-wystawienie stacji, punktów i systemów zabezpieczenia pomiarów(np. stacji referencyjnych GPS, punktów osnowy geodezyjnej jeśli metodyka prac je przewiduje, a nie były one dotąd wystawione i określone)
-wykonanie pomiarów zasadniczych-zasadniczy etap prac, polegających na pomiarze i rejestracji mierzonych parametrów (głębokości odpowiadających im pozycji oraz wszystkich elementów im towarzyszących) w ustalonym formacie i z ustaloną częstotliwością na zaplanowanych profilach zgodnie z przyjętą metodyką
-wykonanie profilów kontrolnych i towarzyszących- przeprowadzenie pomiarów w siatce profili kontrolnych zgodnie z przyjętą metodyką prac: zakres pomiarów towarzyszących należy ustalić zgodnie z przeznaczeniem danych prac.
-wykonanie profili uzupełniających-podczas pomiarów zasadniczych (na zaplanowanej siatce profili podstawowych i kontrolnych)w przypadku przerwania lub pominięcia niektórych profili: należy wypełnić powstałe luki poprzez profile uzupełniające
-wykonanie profili dodatkowych- w celu wyjaśnienia powstałych w trakcie pomiarów wątpliwości lub przy stwierdzeniu oznak występowania mielizn bądź płycizn należy przeprowadzić profile dodatkowe, poza zaplanowaną siatką profili podstawowych. Zarówno profile uzupełniające jak i dodatkowe mogą być realizowane w czasie wykonywania siatki profili podstawowych i po jej zakończeniu, zawsze jednak przed ostatecznym zejściem jednostki z akwenu pomiarów
-wstępne opracowanie wyników i wyjaśnienie wątpliwości- jest to etap, który powinien być prowadzony równolegle z realizacją pomiarów zasadniczych. Metodyka prac powinna przewidywać takie wstępne opracowanie kolejno zbieranych danych pomiarowych w celu wykrycia niedokładności i wątpliwości jeszcze przed zakończeniem pomiarów na akwenie i w celu wcześniejszego zaplanowania profili dodatkowych i uzupełniających lub innych uzupełniających pomiarów. Wykorzystywanie nowoczesnych, komputerowych systemów stwarza najlepsze możliwości bieżącego śledzenia oraz korekty prowadzonych prac
-kontrola prac sondażowych- podczas prowadzenia zasadniczych pomiarów, jak i wszystkich pomiarów i czynności towarzyszących powinno być ono systematycznie wykonywane przez samych wykonawców
Kontrola prac sondażowych, niezależnie od kontroli prowadzonych przez instytucje nadrzędne, powinna opierać się na:
-prowadzeniu profili kontrolnych
-sprawdzeniu przebiegu izobat na ramkach i stykach sąsiednich planszetów (prac)
-porównaniu otrzymanego obrazu rzeźby dna z obrazem otrzymanym w wyniku prac prowadzonych wcześniej
Sondaż nie powinien być uznany za zakończony jeśli nie zbadano wszystkich możliwych miejsc wątpliwych, wszystkich stwierdzonych mielizn lub ich oznak, a także różnic głębokości. Powinny też być uzupełnione wszystkie luki w pokryciu sondażem z pracami sąsiednimi lub z pracami z lat ubiegłych.
URZĄDZENIA POMIAROWE
Przyrządy do pomiarów głębokości
Dwa zasadnicze przyrządy do pomiaru głębokości:
-sonda ręczna(łańcuszkowa)
-tyczka nurtometryczna
Sonda ręczna wykonana jest z łańcucha lub z stalowej liny(sondoliny), na końcu której zainstalowany jest ciężarek
Skalowanie sondoliny do sondy ręcznej zaczyna się od dolnej powierzchni wody
Sondolinę wyskalowuje się od 0m do 10m co 10cm a od 10m do 20m co 20cm
Zastosowanie: pomiary w pobliżu pirsów, brzejów a także przy sondażu z pokrywy lodowej
Tyczka nurtometryczna- sztywny drążek drewniany lub metalowy (wykonany ze stali, aluminium, mosiądzu) o przekroju owalnym lub kulistym
- z reguły na drążkach znajduje się podziałka 1,5 lub 10cm
-do pomiarów hydrograficznych stosuje się sondy z podziałem 1 cm
-dolny koniec sondy zakończony jest talerzem lub szpikulcem
-w sondzie zakończonej talerzykiem istnieje możliwość oparcia o dno zbudowane z luźnego materiału(piasek, muł)
- w przypadku sondy z drążkiem okutym można punktowo oprzeć sondę na dnie kamienistym
-zastosowanie:pomiary do głębokości 5m
Urządzenia i systemy do pomiaru głębokości
ECHOSONDA jest urządzeniem służącym do pomiarów pionowej odległości między przetwornikiem(głowicą) echosondy a dnem morskim bądź obiektem znajdującym się na dnie morskim z wykorzystaniem fali hydroakustycznej
- w ogólnym zarysie określenie głębokości akwenu polega na pomiarze czasu jaki fala hydroakustyczna potrzebuje na dotarcie do dna lub obiektu oraz powrotu do przetwornika w postaci fali odbitej
-w celu uzyskania pełnego wyniku potrzebna jest też znajomość prędkości rozchodzenia się dźwięku w wodzie oraz kierunku w którym impuls został wysłany i z którego powraca
-pomiar kata dokonywany jest na różne sposoby w zależności od rodzaju echosondy
Wyróżniamy 3 zasadnicze systemy urządzeń h. do pomiaru głębokości:
-echosonda jednowiązkowa
-echosonda wielowiązkowa
-batymetryczny system wieloprzetwornikowy
ECHOSONDA JEDNOWIĄZKOWA (pionowa)SBES-urządzenie służące do pomiaru głębokości na badanym akwenie, które wykorzystuje właściwości propagacji fali hydroakustycznej w środowisku wody
-sygnał sądujący po odbiciu od dna lub innej przeszkody powraca w czasie „t” jako echo do przetwornika pozostającego w trybie nasłuchu
-działanie echosondy polega na wysyłaniu z przetwornika wąskiej wiązki…(nie skserowało się)
-przy znanej wartości prędkości dźwięku w wodzie „Vdz” głębokość „dp” pod przetwornikiem echosondy pionowej możemy wyznaczyć ze wzoru :
dp=1/2t*Vdz
Vdz-prędkość dźwięku w wodzie w [m/s]
t- czas
dp- zmierzona głębokość w [m]
W celu określenia głębokości od pow. wody „dw” do wartości zmierzonej głębokości od przetwornika”dp” należy obliczyć głębokość zanurzenia przetwornika „h”
dw=
dp+ h
dw- głębokość od pow wody w metrach
dp- głębokość od przetwornikach w metrach
h- głębokość zanurzenia przetwornika w metrach
Echosonda pionowa składa się z 3 zasadniczych bloków:
Przetwornika nadawczo-odbiorczego
Bloku mikroprocesora (wzmacniacz, generator, układ sterujący)
Cyfrowego interfejsu wejścia/wyjścia (wskaźnik LCD,drukarka)
SONDA PIONOWA WIELOWIĄZKOWA
- z uwagi na bardzo wąski obszar przeszukiwania przy jednorazowym przejściu profilem wadą wykorzystania sond pionowych jest niska wydajność
-dlatego też sondy wielowiązkowe nie znalazły szerszego zastosowania w badaniach pełnomorskich i są stosowane głównie jako echosondy nawigacyjne
-mogą jednak stanowić doskonałe uzupełnienie większego systemu pomiarowego pracującego na płytkich akwenach szczególnie w szczegółowym badaniu ukształtowania dna
Pomiar sondą pionową-brak pomiarów między profilami
Pomiar sondą wielowiązkową- 100% pokrycia dna morskiego ale ogromna ilość pomiarów też powodować może że pewne rzeczy mogą umknąć
- w celu zwiększenia wydajności oraz skuteczności pomiarów stosuje się echosondy wielowiązkowe czyli takie które z jednego przetwornika emitują kilkaset wiązek sygnału w różnych kierunkach i na tych że kierunkach prowadzą nasłuch
-rozwiązanie to pozwala na przeszukanie znacznie większego obszaru w porównywaniu z echosondą jednowiązkową poprzez zwiększenie szerokości pasa przeszukania
SONDA WIELOWIĄZKOWA
MBES- jest to kombinacja rozwiązań sprzętowych i programowych, wykorzystujących kilka zaawansowanych technik m. in. Technikę elektronicznego formowania śledzenia wiązki fali hydroakustycznej oraz technikę sygnałowej obróbki danych
-podobnie jak w przypadku echosondy pionowej pomiar głębokości polega na określenia czasu jakiego impuls fali hydroakustycznej potrzebuje na przebycie drogi od przetwornika do dna i z powrotem
- w przeciwieństwie do echosondy pionowej która dokonuje pomiaru w punkcie, echosonda wielowiązkowa pokrywa większy obszar tzw „swath” który gwarantuje prawie 100% pokrycia danych badanego akwenu
-szerokość „swath” przedstawiana jest przez producentów echosond wielowiązkowych jako współczynnik wielokrotności mierzonej głębokości i wynosi od 1 do 8
SONDA INTERFEROMETRYCZNA
-swoista modyfikacja sondy wielowiązkowej
-z uwagi na szeroki kąt pracy pozwala ona na jednoczesne zbieranie danych pionowych (tak jak typowa echosonda wielowiązkowa) oraz pionowych( jak sonar boczny)
-dane głębokości uzyskiwane są nie tylko na podstawie pomiaru czasu w jakim fala hydroakustyczna odbita od obiektu powraca jako echo do przetwornika lecz także na podstawie pomiaru różnicy faz fali hydroakustycznej docierającej do piezoelektrycznych czujników zamontowanych w przetworniku
-inferometria technika wykorzystująca zjawisko interferencji fal elektromagnetycznych do pomiarów
-sonda interferometryczna wykorzystuje pomiar różnicy między odebranymi falami do określenia głębokości generowany sygnał jest jedną szeroką linią pomiarową
-pozwala to na wykorzystanie szerokiej wiązki pomiarowej
-znając położenie i orientację przetwornika oraz czas podróży sygnału i różnicę faz istnieje możliwość wyznaczanie położenia bardzo dużej ilości punktów w szerokim zakresie kątowym
-echosonda interferometryczna działa na zasadzie pomiaru różnicy faz tej samej fali hydroakustycznej na sensorach umieszczonych w przetworniku
Pomiar różnicy faz pomiędzy sygnałami odebranymi przez kilka elementów odbierających znajdujących się w znanej odległości, pozwala na określenie kąta padania wiązki na dno. Twierdzenie Pitagorasa pozwala wyliczyć nam głębokość
-głowica składa się z dwóch części skierowanych w przeciwległych kierunkach (zaopatrzonych w element nadawczy znajdujący się u dołu i kilka sensorów odbiorczych umieszczonych wyżej)
-obie części głowicy ustawione są pod kątem 30stopni do płaszczyzny poziomej tworzą literę V
-urządzenie ustawia się tak by części z przetwornikami skierowane były na przeciwne burty jednostki badawczej
-wiązki nakładają się pod jednostką
-pomiar różnicy faz sygnału odbitego dla tego samego impulsu pozwala na precyzyjne określenie kierunku z jakiego echo dociera podczas gdy pomiar czasu pozwala na określenie głębokości
-dodatkowo rejestrowana jest też amplituda powracającego sygnału dając w efekcie obraz sonarowy
-system jest odporny na większość klasycznych przypadków wieloznaczna tworzącej pomiar fazowy
-wykorzystanie interferometrii pozwala na jednoznaczne przeszukanie bardzo szerokiego pasa
-w przypadku głowicy o częstotliwości 250kHz szerokość kątowa pasa wynosi 240stopni zaś liniowa max 380m zapewnia szerokość przeszukiwanego pasa do 12 razy przekraczającą wartość głębokości akwenu
-echosonda interferometryczna jest bardzo dobra przy pomiarach na płytkich akwenach
-system składa się z głowicy (podwójnej)komputera, oprogramowania umożliwiającego kalibrację sprzętu, akwizycję i obróbkę danych
Dodatkowo głowica wyposażona jest w sondę SVP (mierzy prędkość)oraz altmetr cyfrowy(określa odległość między sensorem i dnem) system umożliwia podłączenie szerokiej gamy urządzeń zewnętrznych: kompas, czujnik ruchu, sondy(do pomiaru pływów)
SONDA WIELOPRZETWORNIKOWA
- zespół przetworników ustawionych w jednej linii, z których każdy pracuje jako pojedyńcza echosonda pionowa
-system pokrywa pas danymi pomiarowymi podobnie jak MBES
- system posiada zalety SBES,MBES i przeznaczony jest do pomiarów w kanałach, rzekach i innych akwenach płytkowodnych
SYSTEMY POMIAROWE (systemy i techniki inne niż hydroakustyczne)
-do tego typu urządzeń zaliczamy system laserowego pomiaru głębokości (ALB/ALH)
-wykorzystują do pomiaru głębokości technologię laserową LIDAR
- system emituje wiązkę laserową (na 2 częstotl.)w kierunku powierzchni wody oraz prostopadle do kierunku lotu samolotu, wyznaczając tym samym strefę pokrycia
-część energii emitowana przez częstotliwości odbita zostaje odpowiednio od powierzchni wody, powierzchni dna, następnie powraca do urządzenia w samolocie
-
różnica zamierzonych odległości od dna i powierzchni wody wyznacza głębokość w danym punkcie.
-głownie do pomiarów w wodach przybrzeżnych o głębokości nie większej niż 50m
-główna zaleta- możemy mierzyć linię brzegową oraz elementy topograficzne z równoczesnym pomiarem głębokości
-wada to duża zależność od czynników hydrometeorologicznych i hydrologicznych
Na świecie funkcjonują systemy
-kanadyjski system Larien?
-amerykański Shoals
-austrialijski Lads
-szwedzki HawkEye
ZALETA: Możliwość prowadzenia pomiarów w akwenach trudno lub niedostępnych pod względem nawigacyjnym oraz szeroka wiązka przeszukiwania podczas pracy na 1 profilu
LADS
-wysokość samolotu 350-550 jego pozycja mierzona GPS
-możliwość 900pomiarów na sekundę
-max zakres wynosi 70 (światło szybko rozprasza się w wodzie)zależy od przejrzystości akwenu
-na niektórych akwenach (za brudnych) ta technika nie sprawdza się
-badanie dna na dużych akwenach wykonuje się przy pomocy satelitów mierzących lokalne zmiany pola grawitacyjnego
SHOALS dokładność danych pomiar.
-batymetryczny na częst. 1kHz ska bat x,y-1%3m z=+/- 0,15m
-topograficzny 10 kHz ska top x,y,z +- 0,15m
HAWK EYE II
-baty na cz 1 kHz ska bat x,y 1%3m z +-0,5
-top na cz 8 kHz ska top x,y,z 0,2m
Współcześnie wartość przenikania promienia lasera uległa zwiększeniu i wynosi około 40-50m dla akwenów czystych 20-40 w akwenach przybrzeżnych i mniej niż 20 w akwenach o dużej ilości mętnej wody
Wada systemów ALB/ALH to stosunkowo mała rozdzielczość zależna w dużym stopniu od lokalnych warunków hydrologicznych, hydrometeorologicznych
Uznaje się że systemy spełniają wymagania dla pomiarów batymetrycznych prowadzonych w akwenach kategorii 1 klasyfikacja wg IHO S-44
Można znaleźć informację że w niektórych przypadkach też kat. specjalnej
Istnieje duże ryzyko przypadkowego uszkodzenia wzroku osób pzrebywających w strefie działania lasera i przyglądających się pomiarom
TECHNIKI FOTOGRAMETRYCZNE I TELEDETEKCYJNE
Do pomiarów głębokości wykorzystują sztuczne satelity ziemi. Pomiar głębokości opiera się na określeniu poziomu radiometrii(intensywności promieniowania słonecznego odbitego przez lądy, obszary dna leżące wzdłuż lądów i wykonywaniu zdjęć które są analizowane.
Wykorzystuje się tu fakt, że gdzie głębokości są większe praca zamierzonej radiometrii słabnie.
Możliwości rozdzielcze ->czyste wody 22-25m za pomocą kanału podczerwieni XS1 i głębokości 5-7m na XS2 trzeci kanał XS3 pozwala na dokładne określenie granicy woda-ląd.