Mục lục LỜI NÓI ĐẦU3 Chương I5 NHIỆM VỤ VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN5 1.1. NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN5 1.1.1. Nhiệm vụ5 Lĩnh vực thuộc phạm vi khảo sát biển6 1.2. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN6 1.2.1. Mục tiêu6 1.2.2. Yêu cầu về độ chính xác7 1.2.3. Lập kế hoạch khảo sát7 1.2.4. Quy trình đo đạc trên biển8 1.2.5. Xử lý dữ liệu8 1.2.6. Phân tích dữ liệu9 1.2.7. Chất lượng dữ liệu9 1.2.8. Trình bày dữ liệu9 1.2.9. Hệ thống thông tin Bản đồ địa hình đáy biển và hải đồ (NIS)10 1.3. CÔNG ƯỚC QUỐC TẾ VỀ LUẬT BIỂN 198210 Chương II13 ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN13 2.1. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ MẶT BẰNG13 2.1.1. Phương pháp truyền thống13 2.1.1.1. Phương pháp giao hội thuận13 2.1.1.2. Phương pháp giao hội nghịch14 2.1.1.3. Phương pháp tọa độ cực (phương pháp dùng máy toàn đạc điện tử)15 2.1.2. Phương pháp GNSS15 2.1.3. Phương pháp đo ảnh16 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO18 2.2.1. Đo cao hình học18 2.2.2. Đo cao lượng giác18 2.2.3. Đo cao GPS18 2.3. KỸ THUẬT XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ19 2.3.1. Kỹ thuật định vị vệ tinh (GNSS)19 2.3.1.1. Nguyên tắc định vị tuyệt đối19 2.3.1.2. Nguyên tắc định vị tương đối19 2.3.1.3. Nguyên tắc định vị vi phân19 2.3.1.4. Kỹ thuật định vị RTK20 2.3.2. Phương pháp xác định vị trí dựa vào sóng điện từ21 2.3.2.1. Phương pháp xác định vị trí dựa vào sóng điện từ21 2.3.2.2. Kỹ thuật định vị theo tuyến( LOPs)22 2.3.3. Hệ thống thủy âm24 2.3.4. Kỹ thuật quang học27 Chương III28 XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU28 3.1. CẢM BIẾN DỊCH ĐỘNG VÀ ĐẦU DÒ29 3.1.1. Cảm biến dịch động29 3.1.2. Đầu dò30 3.2. HỆ THỐNG HỒI ÂM31 3.2.1. Hệ thống hồi âm đơn tia32 3.2.1.1. Nguyên lý hoạt động32 3.2.1.2. Lắp đặt và hiệu chuẩn33 3.2.1.3. Hoạt động và ghi dữ liệu34 3.2.1.4. Các nguồn sai số và kiểm soát chất lượng34 3.2.2. Hệ thống hồi âm đa tia34 3.2.2.1. Nguyên lý hoạt động34 3.2.2.2. Độ chính xác35 3.2.2.3. Độ phân giải36 3.2.2.4. Tần số36 3.2.2.5. Liên kết các cảm biến của hệ thống36 3.2.2.6. Lắp đặt và hiệu chỉnh36 3.2.2.7. Các nguồn sai số38 3.2.3. Hệ thống giao thoa sonar (máy quét sonar)38 3.3. HỆ THỐNG KHÔNG HỒI ÂM39 3.3.1. Hệ thống laser hàng không39 3.3.2. Hệ thống cảm ứng điện từ trên không40 3.3.3. Phương pháp viễn thám40 3.3.4. Hệ thống cơ khí41 CHƯƠNG IV42 DÒNG CHẢY VÀ THỦY TRIỀU42 4.1. THỦY TRIỀU VÀ MỰC NƯỚC42 4.1.1. Lực thiên thể gây ra thủy triều42 4.1.1.1. Lực hấp dẫn và lực ly tâm42 4.1.1.2. Lực thủy triều43 4.1.1.3. Lực kéo44 4.1.1.4. Lực thủy triều tại lớp vỏ trái đất44 4.1.2. Lưu vực và địa hình ven biển44 4.1.3. Dòng chảy44 4.2. TÍNH CHẤT CỦA THỦY TRIỀU45 4.2.1. Thời điểm thủy triều45 4.2.2. Biên độ của thủy triều45 4.2.3. Các loại thủy triều47 4.2.4. Hiệu ứng của vùng lưu vực và ven biển49 4.3. DÒNG THỦY TRIỀU VÀ MỰC NƯỚC49 4.3.1. Dòng triều49 4.3.2. Dòng không triều49 QUAN TRẮC VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ50 5.1. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ50 5.1.1. Công nghệ GNSS50 5.1.2. Các phương pháp truyền thống51 5.1.3. Công nghệ Viễn Thám51 5.2. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐÁY BIỂN51 5.2.1. Phát hiện các đặc trưng nguy hiểm51 5.2.2. Phương pháp xác định đặc trưng đáy biển52 5.2.2.1. Máy quét Sonar (SSS)52 5.2.2.2. Hệ thống hồi âm đa tia (MBES)54 5.2.2.3. Các phương pháp khác54 5.3. PHÂN LOẠI ĐÁY BIỂN55 5.3.1. Mô hình phân loại đáy biển55 5.3.2. Lấy mẫu đáy biển55 5.3.3. Bản chất của đáy biển55 5.3.4. Phân loại mẫu56 5.3.5. Các cảm biến dùng phân loại đáy biển56 5.3.6. Phân loại56 5.4. KẾ HOẠCH KHẢO SÁT BIỂN56 5.4.1. Lập dự án khảo sát biển57 5.4.2. Khảo sát sơ bộ57 5.5. THU THẬP DỮ LIỆU VÀ MÔ TẢ BỜ BIỂN57 5.6. QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ59
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ - - BÀI TIỂU LUẬN TRẮC ĐỊA BIỂN Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên:Bùi Hoàng Việt TS Đinh Xuân Vinh MSSV:DC00203925 Lớp:ĐH2TĐ1 HÀ NỘI – 2015 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Đại dương rộng lớn mênh mơng chiếm 2/3 diện tích bề mặt trái đất Chinh phục biển khát vọng lớn lao người từ xa xưa.Ngày dân số giới ngày tăng nhanh chóng, mặt đất trở nên chật hẹp chủ trương tiến biển phương châm đa số quốc gia SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page Biển chiếm khoảng 71% bề mặt tự nhiên trái đất, nguồn lợi tự nhiên nói chung đặc biệt có ý nghĩa quan trọng đối vói quốc gia ven biển Không bờ biển mà biển vùng ven biển có ý nghĩa quan trọng chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, pháp luật kinh tế… Nhiều tiêu kinh tế biển theo chuẩn mực chung giới xây dựng theo chiều dài bờ biển Chiều dài bờ biển tiêu quan trọng để xác định quốc gia có biển hay khơng có biển Chiều dài bờ biển Việt Nam Bộ Khoa học – Cơng nghệ cơng bố 3.350 km tính tổng chiều dài bờ biển tỉnh ven biển Những thông tin quốc tế xác nhận bờ biển Việt Nam có chiều rộng đến 1000km tính từ ven biển vào đất liền, theo 83% dân số sống vùng duyên hải Để thực nhiệm vụ nghiên cứu, điều tra khảo sát biển, đòi hỏi tất yếu Việt Nam phải có cơng tác trắc địa đồ biển Nghĩa là, trắc địa biển phần thiếu công tác trắc địa nói chung.Vì mà chun gia cho rằng, cần xây dựng liệu biển, tính tốn thiết lập luận khoa học, tiêu chí tiêu liên quan đến biển để phục vụ chiến lược phát triển kinh tế - xã hội, chiến lược biển, sách hội nhập quốc tế đất nước công tác nghiên cứu điều tra khảo sát biển Trên giới hình thành nhiều tổ chức đo đạc biển xây dựng phát triển loạt liệu độ sâu, sản phẩm liên quan đến liệu độ sâu : - Tổ chức Thủy Đạc quốc tế - IHO (International Hydrographic Organization,1921) - Ủy Ban Hải Dương học Liên phủ - IOC (Intergovernmental Oceanographic Commission,1960) - Hải Đồ Độ Sâu Tổng Quát Các Đại Dương – GEBCO,1903 Những tổ chức thành lập phát triển trang thiết bị phục vụ công tác đo sâu khảo sát biển từ sớm (thành viên điển Mỹ, Anh, Na Uy, Thụy Điển…) Ở Việt Nam thứ Chúng ta bắt đầu triển khai trắc địa – đồ biển từ năm 1990 – 1995 Năm 2000, tiến hành đo vẽ đồ Vịnh Bắc Bộ phân chia ranh giới biển Vì mà việc nghiên cứu sâu tìm hiểu Trắc địa biển cần thiết Bài tiểu luận sâu phân tích kỹ thuật mà giới dùng công tác định vị tàu biển, xác định độ sâu đo vẽ đồ biển Để thực phần việc đó, khơng thể thiếu kiến thức thủy triều dòng chảy, kiến thức phân loại đặc trưng đáy biển Là sinh viên theo học ngành Trắc địa – Bản đồ, giảng dạy tận tình tâm huyết thầy: TS Đinh Xuân Vinh cùng với việc tìm hiểu, tham khảo thêm từ nguồn thơng tin đáng tin cậy khác, hiểu biết em môn “ Trắc địa biển ” Cấu trúc tiểu luận gồm: Chương I: Nhiệm vụ nguyên tắc Trắc Địa biển Chương II: Định vị biển SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page Chương III: Xác định độ sâu Chương IV: Dòng chảy thủy triều Chương V: Quan trắc thành lập đồ SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page Chương I NHIỆM VỤ VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN 1.1 NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI CỦA TRẮC ĐỊA BIỂN 1.1.1 Nhiệm vụ Trước đây, nhiệm vụ Trắc Địa Biển bao gồm: 1.Xây dựng mạng lưới trắc địa số điểm khống chế tọa độ biển Các mạng lưới trắc địa điểm khống chế tọa độ cần thiết để đảm bảo công tác trắc địa cho công việc thành lập đồ địa hình, đồ địa chất loại đồ chuyên đề tỉ lệ lớn khác vùng nằm tầm hoạt động thiết bị định vị vơ tuyến xác cao bố trí đất liền Chúng cịn cần thiết cho cơng tác tìm kiếm, khai thác dầu khí ; cho việc phân định biên giới quốc gia biển, ranh giới vùng chủ quyền kinh tế, vùng đánh bắt hải sản; cho việc lắp đặt trạm dự báo hải văn trạm đảm bảo chuyến bay vũ trụ v.v… Thành lập đồ địa hình đáy biển cho vùng thềm lục địa biển nói chung Các đồ cần thiết cho việc giải nhiệm vụ cấp bách nghiên cứu đại dương xác định đặc điểm cấu trúc kiến tạo phần bề mặt trái đất bị đại dương bao phủ Chúng tài liệu quý giá cho cơng tác thăm dị địa chất biển, cho việc đánh giá mỏ khống sản có ích cho việc xây dựng cơng trình kỹ thuật, dàn khoan biển, cho việc lắp đặt đường ống, dây cáp ngầm biển, cho việc tưới tiêu vùng đất ven biển, cho việc khảo sát khu vực nuôi truồng, đánh bắt hải sản v.v… Đảm bảo công tác trắc địa cho việc xây dựng, lắp đặt cơng trình nhu cầu phát triển kinh tế vùng ven biển đặt Đó việc mở rộng ngành cơng nghiệp khai khống dải ven bờ, xây dựng tổ hợp công nghiệp trải rộng đất liền biển, mở rộng khu vực khai thác dầu khí, khai thơng kênh dẫn cho tàu thuyền trọng tải lớn cập bến, xây dựng nhà máy điện chạy lượng thủy triều, lắp đặt cơng trình kinh tế hải sản v.v… 4.Nghiên cứu xác định bề mặt tự nhiên trọng trường trái đất phạm vi đại dương thay đổi chúng theo thời gian Các kết nghiên cứu nguồn thông tin bổ sung đáng kể cho tranh tồn cảnh đầy đủ hình dạng trọng trường Trái đất nói chung, biển đại dương chiếm tới ¾ bề mặt Trái đất Mặt khác, dựa nguồn thơng tin kết đo đạc khảo sát biển đạt độ xác cần thiết SVBùi Hồng Việt – ĐH2TĐ1 Page 5.Nghiên cứu đề xuất hoàn thiện phương tiện kỹ thuật, quy trình cơng nghệ đo đạc xử lý toán học kết đo biển Với thay đổi phát triển xã nhiệm vụ Trắc Địa Biển có thay đổi cho phù hợp Với nhiệm vụ sau: Đảm bảo hoạt động an tồn hiệu giao thơng hàng hải; Quản lý vùng ven biển; Thăm dò khai thác tài nguyên biển; Bảo vệ môi trường biển mơi trường tồn cầu; Hàng hải quốc phòng Lĩnh vực thuộc phạm vi khảo sát biển Vận tải biển Quản lý vùng ven biển Thăm dò khai thác tài nguyên biển Bảo vệ quản lý môi trường biển Khoa học biển Cơ sở liệu không gian quốc gia Phân định ranh giới biển Quốc phòng Du lịch biển Thể thao giải trí 1.2 NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN 1.2.1 Mục tiêu a) Thu thập điều tra có hệ thống liệu vùng bờ biển hải đảo - Vẽ đồ đường biển, bao gồm đường người tạo với tất tính cần thiết để biển - Độ sâu vùng cần quan tâm, bao gồm nguy hiểm tiềm tang việc dẫn đường hoạt động đánh bắt cá - Thành phần chất đáy biển - Thủy triều dịng chảy - Tính chất vật lý nước biển vùng b) Xử lý thông tin thu thập nhằm tạo sở liệu có khả biên tập đồ chuyên đề biển, biểu đồ hải trình tài liệu hướng dẫn: SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page - Dẫn đường hàng hải quản lý giao thông biển - Hướng dẫn cho hoạt động hải quân - Quản lý vùng bờ ven biển - Bảo vệ môi trường biển - Khai thác tài nguyên biển, lắp đặt cáp ngầm đường ống ngầm đáy biển - Phân định ranh giới hàng hải - Nghiên cứu khoa học 1.2.2 Yêu cầu độ xác Tổ chức IHO xác định bốn cấp khảo sát (S44 phiên 1998-Tiêu chuẩn khảo sát biển): Cấp đặc biệt, Cấp một, Cấp hai Cấp ba Bảng 1.1 Độ xác khảo sát thủy văn - Sai số giới hạn tính mgh = Với: a sai số đo sâu máy; b sai số đo sâu liên quan tới môi trường; d độ sâu 1.2.3 Lập kế hoạch khảo sát Lập kế hoạch khảo sát bao gồm loạt hoạt động, từ ý tưởng ban đầu kế hoạch chi tiết, tổ chức đội tàu nhiệm vụ thực tế Nó bao gồm kênh liên lạc với văn phịng cấp bộ, chí cấp phủ cấp ngoại giao SVBùi Hồng Việt – ĐH2TĐ1 Page 1.2.4.Quy trình đo đạc biển Mỗi chuyến khảo sát biển tốn kinh phí thời gian, khảo sát thường độc lập biển, liên lạc với cộng đồng thường hạn chế Do vậy, phải chuẩn bị kỹ Thậm trí, phải có khảo sát thăm dị trước tiến hành khảo sát thức Q trình khảo sát thăm dò tiến hành thủy thủ giàu kinh nghiệm biển khơi phải lập kế hoạch chi tiết cho chuyến khảo sát Khảo sát thức phải tiến hành đồng thời nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm: đo nghiệm triều, xác định vị trí xác định độ sâu theo tuyến lập kế hoạch, nhằm thành lập đồ địa hình chi tiết đáy biển Các máy đo sâu hồi âm phải kiểm nghiệm hiệu chuẩn vùng biển biết trước (tương tự bãi kiểm định máy trắc địa đất liền) Kiểm tra “Hồ sơ vận tốc âm thanh” tàu đảm bảo hoạt động chuẩn Kiểm tra máy siêu âm sonar tốc độ ping thông số kỹ thuật khác theo quy trình lấy mẫu tàu Kiểm tra máy thu tín hiệu định vị vệ tinh theo chế độ đo tĩnh, đo RTK chế độ đo vi phân DGPS Liên lạc thống với trạm phát tín hiệu định vị vi phân (trạm DGPS trạm CORS) chế độ cung cấp số liệu tần số truyền phát khoảng cách hữu dụng Chuẩn bị tốt thuốc bệnh, lương thực, thực phẩm, thông tin liên lạc, lượng nhiên liệu cho hoạt động dài ngày biển Thậm chí phải chuẩn bị phương tiện, thiết bị giải trí thể thao =>Q trình đo đạc biển hoạt động đồng thời nhiều kỹ thuật đại, nhiều phương tiện thiết bị Thành đồ biển kết nhiều nhóm làm việc chuyên nghiệp phạm vi lĩnh vực phụ trách 1.2.5 Xử lý liệu Quá trình xủa lý liệu cần tuân theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt để kiểm soát chất lượng Dữ liệu thu thập cần chuyển sang chuẩn chung phù hợp cách sử lý máy tính Đảm bảo sai số thô sai số hệ thống loại bỏ Chỉ sửa chữa liệu thực cần thiết Các bước xử lý sau: - Về vị trí: kết hợp liệu vị trí từ ngng khác Loại bỏ đọa liệu vị - trí bị đứt đoạn Độ xác đo sâu: hiệu chỉnh mực nước thay đổi, liệu cảm biến nghiêng cảm biến vận tốc tàu để xác định vị trí tàu Độ xác vị trí: Dữ liệu vị trí tàu bị xoay theo trục z (heading) – hướng dây dọi, xoay theo trục x (roll) – hướng tiến, xoay theo trục y (pitch) – hướng ngang phải đầy đủ, liệu đứt đoạn bị loại bỏ SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page - Về vận tốc âm thanh: Tính tốn hiệu chỉnh tượng khúc xạ âm Những hiệu chỉnh tức thời ghi đè file liệu thông qua MBES (Multibeam echo sounders) - Kết hợp liệu vị trí độ sâu: thời gian bổ sung trễ tín hiệu cấu hình hình học bổ sung cảm biến phải xem xét 1.2.6 Phân tích liệu Độ xác kết đo đạc phải đánh giá tin cậy Ngoài sai số làm trịn tính tốn, kỹ thuật quan trắc phải áp dụng phương pháp loại bỏ sai số thơ sai số hệ thống, cịn tồn sai số ngẫu nhiên liệu Để cô lập sai số ngẫu nhiên liệu đo, tiến hành kiểm tra so sánh nội trị đo trị đo có trước Nếu có sai số ngẫu nhiên tồn liệu, độ lệch trị đo so với trung bình thường mang dấu ngược dễ dàng bù trữ lẫn Sai số thô làm cho độ lệch lớn so với trung bình 1.2.7 Chất lượng liệu Chất lượng liệu phụ thuộc vào điều kiện sau: - Dữ liệu khảo sát cần ghi rõ ngày tháng, thiết bị sử dụng, số hiệu, phương pháp tiến hành; - Hệ thống sở trắc địa bao gồm: mốc tọa độ, mốc độ cao, khung tham chiếu (ví dụ: - VN2000, WGS84), múi chiếu; Quy trình bình sai tính tốn, kết quả; Vận tốc âm thanh; Hệ thống thủy triều tham chiếu; Độ xác đạt mức độ tin cậy liệu Dữ liệu nên để dạng số, cần in phần làm báo cáo khảo sát Chất lượng liệu nên kiểm sốt phần mềm tự động, kiểm sốt phương pháp thủ cơng 1.2.8 Trình bày liệu Có thể trình bày liệu hai dạng: - Biểu đồ sơ đồ - Vùng tin cậy Chất lượng liệu địa hình vấn đề Bản chất thơng tin hiển thị biểu đồ phụ thuộc chất lượng liệu Nếu chất lượng liệu bị hạn chế, nghĩa phỉa nội suy địa hình độ tin cậy biểu đồ phải hiểu theo khái niệm Đó vùng tin cậy Vùng tin cậy phát triển IHO để cung cấp mức độ tin cậy phân loại liệu khảo sát thủy văn địa hình đáy biển, kết hợp tiêu chí: - Độ xác đo sâu xác định vị trí; SVBùi Hồng Việt – ĐH2TĐ1 Page - Độ phân giả địa hình đáy biển; - Sự phù hợp với kế hoạch khảo sát dự án 1.2.9 Hệ thống thông tin Bản đồ địa hình đáy biển và hải đồ (NIS) Hình 1.1 Tồn hệ thống chức NIS 1.3 CÔNG ƯỚC QUỐC TẾ VỀ LUẬT BIỂN 1982 Theo Công ước quốc tế Luật Biển 1982, biển chia thành vùng sau: Vùng nước nội thủy: vùng nước nằm bên đường sở, dùng để tính chiều rộng lãnh hải chạy dọc theo bờ biển Nó bao gồm hồ, cửa sông, vịnh, cảng biển, vũng đậu tàu Cơ sở pháp lý quốc gia vùng nội thủy hoàn toàn giống đất liền Vùng nước quần đảo: vùng nằm đường sở quần đảo quốc gia quần đảo thiết lập Lãnh hải: đường tính từ đường sở mở rộng biển tới khoảng cách định Công ước 1982 quy định lãnh hải tối đa 12 hải lý (12 x 1852m) Ranh giới lãnh hải coi đường biên giới quốc gia biển Phao số điểm mốc đường biên giới quốc gia biển, điểm hệ thống tiêu mốc dẫn đường cho tàu thuyền vào cảng, quy định theo luật Hàng Hải SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 10 4.2.4 Hiệu ứng vùng lưu vực ven biển Ảnh hưởng lưu vực đáy biển ven bờ biển tác động lớn đến nước khu vực Vì nước chất lỏng linh động, tác động vào lực, lan truyền dần lực tác động với độ trễ định Chính độ trễ làm cho nước dồn ứ chỗ lâu thoát địa hình vùng biển hình phễu, triều hai vị trí cách vài kilomet khác (một nơi 10m, nơi lại 3m) Hơn lại chịu ảnh hưởng nước sông đổ biển Ảnh hưởng tổng hợp lưu vực, sóng triều, địa hình bờ biển, dịng chảy sơng từ làm cho nước triều cách kilomet vô khác biệt 4.3 DÒNG THỦY TRIỀU VÀ MỰC NƯỚC Dòng thủy triều chuyển động ngang nước Dòng thủy triều phân loại: Dịng triều Dịng khơng triều 4.3.1 Dịng triều Dịng triều lưu vực địa hình ven biển, lực thiên thểvà dịng chảy lực thiên thể tạo thành (lực hấp dẫn Mặt trăng, Mặt trời lực ly tâm Trái đất) 4.3.2 Dịng khơng triều Dịng chảy khơng phải thủy triều bao gồm: - Dòng lưu hành đại dương - Dịng xốy, dịng ranh giới đơng – tây, dịng xích đạo - Dịng tuần hồn nhiệt - Dịng theo gió mùa - Dịng triều giả thay đổi áp suất khí - Dịng chảy sơng dịng thủy lực gần cửa sơng SVBùi Hồng Việt – ĐH2TĐ1 Page 48 CHƯƠNG V QUAN TRẮC VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ Mục tiêu cuối cùng công tác Trắc địa Biển thành lập Bản đồ địa hình đáy biển (BĐĐHĐB) Khác với hải đồ, đồ địa hình biển cần thiết cho nhiều lĩnh vực khác có liên quan tới biển như: nghiên cứu khoa học biển, an ninh quốc phịng, xây dựng cơng trình, tìm kiếm khai thác tài ngun khống sản, hoạt động nuôi thủy sản đánh bắt thủy sản, phát triển bền vững mơi trường biển, tìm kiếm cứu nạn thể thao giải trí Bản đồ địa hình đáy biển thực chất việc kéo dài đồ địa hình lục địa biển Nó thể yếu tố địa hình địa vật đáy biển,tính chất đặc trưng đáy biển phân loại đáy biển Bảng 5.1 So sánh Hải đồ Bản đồ địa hình đáy biển Hải đồ Bản đồ địa hình đáy biển • Múi chiếu hình trụ đứng, đồng góc • Múi chiếu hình trụ ngang, đồng góc • Người dùng thủy thủ • Là kéo dài tự nhiên đồ địa • Mơ tả đường bờ biển chướng ngại vật • Mơ tả dòng chảy Hải đồ thể theo vùng biển lục địa • Mơ tả đáy biển Có tính liên tục với đồ địa hình lục địa có tính phân mảnh cao 5.1 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ 5.1.1 Công nghệ GNSS Trong trắc địa biển, cần sử dụng chế độ định vị vi phân (DGPS) với trạm cố định bờ Phương pháp ảnh hàng không GPS đo động dừng – tiến, động tức thời RTK khả dụng khảo sát địa hình biển SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 49 5.1.2 Các phương pháp truyền thống Các phương pháp truyền thống như: giao hội, tọa độ cực, tọa độ vng góc,… cùng với việc sử dụng loại máy móc, thiết bị quen thuộc máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử, thước thép,… 5.1.3 Công nghệ Viễn Thám Ngày Cơng nghệ viễn thám sử dụng nhiều phương pháp nhanh hơn, vùng bao phủ rộng rãi Kỹ thuật đại cho phép thu thập thông tin thông qua cảm biến từ xa, với hình chụp xạ mặt đất, phân tích xử lý để tạo sản phẩm liệu địa hình mặt đất Những hệ thống viễn thám phân loại sau: Cảm biến thụ động: - Hệ thống chụp ảnh; - Hệ thống phản hồi chùm tia Vidicon; - Máy quét quang-cơ; - Máy quét quang-điện tử Cảm biến chủ động: Hệ thống radar 5.2 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐÁY BIỂN Để đảm bảo an toàn dẫn đường hàng hải, cần phải xác định đặc trưng đáy biển, nhằm nhận thức rõ mối hiểm nguy, dù nhân tạo hay tự nhiên, ảnh hưởng đến dẫn đường hàng hải Đặc trưng định nghĩa vật đáy biển mà khác biệt với khu vực xung quanh Điều hịn đá cô lập đáy biển cát phẳng, xác tàu đắm mà có cột buồm nhơ cao Hoạt động gọi xác định đặc trưng đáy biển Xác định đặc trưng đáy biển nhận diện xác định đầu giếng dầu bom mìn cịn sót lại chiến tranh Điều khơng có ý nghĩa dẫn đường, có ý nghĩa số người khác Trong số trường hợp, việc phân loại đáy biển quan trọng việc xác định độ sâu đáy biển Máy hồi âm đa tia kết hợp với máy quét sonar (SSS-side scan sonar) đảm bảo vùng quét phủ địa hình đáy biển tương đối lớn, nhằm cung cấp thông tin liên quan đến phân loại đáy biển 5.2.1 Phát đặc trưng nguy hiểm 1/ Các điều tra viên cần ý rằng, vài đặc trưng gây nguy hiểm cho dẫn đường hàng hải, ví dụ như: xác tàu đắm có cột buồm, đầu giếng dầu, mà không mô tả ZOC Khả phát đặc trưng phụ thuộc vào kiểu hệ thống khảo sát ứng dụng Ví dụ: đặc trưng thông thường xác định SSS khơng bị phát MBES, Lidar SVBùi Hồng Việt – ĐH2TĐ1 Page 50 2/ Các máy quét sonar cần thiết để phủ kín đáy biển, nơi vệt hồi âm khơng qt tới Mặc dù tiêu chí phát vật thể lớn 3m khảo sát, điều chưa đủ để đảm bảo an toàn hàng hải Các điều tra viên cần định đặc trưng cần tìm kiếm 3/ Lưu ý rằng, tiêu chuẩn đề cập đến vật thể đáy biển độ dài, không đề cập đến độ cao Đôi độ cao vật gây nguy hiểm cho hàng hải Khi tính tốn chiều dài tối đa vật thể đáy biển, thường vào năm tín hiệu “ping” khơng phản hồi, số lượng tối thiểu để phát vật Điều chưa đủ để phát độ cao vật 5.2.2 Phương pháp xác định đặc trưng đáy biển ♦ Side Scan Sonar (SSS) chứng minh phương pháp xác định đặc trưng đáy biển tin cậy Tuy nhiên , thiết bị sonar thường kéo theo đằng sau tàu, thường xảy sai số vị trí điểm Để giảm thiểu sai số này, người ta sử dụng đầu thu đặt thiết bị có hình cá chạy đằng sau thiết bị sonar, phía sau hướng chạy tàu, nhằm tiếp thu nhiều tín hiệu phản hồi từ sonar xác định vị trí xác Hệ thống SSS cần thiết kế trước vệt quét, cho độ che phủ vệt quét đủ nhất, tránh trường hợp để lọt khoảng trống hai vệt quét sonar Một hạn chế hệ thống SSS tốc độ tiến tàu phải phù hợp để thu nhận đủ số tín hiệu “ping” hệ thống (5 “ping”) Cấu hình máy quét sonar SSS liên quan tới biến đổi lượng Các tia phát từ sonar dội xuống đáy biển phản xạ lên phải tiếp nhận phía sau hướng tiến tàu Từ đó, vệt quét biểu diễn rõ ràng đáy biển ♦ Ngày nay, hệ thống MBES xác định đặc trưng biển theo tiêu chuẩn bậc đặc biệt ZOC A1/A2 Cấu hình đầu dị hệ thống MBES liên quan tới đặc trưng đáy biển, làm tán xạ mát nhiều lượng đầu dò Ưu điểm MBES cung cấp độ phân giải cao địa hình đáy biển định vị xác, yếu điểm độ lớn tia tán xạ nhiều =>Việc kết hợp hai hệ thống MBES SSS làm giảm rủi ro vệt quét bị sót, bổ sung khả đối chiếu so sánh kết hai hệ thống, tăng độ xác định vị điểm, đảm bảo độ phân giải chi tiết địa hình đáy biển Sau đây, ta tìm hiểu chi tiết hệ thống 5.2.2.1 Máy quét Sonar (SSS) Máy quét sonar hai kênh thiết bị trợ giúp cần thiết khảo sát đại Một khảo sát thềm lục địa yêu cầu thiết phải có hệ thống SSS tham gia toàn từ đầu đến cuối SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 51 Chức SSS là: - Phát xác tàu vật cản dòng âm máy hồi âm - Phát đặc trưng đáy biển - Kết hợp việc phân loại đáy biển với kiến thức cấu tạo đáy biển - Phát vùng biến động đáy biển Nguyên lý hoạt động a/ Độ lớn tín hiệu phản hồi bị chi phối phương trình sóng siêu âm, sử dụng để xác định xem điều bị phát điều khơng thể b/ Vùng phủ sóng phạm vi gần máy sonar xét theo hai mặt: Trong mặt phẳng thẳng đứng, chùm tia siêu âmcó chiều rộng 50° nghiêng so với hướng ngang 10° xuống phía Do đó, vùng gần máy sonar thuộc vùng khơng nhìn thấy, máy sonar kéo từ tàu, lơ lửng nước mà không chạm đáy biển không gần mặt nước Sẽ có vùng khơng thể qt gần phía đáy máy Trong mặt phẳng nằm ngang, gần máy sonar xung âm có dạng song song Khoảng cách xung âm phạm vi gần hàm tốc độ tàu tốc độ lặp xung Do vậy, khả dị sót điểm đáy biển thuộc phạm vi gần cá kéo phạm vi xa cá kéo c/ Có hai phương pháp lập kế hoạch tìm kiếm sonar • Phát điểm gần cá kéo • Phát điểm xa cá kéo d/ Kéo máy qt sonar phía sau tàu có số lợi ích: Loại bỏ ảnh hưởng cảm biến có tàu; hoạt động cột nước độc lập phía sau tàu cho phép khơng bị ảnh hưởng âm thanh, tiếng động tàu Tuy nhiên, vị trí cá kéo khó xác định xác do: - Thành phần trục tọa độ theo hướng tiến tàu: Do tàu kéo máy sonar dây cáp, áp lực dòng nước sức đẩy cột nước, cá kéo thay đổi vị trí nhiều, tức vận tốc cá kéo vận tốc tàu sai khác nhau; - Thành phần trục tọa độ vng góc với hướng tàu: dòng thủy triều tàu động vòng quay đầu Cá kéo bị lệch hướng - Sai số xác định vị trí tàu truyền cho cá kéo SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 52 e/ Trạng thái tàu kéo ảnh hưởng tượng nhồi sóng, nghiêng lắc, xoay chệch hướng làm thay đổi hướng chuyển động cá kéo Điều gia tăng vận tốc tàu không ổn định Do vậy, thiết phải thiết kế vệt tìm kiếm chồng lấn => Nên gắn máy quét sonar vào mạn tàu Những hạn chế hệ thống sonar Ngoài lợi to lớn, hệ thống sonar có hạn chế về: Sự ổn định thủy động lực học cá kéo; Khi kênh sonar khơng thể cho hình ảnh nhận diện đáy biển, buộc phải dùng kênh cịn lại; Vấn đề vị trí; Chiều cao cá kéo; Đi cá kéo; Hướng kéo; Phạm vi quét hiệu quả;… 5.2.2.2 Hệ thống hồi âm đa tia (MBES) Hệ thống hồi âm đa tia chứng minh khả đo sâu vượt trội so với phương pháp khác Khi đầu dị gắn vào thân tàu, có nghĩa vị trí xác định Với khả tạo thành từ tia đơn, hệ thống hồi âm đa tia công cụ lựa chọn để khảo sát địa hình đáy biển Cân nhắc sử dụng hồi âm đa tia - Việc phát mối nguy hiểm có kích thước nhỏ lại khơng phải lợi hồi âm đa tia - Các thiết kế khác dẫn tới mơ hình chùm tia khác - Phải có khảo sát để xác minh hiệu suất hệ thống MBES trước triển khai 5.2.2.3 Các phương pháp khác • • • • • • • • Hệ thống từ kế Máy hồi âm đơn tia (SBES) Hệ thống Lidar Hệ thống từ kế đặt máy bay Sonar đặt phía trước tàu biển (FLS) Phương pháp dây quét Phương pháp tàu khảo sát tự động điều khiển từ xa Sử dụng thợ lặn 5.3 PHÂN LOẠI ĐÁY BIỂN Có ba yêu cầu phân loại đáy biển, là: Hải đồ; Phục vụ thương mại môi trường; Phục vụ quân (BĐĐHĐB&HĐ) SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 53 5.3.1 Mơ hình phân loại đáy biển Mơ hình phân loại đáy biển thể thông tin: - Bản chất mẫu lấy từ đáy biển; - Kết cấu địa chất đáy biển từ kết hồi âm kết sonar; - Các điểmmốcđã gắn đáy biển đặc trưng đáy biển (xác tàu, sóng cát, ); - Độ sâu đường đồng mức 5.3.2 Lấy mẫu đáy biển Bản chất việc lấy mẫu đáy biển tiến hành đặn toàn vùng gần bờ Tần số lấy mẫu khác tùy thuộc vào độ sâu mức độ mà đồng Sau lấy mẫu đáy biển, mẫu đưa vào mơ hình phân loại Mối tương quan mẫu nguồn gốc mẫu liên quan tới scan sonar quan trọng Nó mang lại tự tin giải thích kết sonar Mẫu có phải thỏa mãn ba điều kiện: - Là mẫu hoàn chỉnh - Mẫu lấy từ điểm nhất, mẫu hỗn tạp bao gồm nhiều địa lấy mẫu khác nhau; - Vị trí lấy mẫu xác Thực lấy mẫu gầu ngoạm tàu khảo sát, lấy phần lõi mẫu sau lấy lên khỏi mặt biển Quá trình mẫu, tàu phải dừng đảm bảo định vị nơi dừng Vị trí mẫu mơ hình phân loại thể chấm nhỏ bao quanh vòng tròn Thuyết minh mẫu viết bên cạnh 5.3.3 Bản chất đáy biển Đáy biển hình thành từ đá loại thực phủ Lớp đất đáy biển hình thành từ hai nguồn chính: - Vật chất xói mịn từ đất liền trơi biển, xói mịn thân đáy biển - Các trình sinh học sản xuất lượng trầm tích đáy biển hình thành từ phân hủy động vật thực vật lưu vực đại dương 5.3.4 Phân loại mẫu Việc phân loại mẫu phải nêu hai đề mục sau: • Chỉ cần mơ tả từ, ví dụ như: thơ, nhỏ, ; • Cần mơ tả chung, ví dụ như: đá, bùn, SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 54 5.3.5 Các cảm biến dùng phân loại đáy biển Gồm: Máy quét sonar, Máy hồi âm đa tia, Máy hồi âm đơn tia, Hệ thống Lidar đặt máy bay, Hệ thống điện từ hàng không, Viễn thám, Sonar đặt phía mũi tàu 5.3.6 Phân loại Phân loại đáy biển việc phức tạp Với mức kháng âm khác vùng biển ảnh hưởng tới hình dạng đặc điểm mơ tả Cần phải có kiến thức đầy đủ đáy biển trước tiến hành khảo sát thực tế a/ Phân loại đáy biển hệ thống sonar Có ba phương pháp sử dụng vệt quét sonar để phân loại, dựa biến đổi cấu trúc tia phản hồi, để suy luận thông tin đáy biển: - Lập đồ bề mặt ước lượng phổ phản xạ; - Hàm mật độ xác suất lớn biên độ xung; - Sự phụ thuộc vào góc tán xạ b/ Phân loại đáy biển hệ thống hồi âm đa tia MBES cung cấp hai phép đo hình học, cường độ âm tán xạ tức thời hồi âm, tức độ sâu vị trí Có thể sử dụng cùng riêng rẽ hai phép đo Một số hệ thống sử dụng kết hợp hai phép đo, để cố gắng phân loại đáy biển Các hệ thống sử dụng hai phương pháp: hiệu chỉnh tín hiệu so sánh với chuẩn tương đối c/ Phân loại đáy biển hệ thống hồi âm đơn tia Là việc nghiên cứu tia hồi âm, thay đổi độ lớn tia hồi âm theo thời gian đồ thị tần số tán xạ ung cấp dấu hiệu phân loại đáy biển 5.4 KẾ HOẠCH KHẢO SÁT BIỂN Lập kế hoặch khảo sát cơng việc phức tạp, địi hỏi phải ý đến chi tiết, phải biết vận dụng linh hoạt phương pháp tiếp cận đối tượng, sau cần phải quản lý tốt hiệu định đưa trình thực khảo sát Nếu việc lập kế hoạch thấu đáo, khảo sát biển đạt kết tốt 5.4.1 Lập dự án khảo sát biển Lập kế hoạch khảo sát biển thuật ngữ bao gồm tồn q trình phát triển dự án thủy văn, từ đời định đơn vị khảo sát lưu trữ liệu khảo sát thủy văn văn phòng quan Việc lập kế hoạch khảo sát liên quan đến thủ tục sau: SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 55 • • • • • • • • • • • • • • • • Yêu cầu khảo sát Đặc điểm kỹ thuật khảo sát Chỉ định đơn vị thiết kế phương án Lập kế hoạch chương trình khảo sát với đơn vị thiết kế Đánh giá nhiệm vụ giao cho đơn vị đó, sau hồ sơ lực Trinh sát thăm dò dự án Phân bổ nguồn lực Lập kế hoạch khảo sát chi tiết Ước tính thời gian cần thiết Lập kế hoạch chương trình khảo sát phê duyệt Liên lạc với quan bên ngoài, nhằm tăng cường giám sát hỗ trợ cần Lập kế hoạch quản lý dự án Lập kế hoạch tiến độ hàng ngày dự án Lập kế hoạch thu nhận kiểm tra liệu khảo sát Lập kế hoạch để phân tích, giải thích liệu báo cáo khảo sát 5.4.2 Khảo sát sơ Gồm thủ tục: • Điều tra chung • Điều tra trắc địa • Điều tra thủy triều 5.5 THU THẬP DỮ LIỆU VÀ MƠ TẢ BỜ BIỂN Q trình thu thập liệu mô tả bờ biển bao gồm thủ tục: Hiệu chuẩn kiểm tra thiết bị định vị mặt Kiểm soát độ cao Quan trắc môi trường Khảo sát biển theo tuyến Kiểm tra tuyến Tuyến khảo sát Các điều tra liên ngành Các quan trắc khác Mơ tả bờ biển 5.6 QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU Tất hồ sơ khảo sát phải xử lý cẩn thận, ghi rõ ràng nguồn tài liệu gốc sử dụng để tạo hồ sơ cuối cùng Nguyên tắc để xử lý hồ sơ khảo sát nào, người thực phải có kiến thức chun mơn lĩnh vực khảo sát SVBùi Hồng Việt – ĐH2TĐ1 Page 56 Quy trình xử lý liệu gồm việc xử lý liệu cơng tác: • • • • • Đo sâu đáy biển Nhận dạng đáy biển Phát đặc trưng đáy biển Các quan trắc phụ trợ Báo cáo kết SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận • Muốn thành lập đồ đáy biến trước hết cần phải khảo sát vùng biển, biết độ cao thủy triều lên xuống, hướng dòng chảy Thủy triều nơi trái đất khác nhau, cùng vĩ độ thủy triều khác • Bản đồ địa hình đáy biển thành lập nhằm phục vụ mục đích khác nhau, việc thành lập đồ phải tuân theo quy định quy kỹ thuật thành lập đồ tỷ lệ Hiện công nghệ viễn thám áp dụng phổ biến để xây dựng đồ đáy biến cho hiệu cao Kiến nghị Do mơn học trắc địa biển cịn mới, q trình tìm hiểu mơn học cần ý điều sau: • Tổng hợp tài liệu cách khoa học đầy đủ, tài liệu viết tiếng việt hạn chế, tham khảo thêm nhiều tài liệu tiếng anh • Việc tìm hiểu thực tế q trình phương pháp đo sâu chưa thực SVBùi Hoàng Việt – ĐH2TĐ1 Page 58