base đặt trên bờ. SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 6 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp 1.2. ĐO SÂU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SIDE-SCAN SONAR 1.2.1. Khái niệm về công nghệ side-scan sonar SONAR được viết tắt bởi Sound Navigation And Ranging. Công nghệ Sonar cũng hoạt động tương tự như các hệ thống RADAR có điều công nghệ sonar sử dụng tần số cao hơn so với các tần số sử dụng chuyên dụng trong các lĩnh vực như y tế…nhưng lại sử dụng tần số xung thấp hơn so với tần số được sử dụng trong thăm dò trầm tích. Side scan sonar được phát triển vào những năm 1960 để sử dụng như một công cụ xác định vị trí xác tàu, và kể từ đó việc sử dụng công nghệ sonar được coi như tiêu chuẩn trong công tác khảo sát địa hình đáy biển, lập bản đồ địa hình đáy biển, khảo sát thủy triều hoặc khảo cổ học. Hình 1.4- Đo sâu sử dụng công nghệ Side Scan Sonar SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 7 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp 1.2.2. Ưu nhược điểm của phương pháp đo sâu side scan sonar a, Ưu điểm • Hệ thống dễ dàng triển khai trong thực tế, dễ sử dụng. • Cung cấp độ chính xác cao trong khu vực lớn. b, Nhược điểm • Cần có xưởng sửa chữa tàu để hiệu chỉnh hệ thống. • Do đầu cảm biến được thả xuống nước và được kéo bằng cáp, do vậy rất bất lợi cho những khu vực nhiều chướng ngại vật, hơn nữa phụ thuộc rất nhiều vào độ bền dây cáp. 1.3. ĐO SÂU LAZER 1.3.1. Khái niệm về công nghệ đo sâu lazer Trong những năm gần đây công nghệ đo sâu LiDAR đã trở thành một phương pháp rất phổ biến. Phương pháp này đã thể hiện được tính kinh tế khi có thể đo cao và đo sâu với độ chính xác cao trên diện tích rộng một cách nhanh chóng. Lidar sử dụng một hoặc một chùm tia lazer để hoạt động. LiDAR được viết tắt bởi: Light Detection And Ranging. Hệ thống sử dụng tia lazer có bước sóng nằm trong dải cận hồng ngoại từ 532nm đến 1064nm. Hệ thống Lidar có thể nhanh chóng quét được bề mặt trái đất, với tốc độ quét hơn 150 kiloHertz (tức là khoảng 150.000 xung điện mỗi giây). Dữ liệu thu thập được là một mạng lưới dày đặc độ cao của các điểm cách đều nhau với độ chính xác cao, từ đó có thể sử dụng để tạo ra mô hình 3D bề mặt trái đất hoặc địa hình đáy biển. Nhiều hệ thống Lidar sửu dụng dạng tia lazer màu màu xanh lá cây để dễ dàng truyền trong nước để có thể quét được địa hình dưới nước. Hệ thống Lidar đo sâu phần lớn chỉ có thể sử dụng được ở những nơi nước trong, xanh. Thông thường, đo sâu Lidar cho độ chính xác từ 6 đến 12 SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 8 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp inch (15-30 cm) với hệ thống cũ, nhưng hiện nay với sự phát triển của khoa học công nghệ thì cho độ chính xác lên tới 4-8 inch (10-20 cm). Hình 1.12- Công nghệ đo sâu Lazer 1.3.2. Ưu nhược điểm của phương pháp đo sâu lazer a, Ưu điểm • Hệ thống dễ dàng triển khai trong thực tế, dễ sử dụng. • Cung cấp độ chính xác cao trong khu vực lớn. Có thể sử dụng để khảo sát địa hình cả trên bờ và dưới biển. • Thời gian khảo sát nhanh. Tiết kiệm thời gian và nhân lực. b, Nhược điểm • Chi phí cho hệ thống khá cao. SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 9 Líp: Tr¾c §Þa Trêng §¹i häc Má - §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp • Phục thuộc rất nhiều vào độ trong, độ mặn của nước biển. • Phụ thuộc nhiều vào bộ phận định vị tọa độ tức thời của máy bay, do máy bay bay với vận tốc rất lớn. SV: NguyÔn Nh÷ Thµnh 10 Líp: Tr¾c §Þa [...]... c t di mt nc mt khong nht nh SV: Nguyễn Nhữ Thành 23 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2.2.1.3 Gii thiu mt s mỏy o sõu hi õm Bng 2.2: Cỏc loi mỏy o sõu n tia Bng 2.3: Cỏc loi mỏy o sõu a tia ca hóng SIMRAD (Nauy) 2.2.2 Cụng ngh o sõu Side Scan Sonar SV: Nguyễn Nhữ Thành 24 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2.2.2.1 Cu trỳc ca h thng Side Scan Sonar H... bng giy Nhng hin nay ngi ta s dng loi lu tr d liu trờn cng v d liu dng s Hỡnh 2.12- Mỏy thu phỏt tớn hiu s dng in ghi kt qu SV: Nguyễn Nhữ Thành 27 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hỡnh 2.13- Mỏy thu phỏt tớn hiu, phn mm qun lý v nh dng d liu c, B phn cỏp kộo v truyn tớn hiu Thụng thng, cỏp s dng trong h thng sonar s va l cỏp kộo v l cỏp truyn tớn hiu Hin nay ó cú n v cung... Thành 31 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hỡnh 2.17- Mỏy bay s dng trong o sõu bng lazer b, Mỏy phỏt lazer v thu tớn hiu phn x Mt b phn quan trng nht trong h thng o sõu lazer ú l b phn thu phỏt tớn hiu B phn ny l mt h thng nh gn bao gm cỏc thnh phn to thnh nh sau: - B cm bin - Mn hỡnh hin th - B phn qut tn nhit - B phn phỏt tia lazer SV: Nguyễn Nhữ Thành 32 Lớp: Trắc Địa Trờng... tớnh ti trng ca mụi trng Cỏc thụng s khỏc nh bt khớ v cỏc vi sinh vt cng nh hng ti tc õm Tc õm thng s dng trong mụi trng lý tng, cụng thc chung nh sau: SV: Nguyễn Nhữ Thành 14 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp v = f(T,p,S) = f (T, H, S) (2.5) Ngi ta a nghiờn cu v a ra mt s cụng thc thc nghim xỏc nh tc õm trong nc: Cụng thc xỏc nh tc õm vi n v m/s vi cỏc thụng s nhit (T),... nhit chuyn mi quan h nhit v sõu thnh tc õm thanh Vi thit b ny ngi ta coi biu mn khụng cn thit , vỡ lý do ú Cm bin nhit c s dng nhng vựng nc sõu SV: Nguyễn Nhữ Thành 15 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hỡnh 2.3- Thit b cm bin nhit Hai l mỏy o tc õm (Velocimeter) l thit b xỏc nh tc õm da trờn nguyờn lý xỏc nh thi gian i v v gia mt mỏy phỏt v mt b thu c nh Dng c ny chớnh... d nh magie sun phỏt ( MgSO 4) l ngun hp th chớnh trong nc bin T l hp th ph thuc vo tớnh cht vt lý v hoỏ hc ca nc bin v trờn cỏc tn s õm thanh c truyn i SV: Nguyễn Nhữ Thành 16 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hỡnh 2.5- H s hp th ca súng õm theo nhit v sõu S lan to hỡnh cu ph thuc vo cu trỳc hỡnh hc , vi mt gúc khi nng lng õm truyn qua mt din tớch khi khong cỏch t ngun õm... yu do cỏc sinh vt bin, l nhõn t chớnh trong lp phỏt tỏn sõu ( DSL : Deep Scattering Layer) bao gm lp ca sinh vt phự du cú sõu khỏc nhau, thay i hng ngy SV: Nguyễn Nhữ Thành 17 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Khỳc x l hin tng trong ú hng lan truyn ca súng õm thanh b thay i do thay i tc õm lan truyn trong mụi trng hoc ging nh nng lng i qua b mt chung , i din cho tớnh khụng... ti H s khỳc x theo ỏp sut ký hiu l tớnh c theo cụng thc (2.10) [Kinsler et al, 1982] chớnh l t l ỏp lc biờn ca súng phn x bi cỏc ỏp lc biờn ca súng ti SV: Nguyễn Nhữ Thành 18 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp i vi cỏc iu kin chung , t l ca cng õm thanh phn x v truyn qua ph thuc ch yu vo: Tng phn gia tr khỏng ca cỏc thit b a hỡnh ỏy bin Tn s õm Nhng c trng ca mt mỏy dũ bng... cao hn 200kHz Vựng nc nụng hn 1500m : tn s 50 200 kHz Vựng nc sõu hn 1500m : tn s 12 50 kHz Cỏc tn s cho sõu b mt ỏy bin l di 8kHz b rng bng tn SV: Nguyễn Nhữ Thành 19 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Tng Tn s Hỡnh 2.7- rng bng tn ca b phỏt bin Ly f0 l tn s ca truyn ti in ti a( cng hng tn s ) v f 1 , f2 l tn s tng ng vi na cng tớn hiu, rng bng tn l khong tn s gia... bit vi cỏc tớn hiu khỏc, tuy nhiờn Q cng phi c xỏc nh trong di tn s , rng bng tn ca b phỏt bin tho món W 1 vi l khong thi gian ca xung c Chiu di xung SV: Nguyễn Nhữ Thành 20 Lớp: Trắc Địa Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp di ca xung xỏc nh nng lng truyn vo trong nc, vi cựng mt cng thỡ xung cng di thỡ cn nhiu nng lng hn i sõu vo trong nc v i qua mt khong cỏch ln cú th thc hin c vi h . ĐẦU 2 Chương 1 4 KHÁI QUÁT VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 4 Chương 2 11 MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 11 Chương 3 36 ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ỨNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. §Þa ChÊt §å ¸n tèt nghiÖp Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐO SÂU 1.1. ĐO SÂU HỒI ÂM 1.1.1. Khái niệm về đo sâu hồi âm Đo sâu hồi âm là xác định độ sâu của nước trên cơ sở xác định thời gian. cáp. 1.3. ĐO SÂU LAZER 1.3.1. Khái niệm về công nghệ đo sâu lazer Trong những năm gần đây công nghệ đo sâu LiDAR đã trở thành một phương pháp rất phổ biến. Phương pháp này đã thể hiện được tính