Nghiên cứu máy đo sâu hồi âm đa tia và khả năng ứng dụng trong công tác khảo sát công trình ở Việt Nam

Bài báo giới thiệu sơ lược về nguyên tắc hoạt động của máy đo hồi âm đa tia, khả năng ứng dụng kỹ thuật trong công tác khảo sát một số dạng công trình ở Việt Nam như: Khảo sát bến tàu, bến cảng; khảo sát luồng tàu trên sông và trên biển; khảo sát đường ống dẫn dầu, dẫn khí; quy hoạch biển bảo vệ tài nguyên;… Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM ĐA TIA VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CƠNG TÁC KHẢO SÁT CƠNG TRÌNH Ở VIỆT NAM ThS PHẠM VĂN QUANG Công ty cổ phần tư vấn & phát triển hạ tầng Hà Việt ThS DIÊM CÔNG TRANG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo giới thiệu sơ lược nguyên tắc hoạt động máy đo hồi âm đa tia, khả ứng dụng kỹ thuật công tác khảo sát số dạng công trình Việt Nam như: Khảo sát bến tàu, bến cảng; khảo sát luồng tàu sông biển; khảo sát đường ống dẫn dầu, dẫn khí; quy hoạch biển bảo vệ tài nguyên;… Các nghiên cứu lý thuyết số liệu đo đạc thực nghiệm cho thấy việc ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia cơng tác khảo sát địa hình đảm bảo hạn sai cho phép mang lại hiệu kinh tế cao vực xung quanh dự án Với công nghệ đo sâu truyền thống đo sào, thước dây, đo sâu hồi âm đơn tia, khó đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, tiến độ độ xác mà nhà thầu thi công nước quốc tế đưa Việc nghiên cứu ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia cơng tác khảo sát số dạng cơng trình biển Việt Nam mang tính cấp thiết nhằm giới thiệu công nghệ, nguyên tắc hoạt động kết thu áp dụng thiết bị vào sản xuất Đặt vấn đề Khái niệm, nguyên lý cấu tạo hoạt động máy đo sâu hồi âm Ở nước ta năm trước nhiều cơng trình biển u cầu đo đạc khảo sát địa hình đáy biển với độ xác cao, với nghiệp cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước, thực chiến lược phát triển biển Việt Nam đến năm 2020 đầu tư nhiều cơng trình, dự án khai thác nguồn lợi từ biển như: phát triển khu kinh tế ven biển (khu kinh tế Nghi Sơn, Vũng Áng, Hòn La,…), cảng trung chuyển hàng hóa quốc tế (cảng Đình Vũ, cảng Vũng Rô, cảng Vân Phong), khai thác dầu, khí đốt, qui hoạch phát triển du lịch biển, bảo vệ tài nguyên,… Để đáp ứng nhu cầu phát triển cần phải khảo sát địa hình đáy biển vùng ven bờ để phục vụ thiết kế nạo vét luồng tàu, bãi đậu, khu Máy đo sâu hồi âm đa tia (Multibeam Echo Sounder-MBES) phát minh khoảng năm 1970 sở máy đo sâu hồi âm đơn tia Hệ thống cho phép xác định chi tiết bề mặt đáy biển từ nhiều tia đơn, kết lần đo xác định hàng trăm điểm độ sâu mặt phẳng vng góc với đường tàu dải độ sâu có độ rộng định (mặt cắt), tổng số mặt cắt dọc kênh tín hiệu tạo nhiều lần giây Độ rộng dải quét thường gấp từ đến lần độ sâu, góc mở chùm tia đạt đến 150 độ (tùy loại máy hãng sản suất) góc kẹp tia đơn kề nhỏ độ (c) Hình Máy đo sâu hồi âm đa tia Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 47 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Với hình máy đo sâu hồi âm đa tia có góc mở chùm tia phát 120 độ, 25 chùm tia sóng phát thu về, góc kẹp chùm tia sóng 2,4 đến độ Hình Mơ tả số liệu tính tốn vị trí điểm độ sâu nước Bộ phát nhiều chùm tia cách khoảng thời gian định lại phát xuống đáy nước lần với C - tốc độ âm nước; ti - khoảng thời gian từ lúc phát sóng đến lúc thu tần số định, tín hiệu phát xuống đáy nước phản hồi trở lại thu hệ thống thu tín hiệu chùm tia sóng thứ i; đặt thân tàu, giá trị vị trí độ sâu chúng tính theo công thức (1): - khoảng cách từ điểm đo sâu đến đường dây dọi qua máy đo; Xi Hi - độ sâu từ máy đo đến đáy nước chùm tia sóng i;   X  C t i sin  i  i     H i  C.t i sos i    Trong đó: I - góc kẹp chùm tia sóng i với đường vng góc; Hiện giới có nhiều hãng sản xuất máy đo sâu hồi âm đa tia như: hãng ODOM Mỹ; Simrad Đức; Kongsberg Na Uy; hãng Reson Đan Mạch Bảng Một số loại máy đo sâu hồi âm Model EM2040C Frequency (kHz) 200-400 Min/max depths (m) Max swath width 0,5 - 500 Single head: 4,3 x D/580m/130 degrees Dual head: 10 x D/690m/200 degrees EM2040 200-400 0,5 - 600 Single RX: 5,5 x D/800m/140 degrees Dual RX: 10 x D/900m/200 degrees EM710RD 70-100 - 600 5,5 x D/1100m/140 degrees EM710S 70-100 - 1400 5,5 x D/1800m/140 degrees EM710 70-100 - 2000 5,5 x D/2300m/140 degrees EM302 30 10 - 8000 x D/10-11km/143 degrees EM122 12 50 - 11000 x D/35-40km/143 degrees Available configuration x single and dual head 0,4 x 0,7; 0,7 x 0,7 Single and dual RX conf for increased swath and with single and dual swath capabillty for increased seafloor coverage x 2; x 2* * Short CW transmit pulses 0,5 x 1; x 1; x and x 2* * CW transmit pulses 0,5 x 1; x 1; x and x 2* * CW and FM transmit pulses 0,5x1; 1x1; 1x2 ; 2x2 ; 2x4; 4x4* * Other customer specific conf available on request 0,5x1; 1x1; 1x2 ; 2x2 and 2x4* * Other customer specific conf A on R Với máy đo sâu đa tia, cụ thể với máy MB1 hãng ODOM sản xuất có nguyên lý cấu tạo hoạt động hình 48 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Hình Nguyên lý cấu tạo hoạt động máy đo sâu hồi âm đa tia Giải pháp kỹ thuật để nâng cao độ xác 3.1 Xử lý nguồn sai số tác động môi trường Các nguồn sai số ảnh hưởng đến kết đo sâu như: lắc ngang - Roll, lắc dọc - Pitch, lệch hướng chạy tàu - Heading dao động tàu theo phương thẳng đứng - Heave Hình Trạng thái tàu chịu tác động môi trường Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 49 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Nhờ có cảm biến giá trị độ sâu tính loại bỏ nguồn sai số tác động môi trường đo gây nên sóng, gió, thủy chiều 3.2 Giải pháp định vị Với máy thu DGPS có khả tích hợp liệu GPS GLONASS để giải tốn định vị cho độ xác cao < 10 cm với độ ổn định tới 95 % Giải pháp ưu việt khơng phụ thuộc vào vị trí khảo biển, thiết bị gọn nhẹ kết nối với thiết bị đo sâu đơn giản Hình Thu xử lý tín hiệu định vị Hình Hệ thống đo triều tự động Với máy đo sâu đơn tia khơng có thiết bị đo triều tự động nên đo khu vực cần tổ chức đo thủy chiều phương pháp đọc số trực tiếp qua mức nước thước đo ghi lại thời gian đọc số Với máy đo sâu đa tia công việc thực tự động qua đo triều ký, số liệu thu trút vào xử lý thông qua cổng COM Ninh với tổng số vốn đầu tư 155 triệu USD Ứng dụng thực nghiệm máy đo sâu hồi âm công tác khảo sát cơng trình biển Việt Nam cảng có công suất thiết kế tối đa đạt 1.000.000 TEUs Dự án đầu tư xây dựng bến cảng số 2, container sức chở 3.000 ÷4.000 TEUs tàu hàng rời cảng Quốc tế Cái Lân – Tp Hạ Long - tỉnh Quảng Công ty TNHH HALA Việt Nam làm tổng thầu thi công xây dựng Quy mô công suất thiết kế, khai thác bến: Tổng chiều dài 594 m; chiều sâu trước bến -13 m hải đồ; độ sâu luồng tuyến khai thác -10 m hải đồ; bề rộng tuyến luồng 130 m; khả thơng qua Khi vào hoạt động cảng tiếp nhận tàu trọng tải đến 50.000 DWT Hình Toàn cảnh xây dựng cảng Container Cái Lân – Tp Hạ Long - Quảng Ninh Dự án có khối lượng nạo vét lớn, tư vấn giám sát nhà thầu yêu cầu phải cung cấp liệu đo đạc đồ với chu kỳ ÷ ngày/lần để tính tốn khối lượng biện pháp thi cơng Với tính ưu việt vượt trội thời gian, mật độ điểm, độ xác máy 50 đo sâu hồi âm đa tia nhà thầu lựa chọn để đo đạc thành lập đồ địa hình đáy biển khu vực dự án Sản phẩm đồ khu vực bến số đo máy đo sâu hồi âm đa tia Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Bình đồ cảng Container Cái Lân – TP Hạ Long – Quảng Ninh Tỷ lệ: 1/500 20 10 00 90 80 - 1 - 11 2320580 -11 2320580 2320570 -11 50 2320570 1 Mat cat 01 2320560 -1 2320560 Matcat 02 -11 2320550 -1 5 2320550 2320540 2320540 20 10 00 90 80 - Hệ tọa độ VN 2000 - Mật độ điểm 1x1m - Hệ cao độ Hòn Dấu - Đường đồng mức 0,5m Hình Bản đồ đáy biển biên tập từ liệu máy đo sâu hồi âm đa tia Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 51 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Km:0+00 Km:0+46 Mat cat 01 Cao độ ttựnhiờn Cao nhiên C ly l Cự ly lẻ Cự lycng cộngdn dồn C ly Tờn Tên cọc cäc 0.00 -1.39 2.00 -1.56 2.00 2.00 -2.42 4.00 2.00 -3.40 6.00 2.00 -4.30 8.00 2.00 -5.01 10.00 2.00 -5.89 12.00 2.00 -6.99 14.00 2.00 -7.59 16.00 2.00 -8.28 18.00 2.00 -9.01 20.00 2.00 -9.68 22.00 2.00 -10.17 24.00 2.00 -10.28 26.00 2.00 -10.29 28.00 2.00 -10.16 30.00 2.00 -10.19 32.00 2.00 -10.13 34.00 2.00 -10.07 36.00 2.00 -10.30 38.00 2.00 -10.74 40.00 2.00 -10.78 42.00 2.00 -10.83 44.00 2.00 -10.59 46.00 MSS:-21.00 11 10 13 12 15 14 17 16 19 18 21 20 23 22 24 Hình Mặt cắt đáy biển nội suy từ mơ hình độ cao đồ Kết luận Với kết thu đến kết luận: - Việc ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia cơng tác khảo sát địa hình để thành lập đồ địa hình đáy biển cho độ xác cao đáp ứng tiến độ theo yêu cầu, mang lại hiệu kinh tế cao; - So với phương pháp đo đạc truyền thống máy đo sâu hồi âm đa tia có tính ưu việt sau: phù hợp với khu đo có độ sâu khoảng ÷ 500 m máy EM2040C TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐẶNG NAM CHINH, Nghiên cứu hoàn thiện tiêu kỹ thuật quy trình cơng nghệ đo đạc biển Việt Nam, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp (Bộ Giáo dục Đào tạo) Mã số: B-2007-02-35, 8/2010 HOÀNG TRẦN PHƯƠNG, Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật máy đo sâu hồi âm đa tia ATLAS HYDROSWEEP MD-2 khả ứng dụng công tác đo vẽ đồ địa hình đáy biển, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội, 2008 TRẦN VIẾT TUẤN, PHẠM DỖN MẬU, Giáo trình trắc địa biển, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2011 ALEX OSBORNE, LAM KAI WING GcGPS for offshore tide measurement, Geomatics World U.S Army Corps Engineers, Engineering and Design Hydrographic surveying, Department of the Army, Washington DC, 2004 A Division of C&C Technologies, C-Nav GPS System Operations Manual, Washington DC, 2003 Trimble R7 GNSS, USA Neptune training course, Kongsberg 2010 Sis & EM 710 training course, Kongsberg 2010 + Các thiết bị đại, đồng độ ổn định cao giúp cho trình đo đạc thực tự động hóa hồn tồn; + Giải pháp kỹ thuật loại trừ nguồn sai số mơi trường đo đạc biển gây nên gió, sóng biển thủy chiều Phương pháp định vị với thiết bị thu tiên tiến cho phép đo đạc nơi đâu mà độ xác cao cỡ < 10 cm ổn định đến 95%; + Khả quét 100% đáy biển cung cấp mơ hình số địa hình xác trung thực nhiều so với phương pháp truyền thống - Với độ xác đạt máy đo sâu hồi âm đa tia ứng dụng cơng tác khảo sát lòng hồ thủy điện, đập nước phục vụ tưới tiêu để xác định khối lượng bùn lắng mùa mưa lũ - Khi khảo sát đáy sông, khu quy hoạch cảng biển Việt Nam nên dùng máy có tần số cao, máy 52 Ngày nhận sửa: 18/8/2014 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 ... trút vào xử lý thông qua cổng COM Ninh với tổng số vốn đầu tư 155 triệu USD Ứng dụng thực nghiệm máy đo sâu hồi âm công tác khảo sát công trình biển Việt Nam cảng có cơng suất thiết kế tối đa đạt... truyền thống máy đo sâu hồi âm đa tia có tính ưu việt sau: phù hợp với khu đo có độ sâu khoảng ÷ 500 m máy EM2040C TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐẶNG NAM CHINH, Nghiên cứu hoàn thiện tiêu kỹ thuật quy trình cơng... Việc ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia công tác khảo sát địa hình để thành lập đồ địa hình đáy biển cho độ xác cao đáp ứng tiến độ theo yêu cầu, mang lại hiệu kinh tế cao; - So với phương pháp đo