Ngày nay, để tăng cường hiệu quả hoạt động của các máy đo sâu hồi âm, đã có rất nhiều công nghệ được phát triển và tích hợp trên thiết bị. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng tìm hiểu về 6 công nghệ mới trên máy đo sâu hồi âm.
Công nghệ đa tia trên máy đo sâu hồi âm
Được phát triển đầu tiên vào năm 1970, công nghệ đa tia trên máy đo sâu hồi âm là một bước tiến đột phá trong lĩnh vực đo lường địa hình đáy biển, thu thập dữ liệu chi tiết và toàn diện hơn so với truyền thống. Sử dụng nhiều tia âm thanh được phát ra đồng thời, quét một vùng rộng lớn của đáy biển và thu thập dữ liệu phản hồi từ nhiều điểm khác nhau.
Công nghệ đa tia trên máy đo sâu hồi âm.
– Nguyên lý hoạt động của công nghệ đa tia trên máy đo sâu hồi âm
- Phát tia âm thanh: Phát ra nhiều tia âm thanh theo hình quạt, bao phủ một vùng rộng lớn của đáy biển.
- Tương tác với đáy biển: Tia âm thanh truyền qua nước và tương tác với đáy biển, phản xạ một phần năng lượng trở lại hệ thống thu.
- Thu và phân tích tín hiệu phản hồi: Thu nhận tín hiệu phản hồi từ mỗi tia âm thanh và tính toán thời gian cần thiết để tia âm thanh đi và về.
- Xử lý dữ liệu: Dữ liệu thu thập được xử lý bằng các thuật toán phức tạp để tạo ra bản đồ đáy biển 3D chi tiết, bao gồm thông tin về độ sâu, địa hình, và cấu trúc đáy biển.
– Ưu điểm của công nghệ đo sâu hồi âm đa tia
- Độ phân giải cao: Cung cấp bản đồ đáy biển có độ phân giải cao hơn nhiều so với các phương pháp đo sâu truyền thống, cho phép phát hiện các chi tiết nhỏ và chính xác hơn.
- Phạm vi rộng: Khả năng quét một vùng rộng lớn của đáy biển trong một lần đo, tiết kiệm thời gian và chi phí khảo sát.
- Độ chính xác cao: Sử dụng các thuật toán tiên tiến để tính toán vị trí chính xác của từng điểm đo, giảm thiểu sai số.
- Khả năng thu thập dữ liệu trong môi trường phức tạp: Hoạt động hiệu quả trong các khu vực có địa hình phức tạp, nước đục hoặc có nhiều vật cản.
- Cung cấp thông tin chi tiết về đáy biển: Ngoài độ sâu và địa hình, công nghệ đa tia còn có thể cung cấp thông tin về cấu trúc đáy biển, thành phần vật liệu, và sự hiện diện của các vật thể dưới nước.
– Ứng dụng của công nghệ đo sâu hồi âm đa tia
- Lập bản đồ đáy biển: Tạo ra bản đồ 3D chi tiết của đáy biển, phục vụ cho các mục đích như nghiên cứu khoa học, lập kế hoạch xây dựng, và quản lý môi trường biển.
- Khảo sát tài nguyên: Xác định vị trí và đánh giá trữ lượng các tài nguyên như dầu khí, khoáng sản, và hải sản.
- Xây dựng và phát triển hạ tầng: Hỗ trợ thiết kế và thi công các công trình ven biển như cảng biển, cầu cống, và đường hầm.
- Hải quân và an ninh quốc phòng: Lập bản đồ hải đồ, phát hiện tàu ngầm và bom mìn, và hỗ trợ các hoạt động tìm kiếm cứu nạn.
- Nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu địa chất, sinh vật học và hải dương học của đáy biển.
Một số máy đo sâu hồi âm đang sử dụng công nghệ này như: R2Sonic Q2000, GeoSwath 6000, Odom HyproMAP 6000, Reson SeaBat 7200,…
Công nghệ mảng phẳng (Flat Array) và công nghệ cong (Curved Array) trên máy đo sâu hồi âm
Mảng phẳng (Flat Array): Gồm nhiều bộ phận phát và thu âm thanh được sắp xếp theo một mặt phẳng. Thiết kế này tạo ra các chùm âm thanh có góc phủ rộng và độ phân giải cao, phù hợp cho các khu vực đáy biển bằng phẳng.
Mảng cong (Curved Array): Gồm nhiều bộ phận phát và thu âm thanh được sắp xếp theo một mặt cong. Thiết kế này giúp tập trung chùm âm thanh vào một khu vực cụ thể, mang lại độ chính xác cao hơn khi đo các địa hình phức tạp như rãnh, vách đá hoặc các vật thể dưới nước.
| Ưu điểm | Nhược điểm | |
|---|---|---|
| Flat Array | – Góc phủ rộng – Độ phân giải cao – Giá thành rẻ |
– Độ chính xác thấp hơn ở địa hình phức tạp – Giá thành cao |
| Curved Array | – Độ chính xác cao – Khả năng đo địa hình phức tạp tốt |
– Góc phủ hẹp – Độ phân giải thấp hơn |
| Đế thu dạng phẳng Flat Array | |
|---|---|
| Địa hình phẳng | Địa hình gồ ghề |
 |
 |
| Đế thu dạng vòm Cured Array | |
| Địa hình phẳng | Địa hình gồ ghề |
 |
 |
Ví dụ về máy đo sâu hồi âm sử dụng Mảng phẳng và Mảng cong:
- Mảng phẳng:
+ Reson SeaBat 7125: Máy đo sâu hồi âm đa tia sử dụng mảng phẳng, cung cấp dữ liệu độ phân giải cao về địa hình đáy biển.
+ EIVA NaviGator: Hệ thống khảo sát đa tia sử dụng mảng phẳng, tích hợp nhiều tính năng tiên tiến như định vị dưới nước, bù trừ chuyển động và xử lý dữ liệu.
- Mảng cong:
+ Kongsberg EM 2040C: Máy đo sâu hồi âm đa tia sử dụng mảng cong, cung cấp dữ liệu độ phân giải cao và độ chính xác cao về địa hình đáy biển.
+ Caris HIPS & SIPS: Hệ thống phần mềm xử lý dữ liệu khảo sát tích hợp với nhiều loại máy đo sâu hồi âm sử dụng mảng cong, giúp tạo ra bản đồ đáy biển 3D chi tiết và chính xác.
Hệ thống định vị quán tính INS – Interial Mavigation System
Năm 1950 Công nghệ INS này đầu tiên được sử dụng trong mục đích thương mại, là một hệ thống định vị tiên tiến sử dụng các cảm biến đo gia tốc, tốc độ góc và hướng để xác định vị trí, vận tốc và hướng của vật thể mà nó được gắn trên. Hệ thống này hoạt động độc lập và không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài như GPS, mang lại độ chính xác và độ tin cậy cao trong nhiều môi trường khác nhau.
– Nguyên tắc hoạt động của hệ thống định vị quán tính INS trên máy đo sâu hồi âm
INS sử dụng ba cảm biến chính:
- Gia tốc kế: Đo gia tốc của vật thể theo ba trục (x, y, z).
- Con quay hồi chuyển: Đo tốc độ góc của vật thể theo ba trục (roll, pitch, yaw).
- La bàn điện tử: Đo hướng của vật thể so với từ trường Trái đất.
Xử lý dữ liệu: Dữ liệu từ các cảm biến được xử lý bởi các thuật toán phức tạp để tính toán vị trí, vận tốc và hướng của vật thể theo thời gian.
Cập nhật liên tục: INS liên tục cập nhật vị trí, vận tốc và hướng của vật thể, ngay cả khi không có tín hiệu bên ngoài.
– Ưu điểm của hệ thống định vị quán tính INS trên máy đo sâu hồi âm
- Độ chính xác cao: INS cung cấp độ chính xác cao, đặc biệt trong môi trường hạn chế tín hiệu GPS như bên trong tòa nhà, dưới nước hoặc trong các hẻm núi sâu.
- Độ tin cậy cao: INS hoạt động độc lập và không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài, đảm bảo hoạt động ổn định và tin cậy trong mọi điều kiện.
- Khả năng hoạt động đa dạng: INS có thể hoạt động trên nhiều phương tiện khác nhau như máy bay, tàu thuyền, xe tự lái, robot và thậm chí cả con người.
- Dễ dàng tích hợp: INS có kích thước nhỏ gọn và dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác.
– Nhược điểm của hệ thống định vị quán tính INS trên máy đo sâu hồi âm
- Sai số tích lũy: INS có thể bị ảnh hưởng bởi sai số tích lũy theo thời gian, dẫn đến độ chính xác giảm dần.
- Giá thành cao: Hệ thống INS cao cấp có thể có giá thành cao hơn so với các hệ thống định vị khác.
- Yêu cầu chuyên môn kỹ thuật: Việc sử dụng và xử lý dữ liệu INS đòi hỏi một số kiến thức và kỹ năng chuyên môn.
– Ứng dụng của hệ thống định vị quán tính INS trên máy đo sâu hồi âm
- Nâng cao độ chính xác và chi tiết trong bản đồ khảo sát địa hình, mỏ khoáng sản, môi trường, khảo cổ, thi công
- Kết hợp tốt với GPS yếu hoặc bị nhiễu: trong long đất, núi cao, khu vực đô thị,…
- Cải thiện hiệu quả và độ an toàn: giảm thời gian khảo sát, hổ trợ khảo sát tự động
Trí tuệ nhân tạo (AI): Tự động phân tích dữ liệu, phát hiện mẫu và đưa ra dự đoán
2010 AI đầu tiên được tích hợp vào máy đo sâu hồi âm, công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) đang được tích hợp vào máy đo sâu hồi âm để nâng cao hiệu quả, độ chính xác và khả năng tự động hóa trong các hoạt động khảo sát dưới nước. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của AI trong lĩnh vực này:
Phân loại và phân tích dữ liệu:
- AI có thể tự động phân loại các loại địa hình đáy biển khác nhau, chẳng hạn như cát, bùn, đá, san hô, v.v., giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho các nhà phân tích dữ liệu.
- AI có thể phân tích dữ liệu sonar để phát hiện các vật thể dưới nước như tàu đắm, mỏ khoáng sản, cáp ngầm, v.v., giúp các nhà khảo sát xác định vị trí và nghiên cứu các đối tượng này hiệu quả hơn.
- AI có thể loại bỏ nhiễu và tiếng ồn trong dữ liệu sonar, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh và độ chính xác của bản đồ đáy biển.
Tự động hóa các hoạt động khảo sát:
- AI có thể lập kế hoạch quét sonar tự động, tối ưu hóa đường đi của tàu khảo sát để thu thập dữ liệu hiệu quả nhất.
- AI có thể điều khiển các hệ thống sonar phức tạp, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và nâng cao độ chính xác của dữ liệu thu thập được.
- AI có thể tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như GPS, máy đo độ sâu, cảm biến quán tính, v.v., để tạo ra mô hình 3D toàn diện về môi trường dưới nước.
Nâng cao độ chính xác và độ tin cậy:
- AI có thể sử dụng các thuật toán học máy để học hỏi từ dữ liệu khảo sát trước đây, giúp cải thiện độ chính xác của việc phân loại địa hình, phát hiện vật thể và tạo bản đồ đáy biển.
- AI có thể kết hợp với các hệ thống định vị khác như GPS và INS để nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu vị trí.
- AI có thể tự động phát hiện và sửa lỗi trong dữ liệu sonar, giúp đảm bảo chất lượng cao của bản đồ đáy biển.
Mở ra những khả năng mới:
- AI có thể giúp phát triển các phương pháp khảo sát dưới nước mới, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
- AI có thể được sử dụng để khảo sát các khu vực dưới nước sâu và nguy hiểm, nơi con người khó có thể tiếp cận.
- AI có thể giúp nghiên cứu và hiểu biết sâu sắc hơn về môi trường biển, góp phần bảo vệ và quản lý tài nguyên biển hiệu quả.
Ví dụ về ứng dụng AI trong máy đo sâu hồi âm:
- DeepGest: Hệ thống AI sử dụng học sâu để tự động phân loại các loại địa hình đáy biển từ dữ liệu sonar.
- SEAVIEW AI: Hệ thống AI phát hiện và phân tích các vật thể dưới nước như tàu đắm, mỏ khoáng sản, cáp ngầm từ dữ liệu sonar.
- ELAI: Hệ thống AI tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau để tạo ra mô hình 3D toàn diện về môi trường dưới nước.
Các loại máy đang sử dụng công nghệ AI: Cari HIPS&SIPS, Kongsberg EM Series, Reson SeaBat Series, Teledyne ODOM EchoPro Series, EIVA NaviGator
Công nghệ đa quang phổ (Multispectral) trên máy đo sâu hồi âm
Công nghệ đa quang phổ (Multispectral), đến những năm 2000 mới được sử dụng trong máy đo sâu. trong đo sâu hồi âm đây là một kỹ thuật tiên tiến sử dụng nhiều tia âm thanh ở các tần số khác nhau để thu thập dữ liệu về đáy biển.
Khác với các hệ thống đo sâu hồi âm truyền thống chỉ sử dụng một tần số, công nghệ đa quang phổ thu thập thông tin từ nhiều dải tần số, cho phép phân tích chi tiết hơn về thành phần và đặc tính của đáy biển.
Công nghệ đa quang phổ (Multispectral) trên máy đo sâu hồi âm.
– Nguyên lý hoạt động của công nghệ đa quang phổ trên máy đo sâu hồi âm
- Phát tia âm thanh: Hệ thống phát ra nhiều tia âm thanh ở các tần số khác nhau, bao phủ một vùng rộng lớn của đáy biển.
- Tương tác với đáy biển: Tia âm thanh truyền qua nước và tương tác với đáy biển, phản xạ một phần năng lượng trở lại hệ thống thu.
- Thu và phân tích tín hiệu phản xạ: Hệ thống thu nhận tín hiệu phản xạ ở mỗi tần số và phân tích cường độ và độ trễ của tín hiệu.
- Xử lý dữ liệu: Dữ liệu thu thập được xử lý bằng các thuật toán chuyên dụng để tạo ra bản đồ đáy biển chi tiết, bao gồm thông tin về độ sâu, địa hình, và thành phần vật liệu.
– Ứng dụng của công nghệ đa quang phổ trên máy đo sâu hồi âm
- Lập bản đồ môi trường sống đáy biển: Xác định và lập bản đồ các loại môi trường sống đáy biển khác nhau, quan trọng cho bảo tồn và quản lý.
- Nghiên cứu vận chuyển trầm tích: Theo dõi chuyển động của trầm tích theo thời gian, giúp hiểu được sự xói mòn và lắng đọng ven biển.
- Khảo sát khảo cổ: Định vị và lập bản đồ các di tích khảo cổ dưới nước.
- Phát hiện mìn: Phát hiện và lập bản đồ mìn dưới nước.
– Lợi ích của công nghệ đa quang phổ trên máy đo sâu hồi âm
- Phân tích chi tiết hơn: Cung cấp thông tin về thành phần vật liệu, cấu trúc hạt, và sự hiện diện của các vật thể trên đáy biển.
- Phân biệt các loại đáy biển: Phân biệt được các loại đáy biển khác nhau như cát, bùn, đá, san hô,…
- Phát hiện các vật thể: Phát hiện các vật thể chìm dưới nước như xác tàu, bom mìn,…
- Cải thiện độ chính xác: Nâng cao độ chính xác của bản đồ đáy biển, đặc biệt trong môi trường nước đục hoặc có nhiều nhiễu.
- Khảo sát đáy biển: Lập bản đồ chi tiết về địa hình, thành phần vật liệu, và các đối tượng trên đáy biển.
- Nghiên cứu môi trường biển: Phân tích sự phân bố của các trầm tích, sinh vật biển, và chất ô nhiễm.
- Tìm kiếm và cứu hộ: Phát hiện các vật thể chìm dưới nước như xác tàu, máy bay,…
- Lập kế hoạch xây dựng: Cung cấp dữ liệu về đáy biển cho việc xây dựng các công trình ven biển như cầu, bến tàu,…
- Quản lý nguồn tài nguyên biển: Theo dõi và đánh giá tình trạng các nguồn tài nguyên biển như san hô, cá,…
Những thiết bị đang được tích hợp công nghệ này như: GeoSwath 6000T, Reson SeaBat 7200 MKI, Teledyne Optech SHOAL A90
Công nghệ đo độ sâu quang học (Optical Depth Sensing) trên máy đo sâu hồi âm
Đến 2020 công nghệ này mới được tích hợp trên máy đo sâu, Cảm biến độ sâu quang học (ODS) là một công nghệ sử dụng ánh sáng để đo độ sâu của nước. Nó hoạt động bằng cách phát ra một xung ánh sáng và đo thời gian cần thiết để xung ánh sáng này đi đến đáy biển và phản xạ trở lại cảm biến. Độ sâu của nước được tính toán dựa trên tốc độ ánh sáng và thời gian di chuyển.
– Ưu điểm của công nghệ đo độ sâu quang học trên máy đo sâu hồi âm
So với máy đo sâu hồi âm truyền thống sử dụng sóng âm thanh, ODS mang lại một số ưu điểm như:
- Độ chính xác cao: ODS có thể đo độ sâu với độ chính xác cao hơn, đặc biệt là ở những vùng nước nông và trong.
- Độ phân giải cao: ODS có thể cung cấp dữ liệu độ phân giải cao về độ sâu của nước, giúp tạo ra bản đồ đáy biển chi tiết hơn.
- Tốc độ đo nhanh: ODS có thể đo độ sâu nhanh hơn so với máy đo sâu hồi âm truyền thống.
- Kích thước nhỏ gọn: ODS có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt trên các thiết bị đo lường nhỏ.
- Hoạt động trong môi trường ồn: ODS có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều tiếng ồn, chẳng hạn như gần các động cơ tàu thuyền.
– Ứng dụng của công nghệ đo độ sâu quang học trên máy đo sâu hồi âm
- Khảo sát đáy biển: ODS được sử dụng để đo độ sâu của nước và tạo ra bản đồ đáy biển chi tiết.
- Nghiên cứu môi trường biển: ODS được sử dụng để nghiên cứu các thông số môi trường biển như độ trong, độ đục, tảo, v.v.
- Lập kế hoạch xây dựng ven biển: ODS được sử dụng để lập kế hoạch xây dựng các công trình ven biển như bến tàu, cầu cảng, v.v.
- Robot tự hành dưới nước: ODS được sử dụng để điều hướng robot tự hành dưới nước.
Ví dụ về máy đo sâu hồi âm sử dụng ODS:
- SeaDrone X4: Máy đo sâu hồi âm di động sử dụng ODS và sonar để đo độ sâu, tạo bản đồ đáy biển và thu thập dữ liệu môi trường.
- Delphin USV: Xe tự hành dưới nước sử dụng ODS và sonar để thu thập dữ liệu về địa hình đáy biển, thảm thực vật biển và chất lượng nước.
- AquaMap Wavewalker: Hệ thống đo lường di động sử dụng ODS và các cảm biến khác để thu thập dữ liệu về sóng, dòng chảy và chất lượng nước.
Ngoài ra còn nhiều công nghệ khác như: công nghệ mô hình hóa 3D, công nghệ Underwater Positioning System,…
Để được tư vấn và tìm hiểu chi tiết hơn về các công nghệ trên máy đo sâu hồi âm, cũng như dòng máy đo sâu hồi âm phù hợp cho công việc, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 ngay hôm nay!
>>> Xem thêm: Tại sao máy đo sâu hồi âm đời mới không được trang bị máy in?
