Đo hồi âm là công nghệ đã quá quen thuộc trong khảo sát biển. Tuy nhiên, không phải bất kỳ ai cũng biết các kỹ thuật đo sâu hồi âm. Bài viết sau đây Đất Hợp sẽ giới thiệu về 2 kỹ thuật đo hồi âm đang được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực khảo sát thủy đạc.
Đo hồi âm là gì?
– Khái niệm đo hồi âm
Đo hồi âm, hay còn gọi là đo sâu hồi âm, là một dạng sonar công suất nhỏ, được sử dụng để xác định độ sâu của vùng nước. Thiết bị này hoạt động bằng cách phát ra xung siêu âm vào bề mặt phản xạ (như bùn, cát, đáy sông, đáy biển hay đáy ao hồ) và thu nhận tín hiệu phản hồi từ đáy nước, từ đó tính toán độ sâu.
Đo hồi âm hoạt động bằng cách phát xung siêu âm vào bề mặt phản xạ và thu tín hiệu phản hồi.
Nguyên lý hoạt động của đo sâu hồi âm dựa trên công thức S=v x t trong đó:
- S là khoảng cách truyền âm,
- v là tốc độ âm thanh,
- t là thời gian truyền âm.
Trong thực tế, khi sóng âm được phát qua nước và gặp bề mặt phản xạ, nó sẽ phản hồi lại bộ phận ghi nhận. Tốc độ âm thanh là một hằng số, vì vậy thời gian truyền âm sẽ thay đổi. Do đó, khoảng cách từ bộ phận phát sóng đến bề mặt phản xạ được tính bằng h = S/2 = ½ (v × t).
– Máy đo sâu hồi âm
Các thiết bị đo sâu hồi âm thường được triển khai trên tàu thuyền để xác định độ sâu đáy nước ở những khu vực nông như sông, hồ, biển ven bờ, và các khu vực gần đảo hay rạn san hô.
Các dòng máy đo sâu hồi âm được ứng dụng trong quân sự, nghiên cứu thủy văn, khảo sát biển và sông hồ, cũng như phục vụ cho mục đích dân sự như tìm kiếm luồng lạch để di chuyển an toàn.
Trước khi có các hệ đo lường chuẩn quốc tế như SI, ở một số quốc gia, độ sâu nước thường được đo bằng đơn vị sải (Fathom), vì vậy thiết bị này còn được gọi là máy đo sải nước (Fathometer).
2 kỹ thuật đo hồi âm trong khảo sát thủy đạc
– Kỹ thuật đo hồi âm kết hợp GPS-RTK
Kỹ thuật này sử dụng đo động thời gian thực với máy thu GPS hai tần số, mang lại độ chính xác cao ở mức mm đến cm về độ cao.
Mô tả kỹ thuật đo hồi âm kết hợp GPS-RTK.
Nguyên tắc xác định độ sâu đáy sông dựa trên kỹ thuật RTK bao gồm các yếu tố sau:
h: Độ chênh cao giữa hai anten của trạm cơ sở và trạm động, xác định bằng kỹ thuật RTK với độ chính xác cm.
- a: Chiều cao anten của trạm cơ sở so với mốc, đo bằng thước với độ chính xác khoảng 5mm.
- h0: Độ cao của mốc so với mặt Geoid tham khảo.
- f: Chiều cao anten của trạm động so với mực nước tại vị trí thuyền, cũng được đo bằng thước với độ chính xác cm.
- d: Độ sâu đo được bằng máy đo sâu hồi âm.
Công thức tính độ cao đáy sông được xác định như sau: h= hw – d
Trong đó, hw là độ cao tức thời của mực nước tại thuyền, xác định theo công thức: hw = h0 + a – dh – f
Trạm tham khảo cần được định vị trên một mốc đã biết tọa độ và cao độ. Máy thu tại trạm này phải có khả năng thu tín hiệu từ các vệ tinh GPS, bao gồm cả trị đo pha và trị đo giả cự ly. Trạm tham khảo sẽ xử lý dữ liệu trên cả hai tần số L1/L2 và tính toán khoảng cách giả cùng các hiệu chỉnh pha sóng tải. Dữ liệu thường được định dạng theo chuẩn RTCM SC-104 v.2.1 để truyền tới trạm Rover trên tàu.
Kỹ thuật RTK cho phép di chuyển máy thu tại trạm Rover và giải quyết trị nhập nhằng giữa vệ tinh và máy thu. Với các hệ thống GPS hiện đại, việc giải đa trị diễn ra rất nhanh, giúp có được nghiệm fixed ngay lập tức. Điều này đảm bảo rằng cao độ anten được xác định chính xác trong thời gian thực, và các yếu tố như triều hay sóng không ảnh hưởng đến độ cao này.
Nhờ vậy, kỹ thuật RTK cung cấp cả vị trí mặt bằng và độ cao chính xác của anten tại thời điểm đo, khắc phục được những hạn chế trong việc xác định độ sâu bằng đo mực nước.
– Kỹ thuật đo hồi âm kết hợp quan trắc mực nước
Kỹ thuật quan trắc mực nước cho phép xác định độ cao của mực nước, từ đó kết hợp với kết quả đo sâu để tính toán độ sâu của đáy.
Nguyên lý đo sâu hậu xử lý mô tả cách xác định độ cao đáy sông (HB) bằng đo GPS động, với các thành phần như:
- hA: Chiều cao anten của trạm cơ sở so với mốc, đo bằng thước với độ chính xác khoảng 5mm.
- hB: Độ cao anten của trạm động (Rover) so với mặt Ellipsoid tham khảo.
- f: Chiều cao anten của trạm động so với mặt đáy đầu sensor máy hồi âm tại vị trí thuyền, đo bằng thước với độ chính xác cm.
- D: Độ sâu của đáy, đo được bằng máy đo sâu hồi âm.
- HA: Độ cao của mốc so với mặt ellipsoid tham khảo.
Độ cao của đáy sông được tính theo công thức: HB = HC−D
Giả định này chỉ đúng trong điều kiện nước yên tĩnh, không bị ảnh hưởng bởi sóng, gió hay dòng chảy. Trong thực tế, có nhiều yếu tố có thể gây ra sự chênh lệch mực nước giữa trạm đo gần bờ và vị trí đo sâu, như đoạn sông cong, co hẹp hoặc mở rộng, cũng như tác động của gió và thủy triều. Những yếu tố này có thể làm cho độ cao mực nước tại thuyền và tại bờ không đồng nhất.
Hy vọng với những thông tin trên, Đất Hợp đã cung cấp những thông tin hữu ích về kỹ thuật đo hồi âm trong khảo sát thủy đạc. Nếu còn bất kỳ thắc mắc nào, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng nhất!
>>> Xem thêm: So sánh 4 máy đo sâu đa tia Sonic V-Series
