Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống đo sâu đơn tia

Đối với các công việc ở các lĩnh vực đo đạc, khảo sát sông biển...thì giải pháp đo sâu là một giải pháp tối ưu. Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo sâu đơn tia là sử dụng phương pháp đo thủy âm đơn tia để đo vẽ, xác định địa hình đáy sông, biển.

Ứng dụng công nghệ đo sâu có thể giúp việc thành lập bản đồ độ sâu đáy biển trở nên dễ dàng hơn. Vấn đề quản lý và thực hiện công tác nạo vét duy tu các luồn hàng hải hải, khu nước, vùng nước cảng biển giờ đâu không còn là vấn đề lớn với các cơ quan lý.

Với những đặc tính vượt trội so với hình thức đo sâu thủ công bằng dây dọi/ sào đo sâu, hệ thống đo sâu đơn tia nhỏ gọn, không thấm nước, dễ dàng sử dụng. Sử dụng ít nhân lực, chịu được thời tiết khắc nghiệt. Thời gian hoàn thành công việc nhanh cũng là một trong những đặc tính của hệ thống đo sâu này.

Hệ thống đo sâu đơn tia bao gồm các thiết bị nào?

Thiết bị đo sâu hồi âm đơn tia.
Thiết bị định vị vệ tinh (DGPS hoặc GPS RTK).
Phần mềm thu thập và xử lý số liệu đo sâu.
Máy tính chuyên dụng

Hình 1. Hệ thống đo sâu đơn tia.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo sâu đơn tia

1. Thiết bị đo sâu đơn tia:

Sử dụng phương pháp đo thủy âm đơn tia để đo vẽ, xác định địa hình đáy sông, biển.

Đầu dò của máy đo sâu (Transducer) của thiết bị được gắn vào mạn tàu/thuyền khảo sát bằng thanh nối đầu dò, và hạ xuống phía dưới nước khi hoạt động, phát ra chùm sóng âm với tần số 200 kHz và thu nhận âm dội lại: Xử lý tín hiệu, tính toán thời gian nhận tín hiệu để tính ra được khoảng cách từ mặt dưới đầu dò đến bề mặt phản xạ.

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị đo sâu.

2. Thiết bị định vị vệ tinh (GPS): Global Positioning Systems

Thiết bị định vị vệ tinh GPS là thiết bị thu tín hiệu từ các vệ tinh nhân tạo bay vòng quanh trái đất theo các quỹ đạo rất chính xác để xác định vị trí một điểm trên bề mặt trái đất.

Hình 3. Sơ đồ định vị của hệ thống GPS.

Thiết bị thu tín hiệu phải thu cùng lúc ít nhất 3 vệ tinh để có thể xác định tọa độ của một điểm trên mặt đất. Sai số vị trí điểm thường từ 3-5m (điều kiện lý tưởng).

Để làm giảm sai số cho vị trí điểm trong công tác xác định vị trí, có 02 phương pháp để gia tăng độ chính xác như sau: DGPS hoặc RTK.

- DGPS (Differential Global Positioning Systems):

Sử dụng các tín hiệu cải chính để làm tăng độ chính xác vị trí. Có 2 phương pháp cho việc sử dụng tín hiệu cải chính của thiết bị DGPS.

+ Sử dụng trạm tham chiếu mặt đất:

DGPS sử dụng thêm một mạng lưới các trạm mặt đất cố định (trạm tham chiếu) để thu tín hiệu từ GPS để xác định vị trí của nó. Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến các khối xử lý để xử lý dữ liệu và xác định các sai số và sửa đổi các sai số để đặt độ chính xác cao hơn.

Các tín hiệu hiệu chỉnh sau khi xử lý sẽ được các trạm DGPS phát đi bằng sóng vô tuyến (UHF) với độ sai số tiêu chuẩn 1m.

Hình 4. Sơ đồ hoạt động trạm tham chiếu DGPS mặt đất và thiết bị thu DGPS.

+ Sử dụng sóng hiệu chỉnh L band:

Ngày nay với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật, các tín hiệu hiệu chỉnh sẽ được cung cấp trực tiếp thông qua tín hiệu L – band của các vệ tinh GPS với các độ chính xác khác nhau (từ vài cm đến 1m).

Hình 5. Mô hình hoạt động DGPS sử dụng sóng hiệu chỉnh L-band

Đây là bước tiến vượt bậc cho việc xác định vị trí đối với các vùng không thể nhận tín hiệu từ các trạm tham chiếu mặt đất.

- RTK (Real – Time Kinematic):

Đây là phương pháp đo động xử lý tức thời trên nguyên tắc sử dụng một trạm cơ sở (Base) thông qua việc thu định vị vệ tinh nhân tạo tính toán ra một số nguyên đa trị N (có thể hiểu đơn giản là số gia cải chính).

Số gia cải chính này sẽ được phát ra và mang tới vị trí đặt các máy di động (Rover) nhằm mục đích hiệu chỉnh vị trí các máy di động để đạt được độ chính xác cao.

Hình 6. Sơ đồ hoạt động của phương pháp RTK.

Sai số vị trí điểm của phương pháp này chỉ khoảng vài cm.

3. Phần mềm thu thập và xử lý số liệu:

Phần mềm có chức năng thu thập và đồng bộ đồng thời các giá trị từ các thiết bị đo sâu và GPS để xác định vị trí và độ sâu tức thời tại một điểm.

Phần mềm phải được cài đặt trên laptop chuyên dụng

Hình 7. Sơ đồ kết nối thiết bị vào phần mềm.

Một số tính năng phần mềm bắt buộc:

Cài đặt hệ tọa độ địa phương.
Thiết kế tuyến đo, kênh, mặt cắt.
Hỗ trợ hải đồ điện tử chuẩn S63.
Thu thập và xử lý số liệu đo sâu đơn tia.
Dẫn hướng đến khu vực biển đề nghị được giao.

Hình 8. Phần mềm thủy đạc chuyên dụng và hải đồ điện tử.

4. Máy tính chuyên dụng:

Máy tính dùng để cài đặt phần mềm thu thập và xử lý số liệu đo sâu. Có khả năng chống bụi và chống nước theo tiêu chuẩn MIL-STD-810G để sử dụng trong môi trường biển.