ĐO SÂU HỒI ÂM KẾT HỢP KỸ THUẬT RTK
Từ khi công nghệ định vị GNSS thời gian thực ra đời nó đã góp phần to lớn cho công tác khảo sát địa hình dưới nước, đặc biệt cải thiện to lớn về năng suất cũng như độ chính xác của công tác khảo sát địa hình dưới nước so với các phương pháp truyền thống trước đây.
I. Cở sở, yêu cầu về độ chính xác của công tác khảo sát và lập bản đồ địa hình dưới nước
1. Đặc điểm công tác trắc địa dưới nước
Sóng âm lan truyền trong nước với mọi khoảng cách, dựa vào đặc tính này của sóng âm mà người ta dùng sóng âm trong công tác đo sâu dưới nước.
Tốc độ lan truyền và dạng quỹ đạo của sóng âm bị ảnh hưởng bởi các yếu tố trong môi trường nước như: nhiệt độ, áp suất, độ mặn, độ sâu cột nước…và điều này là nguyên nhân chủ yếu làm giảm độ chính xác của kết quả đo đạc dưới nước.
2. Yêu cầu về độ chính xác của công tác trắc địa dưới nước
Với đặc thù như trên mà yêu cầu về độ chính xác của công tác khảo sát địa hình dưới nước cũng giảm.
– Sai số trung phương vị trí điểm: Mp ≤ 1.2mm*M (với M là mẫu số tỷ lệ bản đồ).
– Sai số trung phương xác định độ sâu được đánh giá bằng tổng sai số trung bình quân phương độ sâu của điểm chi tiết được đánh giá bằng công thức sau:
3. Quy trình khảo sát và thành lập bản đồ địa hình dưới nước
- Giai đoạn chuẩn bị
Giai đoạn chuẩn bị bao gồm các công đoạn: lập kế hoạch, thu thập tài liệu, khảo sát thực địa, thiết kế kỷ thuật.
Để công tác đo sâu ngoài hiện trường được diễn ra thuận lợi, nhằm cung cấp nguồn số liệu với độ chính xác và độ tin cậy cao cần phải làm tốt công tác chuẩn bị. Công tác chuẩn bị bao gồm các nội dung sau:
Lập kế hoạch thời gian (ngày bắt đầu, ngày kết thúc, ngày dự phòng…) và nguồn kinh phí cần thiết để thực hiện công việc;
Lên danh sách các nhân sự tham gia, đủ số lượng, khả năng về chuyên môn và có sức khỏe tốt. Chuẩn bị các bằng cấp, chứng chỉ đào tạo về chuyên môn và an toàn lao động nếu có, xuất trình kịp thời khi có yêu cầu của chủ đầu tư;
Lập danh mục thiết bị chuẩn bị cho công việc khảo sát địa hình dưới nước. Các thiết bị phải đảm bảo còn hoạt động tốt, đầy đủ các bộ phận, chi tiết. Kiểm tra kết nối giữa các thiết bị và máy tính có cài phần mềm khảo sát thủy đạc là Hypack hoặc Hydro pro trước khi đem ra ngoài thực địa. Phương thức đóng gói và vận chuyển máy móc, thiết bị tới hiện trường. Các thiết bị phải có chứng nhận kiểm định của cơ quan có thẩm quyền, các giấy chứng nhận này sẽ đi kèm theo thiết bị trong suốt dự án;
Thiết kế tuyến đo sâu phải được tiến hành trước khảo sát.
Tuyến thiết kế có khoảng cách giữa các tuyến phù hợp với tỷ lệ tương ứng. Tùy và khu vực khảo sát để có tuyến đo tối ưu. Đơn giản nhất là tuyến đo dạng song song. Các tuyến kiểm tra được chạy vuông góc với các tuyến đo. Tuyến đo có thể thiết kế trên Hypack, Hydro Pro hay trên nền Autocad…
- Giai đoạn thi công
Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong công tác khảo sát. Trước khi thực hiện đo thì công tác lắp đặt và vận hành phải đảm bảo các yêu cầu kỷ thuật về đồng về dữ liệu vị trí mặt bằng và độ sâu.
Trong quá trình đo người thủy đạc viên phải theo dõi một cách liên tục quá trình thu nhận dữ liệu từ các thiết bị vào phần mềm đo sâu.
- Giai đoạn biên tập và xuất bản
Giai đoạn biên tập và xuất bản bao gồm các công đoạn: xử lý dữ liệu, biên tập bình đồ, kiểm tra và xuất bản bản đồ.
Quá trình xử lý số liệu được thực hiện trên các phần mềm đo sâu chuyên dụng phổ biến là: Hypack và Hydro pro.
Quá trình biên tập bản vẽ được thực hiện bằng các phần mềm đồ họa chuyên dụng như Autodesk Land Desktop, Civil 3D và các phần mềm tương tự để biên tập bình đồ địa hình dưới nước, sau đó kết quả được xuất sang định dạng Autocad để hoàn thành.
- Sơ đồ quy trình
- Tuyến đo sâu thiết kế dạng vùng
- Tuyến đo sâu thiết kế dạng tuyến
II. Giới thiệu về kỷ thuật RTK trong định vị GNSS
RTK (Real-time Kinematic) là kỷ thuật định vị GNSS tương đối động thời gian thực có độ chính xác cao và nhanh chóng.
Với dX, dY, dH là số gia tọa độ giữa trạm cơ sở và trạm động được giải tức thời tại từng thời điểm đo.
Kỷ thuật RTK hiện nay cho độ chính xác đến mức mm về mặt bằng và đến mức cm về độ cao.
III. Giới thiệu nguyên lý và cách vận hành thiết bị đo sâu hồi âm
1. Khái quát chung về máy đo sâu hồi âm
Khái niệm: Máy đo sâu là một thiết bị dùng để xác định độ sâu của lớp nước dưới đáy tàu. Để làm được điều này người ta đã ứng dụng tính chất phản xạ của sóng âm và thông qua việc đo thời gian lan truyền của sóng âm từ khi phát đến khi thu để tính ra được độ sâu của lớp nước dưới tàu.
2. Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm
Nguyên lý: Xác định thời gian lan truyền t của sóng âm thẳng đứng từ bộ phát sóng đáy rồi phản xạ lại đến bộ thu sóng để tính ra độ sâu từ mặt nước biển đến mặt đáy biển.
Độ sâu Z có thể tính theo công thức sau: Z = v*t/2
3. Lắp đặt và vận hành máy đo sâu hồi âm
Khi lắp đặt đầu dò (transducer) máy đo sâu, phải đảm bảo các yêu cầu sau:
– Trục đứng của đầu dò phải trùng với phương dây dọi và đồng trục với anten GPS;
– Vị trí của bộ đầu dò trong hệ quy chiếu được thống nhất trên phương tiện đo phải được xác định với độ chính xác ≤ ±0,02m;
– Đầu dò được lắp đặt tại vị trí trên tàu đo phải lựa chọn để đảm bảo hạn chế thấp nhất sự tác động của sóng nước và các nguồn gây nhiễu khi tàu chuyển động để thực hiện đo đạc;
– Đầu dò năng phải cố định, không bị xoay hoặc thay đổi vị trí theo mọi hướng.
– Độ chính xác khi xác định khoảng cách từ vị trí từ đáy đầu dò đến mặt nước ở trạng thái yên tĩnh và tàu đo ở trạng thái cân bằng là ≤ ±0,02m.
Vị trí đặt máy đo sâu phải ổn định, vững chắc và có độ an toàn cao, tránh sự tác động trực tiếp của ánh nắng mặt trời, mưa, nước biển.
Trước khi đo sâu, phải xác định tốc độ sóng âm trong nước tại khu vực khảo sát bằng phương pháp Barcheck hoặc sử dụng thiết bị đo tốc độ sóng âm.
Khi dùng Barcheck để xác định tốc độ sóng âm trong nước, vị trí lựa chọn phải đáp ứng các điều kiện:
– Trong hoặc liền kề với khu vực khảo sát;
– Mặt nước tương đối phẳng lặng, biên độ dao động của sóng nước không vượt quá 5cm;
– Độ sâu phải xấp xỉ giá trị độ sâu lớn nhất trong khu vực khảo sát; – Ít chịu sự tác động của dòng chảy;
– Không có sự khác biệt lớn về nhiệt độ, và độ mặn vùng nước khu vực khảo sát.
Đo tốc độ sóng âm trong nước phải thực hiện ít nhất 2 lần/ngày, tiến hành vào thời điểm bắt đầu và kết thúc buổi khảo sát trong ngày. Khi thời tiết trong ngày có diễn biến phức tạp, hoặc thuỷ triều lên xuống mạnh, hay thay đổi vị trí khu vực khảo sát… cần tăng số lần xác định tốc độ sóng âm/ngày.
Khi đo tốc độ sóng âm, phải tiến hành đo ở các tầng độ sâu khác nhau cho đến độ sâu bằng hoặc lớn hơn độ sâu lớn nhất tại khu vực khảo sát. Dữ liệu đo tốc độ sóng âm dưới dạng tập tin (đối với thiết bị đo tốc độ sóng âm) hoặc dưới dạng bảng ghi (đối với phương pháp Bar check) được lưu giữ cẩn thận phục vụ cho việc cải chính vào dữ liệu đo sâu. Quá trình cải chính tốc độ sóng âm vào dữ liệu độ sâu có thể tiến hành ngay tại thời điểm đo sâu hoặc cải chính về sau tuỳ thuộc vào chức năng sẵn có của phần mềm khảo sát.
IV. Các dụng cụ, thiết bị cần thiết trong công tác đo sâu
V. Các kỷ thuật đo sâu hiện nay được áp dụng
VI. Áp dụng kỷ thuật RTK kết hợp với đo sâu hồi âm để khảo sát địa hình dưới nước khu vực cảng Hòn Chông – Kiên Giang
1. Thông tin về khu vực đo vẽ
Dự án khảo sát được tiến hành tại cảng Hòn Chông thuộc xã Bình An, huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang. Vị trí của dự án (xem hình):
Khối lượng: 13.4 ha. Yêu cầu khảo sát lập bình đồ địa hình dưới nước ở tỷ lệ 1/1000 khoảng cao đều đường đồng mức là 1m.
2. Hệ thống tọa độ và độ cao
– Hệ tọa độ: VN2000.
– Phép chiếu: UTM.
– Kinh tuyến trục (Kiên Giang): 104°30’, múi chiếu 3°.
– Hệ cao độ: hệ Hải Đồ.
3. Phương pháp thực hiện
Áp dụng kỹ thuật RTK kết hợp đo sâu hồi âm để thành lập bình đồ địa hình dưới nước, thiết bị sử dụng là 1 bộ gồm 2 máy thu GNSS T300-COMNAV kết hợp với máy đo sâu hồi âm 2 tần số Bathy 500DF, motion sensor (thiết bị cảm biến chuyển động, rung lắc của tàu khảo sát) và các thiết bị khác.
VII. Những kỹ thuật đo sâu mới hiện nay
Việc đo sâu hồi âm đang được nhiều đơn vị sản xuất áp dụng trong công tác đo đạc thành lập bình đồ địa hình đáy sông/biển. Qua đây chúng tôi đã hướng đến các đọc giả, việc áp dụng kỹ thuật RTK kết hợp với đo sâu hồi âm cung cấp cho ta cả vị trí mặt bằng và độ cao chính xác của ăng-ten ở ngay thời điểm đo. Điều này giúp ta tránh được những khuyết điểm của quá trình xác định độ sâu bằng mia đo mực nước thông thường, đồng thời cho ta nhận được ngay kết quả tọa độ, độ sâu ở thời gian thực thuận lợi cho việc kiểm tra và xử lý số liệu nhanh chóng. Ngoài ra để cho kết quả đo sâu loại trừ các nguồn sai số vì các ảnh hưởng do môi trường nước và do tác động của các yếu tố tự nhiên như: sóng, gió đặc biệt khi đo ở ngoài biển thì chúng ta cần thiết phải lắp đặt đồng bộ với máy đo sâu các thiết bị cảm biển chuyển động (motion sensor) và thiết bị đo vận tốc sóng âm (sound velocimeter) để cải thiện độ chính xác cho công tác đo sâu.
Với sự phát triển không ngừng và ngày càng hiện đại hóa trang thiết bị công nghệ trong lĩnh vực khảo sát địa hình dưới nước ở Việt Nam đã có một số đơn vị có thiết bị đo sâu hồi âm hiện đại: đo sâu hồi âm đa tia, đo sâu hồi âm kết hợp side scan.
