Những điều cần biết về hệ thống đo sâu đơn tia

Hệ thống đo sâu đơn tia ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công tác khảo sát thủy đạc. Vậy hệ thống đo sâu đơn tia là gì, bao gồm các thiết bị nào? Nguyên lý hoạt động của hệ thống này ra sao? Hãy cùng Đất Hợp tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!

Hệ thống đo sâu đơn tia là gì?

- Khái niệm Hệ thống đo sâu đơn tia

Đo sâu đơn tia là việc thực hiện xác định độ sâu mực nước của một điểm bất kỳ trên biển, sông, hồ và tọa độ của chính điểm đó bằng cách sử dụng một chùm tia hay còn gọi là phương pháp đo thủy âm đơn tia. Hệ thống đo sâu đơn tia là sự kết hợp, tích hợp giữa các thiết bị, phần mềm để thu thập dữ liệu một cách chính xác, hiệu quả.

Công nghệ đo sâu đơn tia ngày nay đang được sử dụng phổ biến trong công tác thành lập bản đồ độ sâu của đáy biển cũng như hỗ trợ cho các vấn đề liên quan đến quản lý và nạo vét duy tu các tuyến luồng hàng hải, khu vực cảng biển một cách đơn giản, dễ dàng hơn. Ngoài ra, hình thức đo sâu đơn tia giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và nhân lực hơn so với những hình thức đo sâu truyền thống, thủ công bằng sào hay dây dọi.

- Hệ thống đo sâu đơn tia bao gồm những gì?

Một hệ thống đo sâu đơn tia cơ bản, bao gồm các bộ phận sau:

Máy đo sâu đơn tia: Đầu dò của máy đo sâu đơn tia được gắn vào mạn thuyền (tàu) khảo sát bằng thành nối và khi đo sẽ được hạ xuống dưới nước. Khi hoạt động, đầu dò sẽ phát ra chùm sóng âm và thu nhận âm dội lại, sau đó xử lý dữ liệu và tính toán để có được khoảng cách từ đầu dò cho đến bề mặt sóng âm phản xạ.
Máy định vị DGPS (hay GPS): Thu tín hiệu từ vệ tinh xung quanh Trái Đất nhằm xác định vị trí của một điểm trên mặt đất. Thiết bị này phải có khả năng thu được ít nhất cùng lúc 3 vệ tinh để xác định được tọa độ điểm.
Phần mềm chuyên ngành thủy đạc: Phần mềm đảm nhiệm vai trò thu thập và đồng bộ những giá trị thu thập được từ thiết bị đo sâu đơn tia và máy định vị để xác định độ sâu và vị trí tức thời của một điểm. Phần mềm này cần phải được cài đặt trên máy tính chuyên dụng và bắt buộc phải có các tính năng như: cài đặt hệ tọa độ của địa phương; thu thập, xử lý số liệu đo sâu đơn tia; thiết kế tuyến đo, mặt cắt, kênh; hỗ trợ hải đồ điện tử; dẫn hướng, dẫn đường đến khu vực biển nhất định.
Máy tính chuyên dụng: Để cài đặt được phần mềm thu thập và xử lý số liệu đo sâu đơn tia cần phải có máy tính chuyên dùng. Mặt khác, trong môi trường làm việc gần biển, sông, hồ, máy tính sử dụng cần phải đạt một số tiêu chuẩn bảo vệ như chống nước, chống bụi,...

Hình 1. Hệ thống đo sâu đơn tia.

Ngoài ra, đối với một số công việc đặc thù, đòi hỏi thêm những thông tin, dữ liệu đặc biệt khác, người dùng có thể kết hợp thêm một số thiết bị khác vào hệ thống đo sâu đơn tia của mình, ví dụ như:

Thiết bị cảm biến chuyển động (Motion Sensor): Trong hệ thống đo sâu đơn tia, khi tích hợp thêm cảm biến chuyển động sẽ giúp tăng độ chính xác của dữ liệu bằng cách tính chuyển động nhấp nhô của tàu (giá trị Heave).
Thiết bị đo vận tốc âm thanh theo cột nước: Được sử dụng trong hệ thống đo sâu đơn tia để xác định vận tốc âm theo cột nước, giúp hiệu chỉnh độ chính xác của những kết quả đo sau khi xử lý.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo sâu đơn tia

Hệ thống đo sâu đơn tia được thực hiện theo nguyên lý phát ra một chùm tia sóng âm vào nước và đo thời gian sóng âm đó phản xạ lại từ bề mặt đáy biển để tính toán độ sâu mực nước của vị trí điểm cần đo.

Đo sâu đơn tia được hoạt động dựa trên nguyên lý về sự khác biệt giữa tốc độ truyền sóng âm trong các điều kiện môi trường khác nhau. Tốc độ truyền của sóng âm trong môi trường nước là khoảng 1500 mét/giây. Khi thực hiện đo, đầu dò của máy đo sâu đơn tia được gắn vào mạn thuyền và thả xuống nước và phát ra sóng âm, từ đó sóng âm sẽ đi qua môi trường nước, tiếp xúc với bề mặt đáy rồi phản xạ lại. Qua đó, người đo sẽ xác định được thời gian từ khi sóng âm được phát ra đến khi phản xạ trở lại để tính toán, chuyển đổi thành giá trị độ sâu của vị trí đo.

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo sâu đơn tia.

Ứng dụng của hệ thống đo sâu đơn tia

Hệ thống đo sâu đơn tia là một công cụ quan trọng đối với việc đo đạc độ sâu của vị trí bất kỳ trên mặt nước. Hệ thống này được ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực, có thể kể đến như:

Khảo sát địa hình đáy, xác định sự tồn tại của lớp vật chất (phù sa lắng đọng, bùn loãng,...) với mật độ thấp hay thảm thực vật ở đáy.
Hỗ trợ thi công công trình nạo vét.
Bảo đảm an toàn tàu thuyền khi lưu thông hàng hải.
Hỗ trợ nghiên cứu địa chất dưới đáy biển.
Đánh giá tài nguyên biển như khí đốt, khoáng sản, dầu,...
Đánh giá môi trường sống thủy sản.
.v.v….

Một số lưu ý khi thực hiện đo sâu đơn tia

- Hiện tượng giao thoa sóng âm trong đo sâu đơn tia

Trong trường hợp có hai tàu đang di chuyển gần nhau và đang dùng máy đo sâu đơn tia với sóng âm có tần số xấp xỉ nhau. Khi đó, sóng siêu âm phát đi từ đầu dò đo sâu đơn tia của hai tàu có một vùng bị đan chéo với nhau.

Hình 3. Hiện tượng giao thoa sóng âm trong đo sâu đơn tia.

Về cơ bản, khi hiện tượng giao thoa sóng âm xảy ra, trên băng giấy ghi sẽ hiển thị những đường đứt quãng song song hoặc chéo nhau. Tuy nhiên, điều này không tác động đến giá trị kết quả đo sâu.

Hình 4. Băng giấy ghi khi xảy ra hiện tượng giao thoa sóng âm.

- Sóng âm phản xạ nhiều lần khi đo sâu đơn tia

Đối với các khu vực có chất đáy rắn và máy đo sâu đơn tia phát sóng siêu âm với công suất lớn, khi sóng âm xuyên xuống nước đến đáy biển thì một phần năng lượng bị hấp thụ bởi đáy biển và chỉ có một phần năng lượng phản xạ trở lại. Có thể nhận biết tình trạng này khi đọc độ sâu được ghi từ băng giấy có hình dạng song song và đồng dạng với nhau (như hình dưới).

Hình 5. Hiện tượng sóng âm phản xạ nhiều lần trong đo sâu đơn tia.

- Trường hợp bất thường do dòng hải lưu nóng hoặc lạnh trong nước

Môi trường nước mà sóng siêu âm của máy đo sâu đơn tia truyền đi được xem là môi trường đồng nhất về nhiệt độ, độ mặn,... Trong trường hợp dòng hải lưu nóng hoặc lạnh chảy ngầm dưới lòng của đại dương sẽ tạo ra hai môi trường không được đồng nhất và ngăn cách đến môi trường thứ hai và một phần khác sẽ được phản xạ lại màng thu sóng siêu âm và hiển thị trên băng giấy ghi độ sâu như hình vẽ bên dưới.

Hình 6. Nhiễu do dòng hải lưu khi đo sâu đơn tia.

- Nhiễu do vật cản dưới nước khi đo sâu đơn tia

Bất kỳ một vật cản nào như đàn cá, băng trôi trong nước đều được xem là môi trường không đồng nhất khi sóng âm truyền đi trong nước. Khi đó, một phần sóng âm phản xạ trở lại sẽ làm hiển thị trên băng giấy hình ảnh lơ lửng giữa mặt nước và đáy biển. Hiện tượng nhiễu do vật cản này chỉ xảy ra khi máy đo sâu đang hoạt động với tần số cao (khoảng 120 đến 200kHz).

Hy vọng thông qua bài viết này, bạn đã hiểu thêm về hệ thống đo sâu đơn tia và thực hiện công việc đo sâu dễ dàng hơn. Mọi thắc mắc, thông tin chi tiết về hệ thống đo sâu đơn tia cũng như giải pháp, thiết bị thủy đạc khác, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 để được hỗ trợ nhanh chóng nhất!

>>> Xem thêm: Nghiên cứu ứng dụng máy đo sâu hồi âm đa tia trong công tác khảo sát công trình tại Việt Nam

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ: