Công nghệ đo sâu

Khái niệm đo sâu hồi âm

Đo sâu hồi âm là công nghệ sử dụng sóng âm để xác định khoảng cách từ bộ phận phát tính hiệu tới bề mặt phản (bùn, cát, đáy sông, đáy biển, đáy ao hồ..)

Công nghệ đo sâu hồi âm

Nguyên lý đo sâu hồi âm thực chất là áp dụng công thức S=v*t.

Trong đó: S là khoảng cách truyền âm.

v là vận tốc âm hay còn gọi là tốc độ âm.

t là thời gian truyền âm.

Nhưng trong thực tế khi bộ phận ra sóng âm truyền qua nước gặp bề mặt phản xạ âm sẽ dội lại bộ phận ghi nhận. Tốc độ âm là một hằng số do đó thời gian truyền âm sẽ là biến số. Suy ra khoảng cách từ bộ phận phát sóng âm đến bề mặt phản xạ là h=S/2 =1/2(v*t). Để xác định được độ cao và vị trí tọa độ tức thời chúng ta phải kết nối máy đo sâu hồi âm với hệ thống định vị DGPS và quan trắc mực nước tại thời điểm đo.

Một số kỹ thuật đo sâu hiện nay:

Kỹ thuật đo sâu kết hợp việc xác định độ cao bằng phương pháp GPS – RTK:
Đây là phương pháp đo động thời gian thực, sử dụng máy thu GPS 2 tần số, độ chính xác cao ở mức độ mm – cm về mặt bằng.

Nguyên lý kỹ thuật đo sâu RTK

Sơ đồ trên mô tả nguyên tắc xác định độ cao đáy sông bằng kỹ thuật RTK, trong đó:

h: là độ chênh cao giữa hai anten trạm cơ sở và trạm động, được xác định bằng kỹ thuật RTK với độ chính xác cm
a: là chiều cao anten của trạm cơ sở so với mốc đươc đo bằng thước với độ chính xác khoảng 5mm
h0: là độ cao của mốc so với mặt Geoid tham khảo
f: là chiều cao anten của trạm động so với mực nước tại vị trí của thuyền được đo bằng thước với độ chính xác cm
d: là độ cao của đáy đo được bằng máy đo sâu hồi âm
h: là độ cao đáy sông được tính theo công thức
h = hw – d
hw: là đo cao tức thời của mực nước tại thuyền ở thời điểm đo, được xác định theo công thức:
hw = h0 + a – dh – f

Trạm tham khảo trên bờ cần phải được định vị trên một mốc đã biết tọa độ và cao độ. Tuy nhiên, máy thu tại trạm tham khảo phải có khả năng thu nhận tín hiệu ở cả trị đo pha và trị đo giả cự ly của vệ tinh GPS. Trạm tham khảo sẽ tập hợp trị đo pha, trên cả 2 tần số L1/L2 dùng kỹ thuật tương quan chéo. Bộ xử lý tại trạm tham khảo sẽ tính toán khoảng cách giả và số hiệu chỉnh pha sóng tải, và định dạng dữ liệu theo chuẩn phù hợp với việc truyền tải dữ liệu. Thông thường, các số hiệu chỉnh sẽ được định dạng theo chuẩn RTCM SC-104 v.2.1 để truyền đến trạm Rover ở trên tàu.
Kỹ thuật RTK cho phép di chuyển máy thu ở trạm Rover trên tàu sau khi trị nhập nhằng (Integer Ambiguity – N) giữa vệ tinh và máy thu được giải thành công. Tuy nhiên, với các hệ thống GPS hiện đại ngày nay (đặc biệt là máy thu 2 tần số), việc giải đa trị thường xảy ra rất nhanh (khoảng vài giây), nên thông thường sau khi cài đặt các thiết bị, và phát tín hiệu thì hầu như lập tức ta có được nghiệm fixed ở trạm Rover. Vì vậy, cao độ an ten luôn luôn có được ngay thời gian thực. Khi đó, ảnh hưởng khi triều lên/ xuống, hay do sóng ảnh hưởng đến cao độ an ten bị thay đổi thì với kỹ thuật RTK đã được khắc phục triệt để.

Như vậy kỹ thuật RTK cung cấp cho ta cả vị trí mặt bằng và độ cao chính xác của anten ở thời điểm đo. Điều này giúp tránh được những khuyết điểm của quá trình xác định độ sâu bằng đo mực nước.

Kỹ thuật đo sâu kết hợp quan trắc mực nước:

Quan trắc mực nước là xác định độ cao của mực nước kết hợp với kết quả đo sâu ta tính được độ sâu của đáy.

Nguyên lý kỹ thuật đo sâu hậu xử lý

Sơ đồ dưới đây mô tả nguyên tắc xác định độ cao đáy sông (HB) bằng đo GPS động.
Trong đó:
• hA là chiều cao anten của trạm cơ sở so với mốc, được đo bằng thước với độ chính xác khoảng 5mm.
• hB: Độ cao anten của trạm động (Rover) so với mặt Ellipsoid tham khảo.
• f: là chiều cao anten của trạm động so với mặt đáy đầu sensor máy hồi âm tại vị trí của thuyền, được đo bằng thước với độ chính xác cm.
• D: là độ sâu của đáy, đo được bằng máy đo sâu hồi âm.
• HA: là độ cao của mốc so với mặt ellipsoid tham khảo (giả sử không sai số).

• HB: là độ cao của đáy sông, được tính theo công thức:
  HB = HC – D
  Giả thiết trên chỉ đúng ở vùng nước yên tĩnh không có tác động của sóng, gió, dòng chảy….Trong thực tế nhiều nguyên nhân có thể gây ra sự chênh lệch mực nước giữa trạm đo gần bờ và vị trí đo sâu như: ảnh hưởng của đoạn sông cong, đoạn sông co hẹp hay mở rộng, tác động của gió sóng thủy triều…. Những ảnh hưởng này làm cho độ cao mực nước tại thuyền và tại bờ chênh nhau.
• Thiết bị đo sâu hồi âm chuyên dụng.
• Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện tương đối nhiều loại máy đo sâu hồi âm. Nhưng sản phẩm được sản xuất tại Mỹ như Odom Hydrotrac, MKII, MKIII, MULTYBEAM là tốt nhất, đo đạt độ chính xác cao.