Nghiên cứu ứng dụng Máy đo sâu hồi âm đa tia trong công tác khảo sát công trình tại Việt Nam

Nhu cầu ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia trong khảo sát công trình tại Việt Nam

Từ năm 2020 trở lại đây, nước ta đang đầu tư rất nhiều vào các công trình trên biển, yêu cầu đo đạc khảo sát địa hình đáy biển với độ chính xác cao. Cụ thể hơn có thể nói đến các công trình phát triển các 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, bảo vệ tài nguyên,..v…v….

Nếu như trước đây chúng ta sử dụng công nghệ đo sâu truyền thống như đo sào, đo sâu hồi âm đơn tia thì không thể đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác trong thời điểm hiện tại, khi đất nước đang đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá. Chính vì vậy, nghiên cứu ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia trong công tác khảo sát công trình là cần thiết, giúp đáp ứng được yêu cầu đó.

Máy đo sâu hồi âm đa tia và nguyên lý hoạt động

Máy đo sâu hồi âm đa tia (Multibeam Echo Sounder-MBES) là thiết bị được phát minh dựa trên cơ sở của máy hồi âm đơn tia. Khi ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia sẽ cho phép hệ thống khảo sát xác định chi tiết bề mặt của đáy biển từ nhiều tia đơn. Nhờ đó, kết quả của một lần đo sẽ xác định được hàng trăm điểm độ sâu trên một mặt phẳng vuông góc với đường đi của tàu hoặc cả một dải độ sâu có độ rộng nhất định (mặt cắt), tổng số các mặt cắt dọc của các kênh tín hiệu có thể tạo ra nhiều lần trên một giây.

Độ rộng của dải quét máy đo sâu hồi âm đa tia thường sẽ gấp 2 đến 7 lần độ sâu, góc mở của chùm tia có thể đạt đến trên 150 độ (tuỳ loại máy đo sâu và hãng sản xuất) và góc kẹp của các tia đơn kề nhau có thể nhỏ hơn 1 độ.

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm đa tia (Nguồn: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014).

Với hình 1 ở trên, ta có thể thấy máy đo sâu hồi âm đa tia có góc mở chùm tia phát là 120 độ, 25 chùm tia sóng phát ra và thu về, góc kẹp của mỗi chùm tia sống là từ 2,4 đến 5 độ.

Hình 2. Mô tả số liệu tính toán vị trí điểm và độ sâu của nước.

Bộ phát nhiều chùm tia cứ cách một khoảng thời gian nhất định lại phát xuống đáy nước một lần với một tần số nhất định, tín hiệu phát xuống đáy nước phản hồi trở lại được thu bằng hệ thống thu tín hiệu đặt ở thân tàu, giá trị vị trí và độ sâu của chúng đúng tính theo công thức sau:

Trong đó:

• θi - Góc kẹp của chùm tia sóng i với đường vuông góc.
• C - Tốc độ âm thanh trong nước.
• Δt - Khoảng thời gian từ lúc phát sóng đến lúc thu của chùm tia sóng thứ i.
• Xi - Khoảng cách từ điểm đo sâu đến đường dây dọi đi qua máy đo.
• Hi - Độ sâu từ máy đo đến đáy nước của chùm tia sóng i.

>>> Xem thêm: Sử dụng thiết bị nào trong hệ thống đo sâu đa tia?

Các ứng dụng của máy đo sâu hồi âm đa tia trong công tác khảo sát công trình

- Xử lý các nguồn sai số do tác động của môi trường

Các nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả đo sâu của môi trường đo gây nên có thể kể đến:

• Lắc ngang - Roll.
• Lắc dọc - Pitch.
• Lệch hướng chạy tàu - Heading.
• Sự giao động của tàu theo phương thẳng đứng - Heave.

Hình 4. Trạng thái của tàu chịu tác động của môi trường. (Nguồn: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014)

Các nguồn sai số này xảy ra thường do tác động của môi trường, ví dụ như sóng, gió, thủy triều… Tuy nhiên, nhờ có bộ cảm biến, các giá trị độ sâu tính được của máy đo sâu hồi âm đa tia đã được loại bỏ.

- Ứng dụng trong giải pháp định vị DGPS giúp tự động hóa việc trút số liệu

Các máy thu DGPS có khả năng tích hợp 2 dữ liệu GPS và GLONASS để giải bài toán định vị đã cho độ chính xác rất cao < 10 cm với độ ổn định tới 95%. Giải pháp này còn ưu việt hơn cả là không phụ thuộc vào vị trí khảo sát trên biển, thiết bị gọn nhẹ và kết nối với các thiết bị đo sâu đơn giản.

Hình 5. Giải pháp định vị DGPS thu và xử lý tín hiệu định vị ưu việt.

Đối với giải pháp định vị này, nếu sử dụng máy đo sâu đơn tia sẽ không có khả năng đo triều tự động nên mỗi khi đo tại khu vực nào đó sẽ cần tổ chức đo thuỷ triều bằng phương pháp đọc số trực tiếp qua mức nước trên thước đo và ghi lại thời gian. Tuy nhiên với máy đo sâu hồi âm đa tia, công việc này được thực hiện tự động thông qua bộ đo triều ký, số liệu thu được trút vào bộ xử lý thông qua cổng COM.

Hình 6. Hệ thống đo triều ký tự động.

- Ứng dụng thực nghiệm máy đo sâu hồi âm trong công tác khảo sát công trình biển ở Việt Nam

Dự án đầu tư xây dựng các bến cảng số 2, 3 và 4 cảng Quốc tế Cái Lân - TP.Hạ Long, Quảng Ninh với tổng số vốn đầu tư trên 155 triệu USD. Quy mô công suất thiết kế, khai thác của 3 bến là:

• Tổng chiều dài: 594m.
• Chiều sâu trước bến: 13m hải đồ.
• Bề rộng tuyến luồng: 130m.

Khả năng thông qua của cảng có công suất thiết kế tối đa đạt 1.000.000 TEUs. Khi đi vào hoạt động cảng có thể tiếp nhận tàu container sức chở 3.000 đến 4.000 TEUs và tàu hàng rời với trọng tải lên tới 50.000 DWT.

Hình 7. Toàn cảnh xây dựng cảng container Cái Lân - TP.Hạ Long, Quảng Ninh.

Dự án có khối lượng nạo vét rất lớn, nhà thầu yêu cầu phải cung cấp dữ liệu đo đạc bản đồ với chu kì 2 đến 3 ngày/lần để tính toán khối lượng và biện pháp thi công. Với tính năng ưu việt vượt trội về thời gian, mật độ điểm, độ chính xác, máy đo sâu hồi âm đa tia đã được nhà thầu lựa chọn để đo đạc và thành lập bản đồ địa hình đáy biển khu vực dự án.

Sản phẩm bản đồ khu vực bến số 3 được đo bằng máy đo sâu hồi âm đa tia:

Hình 8. Bản đồ đáy biển được biên tập từ dữ liệu máy đo sâu hồi âm đa tia.

Hình 9. Mặt cắt đáy biển được nội suy từ mô hình độ cao trên bản đồ.

Đánh giá ứng dụng của máy đo sâu hồi âm đa tia trong công tác khảo sát công trình

Sau các ứng dụng thực tế trên, kết quả thu được có thể đi đến các kết luận như sau:

Việc ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia trong công tác khảo sát địa hình để thành lập bản đồ địa hình đáy biển cho độ chính xác cao, đáp ứng được tiến độ theo yêu cầu, mang lại hiệu quả kinh tế.

So với các phương pháp đo đạc truyền thống máy đo sâu hồi âm đa tia có những tính năng ưu việt sau:

• Các thiết bị hiện đại, đồng bộ và độ ổn định cao giúp cho quá trình đo đạc được thực hiện tự động hoá hoàn toàn.
• Giải pháp kỹ thuật đã loại trừ các nguồn sai số do môi trường đo đạc trên biển gây nên như gió, sóng biển và thuỷ triều. Phương pháp định vị với thiết bị thu tiên tiến cho phép đo đạc ở bất cứ nơi đâu mà độ chính xác vẫn rất cao cỡ < 10 cm và ổn định đến 95%.
• Khả năng quét được 100% đáy biển cung cấp mô hình số địa hình chính xác và trung thực hơn nhiều so với phương pháp truyền thống.

Với độ chính xác đạt được, máy đo sâu hồi âm đa tia còn được ứng dụng trong công tác khảo sát lòng hồ thuỷ điện, đập nước phục vụ tưới tiêu để xác định khối lượng bùn lắng trong mùa mưa lũ,...

Mua máy đo sâu hồi âm ở đâu uy tín?

Hiện nay trên thị trường cũng có nhiều đơn vị cung cấp máy đo sâu hồi âm đa tia, tuy nhiên không phải đơn vị nào cũng vừa cung cấp sản phẩm, vừa đảm bảo hỗ trợ khách hàng trọn vòng đời sản phẩm trong quá trình sử dụng như tại Đất Hợp.

Công ty TNHH Đất Hợp hiện nay đang là một trong các đơn vị chuyên cung cấp giải pháp, thiết bị thủy đạc tại Việt Nam, trong đó có giải pháp đo sâu đa tia. Với mục tiêu hướng đến là trở thành Chuyên gia số 1 trong cung cấp giải pháp đo đạc biển, Đất Hợp tự tin và cam kết mang đến cho quý khách hàng những giải pháp, thiết bị hiệu quả và tối ưu nhất!

Để được tư vấn, hỗ trợ thêm thông tin chi tiết về máy đo sâu hồi âm đa tia, cũng như các thiết bị thủy đạc khác, hãy liên hệ ngay đến Đất Hợp qua HOTLINE 0903 825 125. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn!

Nguồn: ThS. Phạm Văn Quang, ThS. Diêm Công Trang (2014). “Nghiên cứu máy đo sâu hồi âm đa tia và khả năng ứng dụng trong công tác khảo sát công trình ở Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 3/2014.

>>> Xem thêm: Đo sâu hồi âm kết hợp thiết bị DGPS

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ:

CÔNG TY TNHH ĐẤT HỢP

Địa chỉ: Số 2, Đường số 4, Khu nhà ở Vạn Phúc 1, P. Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. HCM

Tel: (028).3.6208.606

Mobile: 0903 825 125

Email: cskh@dathop.com.vn

Website: https://dathop.com.vn/ - https://dathop.com/