Hydrografia 16.03.11 wykład 1 ,

Urządzenia pomiarowe

1. Pomiary geofizyczne. Ciągłe profilowanie sejsmoakustyczne.

• Technika pomiaru zwana ciągłym profilowaniem sejsmoakustycznym zaliczana jest do grupy pośrednich technika badawczych stosowanych w geofizyce morza i jest wykorzystywana do lat osiemdziesiątych XX wieku.

• Pozwala ona na rozpoznanie budowy geologicznej warstw dna morskiego w oparciu o generowane fale hydroakustyczne różnej częstotliwości i mocy.

• Najczęściej spotykane zakresy częstotliwości mieszczą się w przedziale 10Hz-40Hz.

• Wyższe częstotliwości pozwalają na rozpoznanie drobniejszych struktur i cieńszych warstw , ale wówczas hydrograf powinien się liczyć z ograniczeniem głębokości penetracji.

• W zależności od stosowanej aparatury i od celu badań możliwe jest poznanie budowy geologicznej dna od poziomu kilku metrów poniżej linii dna aż do głębokości stu kilkudziesięciu metrów i identyfikacji warstw , o miąższości od kilkudziesięciu metrów do kilkunastu centymetrów.

• Technika ta wykorzystuje różne zastawy aparatury profilującej , o odmiennej konstrukcji i przeznaczeniu.

• W zastosowaniach morskich ukierunkowanych na realizację prac w ramach pomiarów hydrograficznych od ciągłego profilowania sejsmoakustycznego wykorzystuje się urządzenia zwane subbottm-profilerami (SBP) lub profilomierzami osadów,

• Ze względu na kształt, moc, częstotliwości wiązki hydroakustycznej poszczególnym urządzeniom i systemom pomiarowym nadaje się zwyczajowe nazwy.

• Urządzenia te to określenie:

  • Bomer, Air-gun, Sparker- grupa urządzeń przeznaczonych do głębokich penetracji dna,

  • Chrip-sonar- z modulowaniem częstotliwościowo i niekiedy amplitudowo sygnałem hydroakustycznym , zakres częstotliwości najczęściej spotykanych od 10 Hz do 40 Hz,

  • Pinger- profilomierz osadów wysokiej rozdzielczości , zakres częstotliwości najczęściej spotykanych : od 5 Hz do $0 kHz.

  • Spośród wymienionych za jedno z nowocześniejszych rozwiązań technicznych uznawany jest chrip-sonar zwany także świergotowym, który jest źródłem fal hydroakustycznych o modulowanej częstotliwości.

  • Urządzenie to dysponuje przeważnie źródłami sygnału o niewielkiej mocy, co ogranicza głębokość profilowania do około 20 m poniżej linii dna, przy zachowaniu rozdzielczości uzyskiwanych obrazów do 30 cm.

  • Na podstawie interpretacji uzyskanych profili sejsmoakustycznych , skorelowanych z profilami wierceń wykonanych w powierzchniowej skorupie dna, możliwe jest wykonanie przekrojów geologicznych, które następuje po wkartowaniu w siatkę regularną można wykorzystać do przygotowania mam i modeli wybranych warstw dna.

  • Uzyskane dane i wyniki pomiarów geo fizycznych w zakresie ciągłego profilowania sejsmoakustycznego mogą być przez hydrografa wykorzystane do:

    • Hydrograficznego przygotowania operacji związanych z pogłębianiem i pracami czerpalnymi,

    • Prowadzenia inspekcji zagłębionych w dnie instalacji hydrotechnicznych typu rurociągi i kable podmorskie;

    • Przygotowania danych dotyczących powierzchniowych warstw osadów dennych.

1. Pomiary geofizyczne. Pobieranie próbek dna.

• Pobieranie próbek osadów powierzchniowych i rdzeni zaliczane jest do metod bezpośrednich, tj. takich, w których uzyskiwanie informacji oparto bezpośrednio na oryginalnym materiale badawczym pobranym za pomocą różnego rodzaju próbników i urządzeń.

• Pobieranie próbek osadów z powierzchni dna morskiego , a tym bardziej penetracja dna morskiego, a tym bardziej penetracja dna morskiego jest o wiele trudniejsze niż na ladzie.

• Próbniki i sondy sa na ogół ciężkie i wymagają użycia odpowiednich urządzeń dźwigowych i spokojnego w morza.

• Zależnie od celu badań stosuje się różnego rodzaju przyrządy , począwszy od najprostszych czerpaków zgarniających osad z powierzchni dna do dużych zestawów wibrosond pozwalających na uzyskiwanie dennego materiału badawczego w postaci rdzenia o długości nawet kilku metrów.

• Analiza zawartości takiego rdzenia pozwala na wszechstronne badania zachodzących procesów sendymentacyjnych, tworów, geologicznych i układów geomorfologicznych.

• Hydrografii morskiej informacje uzyskiwane poprzez pobieranie próbek dna, osadów powierzchniowych i rdzeni są wykorzystywane do:

  • Uzupełnienia treści morskich opracowań kartograficznych ( mapy nawigacyjne i specjalne) w zakresie danych odnoszących się do rodzaju i struktury dna morskiego.

  • Hydrograficznego przygotowania operacji związanych pogłębieniem i pracami czerpalnymi;

  • Przygotowania danych dotyczących powierzchniowych warstw osadów dennych.

  • W zależności od celu prac oraz od rodzaju pobieranego materiału dennego wykorzystuje się różnego rodzaju przyrządy i urządzenia typu próbniki, czerpaki , sondy rdzeniowe , wibrosondy.

  • Najczęściej spotykane nazwy i określenia to:

    • Czerpak typu Van Veen.a- do poboru powierzchniowych warstw osadów dennych

    • Sonda rdzeniowa typu Kullenberga;

    • Sonda rdzeniowa wibracyjna do poboru rdzeni o nienaruszonej strukturze, sonda typu box corer;

    • Sonda typu Niemisto

Hydrografia wyk 2 22.03.11

1. Pomiary zmian pola magnetycznego ziemi

• Badanie zmian pola magnetycznego Ziemi, a właściwie określanie miejsc występowania anomalii magnetycznych ( obszary , w których kierunek pola magnetycznego wyraźnie odbiega od średniego dla danej szerokości geograficznej) w hydrografii morskiej najczęściej ma na celu określenie potencjalnych miejsc występowania obiektów podwodnych o cechach ferromagnetyków.

• Miejsca takie mogą być pozycjami wraków lub elementów tzw. Pola szczątków zatopionego obiektu ( statek, samolot, elementy wyposażenie itp. ) wykonanych z metalu.

• W związku z występowaniem wielu obszarów, w których w sposób naturalny pojawiają się anomalie magnetyczne w hydrografii morskiej takie miejsca wymgają działań sprawdzających wykorzystujących inne techniki batymetryczne oparte na wysokorozdzielczych echosodnach MBES.

• Podstawowym przyrządem pomiarowym przy wykonywaniu badań zmian pola magnetycznego Ziemi jest miernik zmian tego pola zwany magnetometrem.

• W zastosowaniach hydrograficznych magnetometr powinien charakteryzować się mobilnością, możliwością określania kierunku, dużą czułością oraz pozwalać na rejestrację danych pomiarowych.

• Należy pamiętać, że nie w każdym przypadku możliwe lub konieczne jest spełnienie wszystkich warunków.

• Najczęściej wykorzystywanym typem magnetometru w zastosowaniach hydrograficznych jest holowany magnetometr protonowy lub gradientowy,

• Przy opracowaniu danych z magnetometru wykorzystuje się specjalistyczne oprogramowane pozwalające na tworzenie opracowań kartograficznych przedstawiających w sposób graficzny rozkłady zarejestrowanych zmian wartości pola magnetycznego w badanym akwenie.

1. Pomiary oceanograficzne i hydrologiczne. Pomiary poziomu wody.

• W związku z dużą dynamiką zmian poziomu wód morskich wywoływanych czynnikami anemobarycznymi ( wpływ ciśnienia atmosferycznego, kierunek i prędkości wiatru), hydrologicznymi( zlewiska rzek) oraz elementami pływowymi jednym z zadań hydrografa jest uzyskanie informacji na temat aktualnego poziomu wody ( stan wód) w rejonie wykonywania pomiarów batymetrycznych.

• Informacja ta pozwala na wyrażenie zmierzonych wartości głębokości względem ustalonego poziomu odniesienia pomiarów batymetrycznych zwanego zerem głębokości.

• Na dalszym etapie przetwarzania danych pozwala na operowanie uzyskanymi danymi batymetrycznymi odniesionymi do pionowego układy odniesienia będącego częścią obowiązującego na obszarach Państwowego Systemu Odniesień Przestrzennych w części związanej z tworzeniem i aktualizowaniem danych zawartych na morskich opracowaniach kartograficznych i w bazach danych nawigacyjnym systemów informacji ECDIS i ECS.

• W Polsce zagadnieniami ustalania i rejestracji zmian poziomu wód zajmuje się Oddział Morski Instytutu Meterologi i Gospodarki Wodnej ( OM IMGW), który w ramach udzielonych kompetencji działa na tzw. Zlewniach rzek wpadających do wód Morza Bałtyckiego oraz na polskich wodach terytorialnych i wewnętrznych na Bałtyku.

• Działania swoje OM IMGW wykonuje, wykorzystując posterunki wodne ( stanowiska wodowskazowe) rozlokowane w portach i przystaniach morskich i współpracując z lokalnymi przedstawicielami państwowej administracji ( kapitanaty i bosmanaty),

• Stanowisko wodowskazowe składa się z przyrządu do obserwacji wahań poziomu wody lub urządzenia do obserwacji i rejestracji danych pomiarowych oraz reperów geodezyjnych, względem których urządzenia te są skalibrowane.

• Przyrządy i urządzenia przeznaczone do pomiaru poziomu wody powinny być montowane w miejscach odzwierciedlających rzeczywiste warunki panujące w całym akwenie , a jednocześnie osłoniętych przed niekorzystnym wpływem falowania.

• Przyrządy, o których mowa , zwane łatami wodowskazowymi zazwyczaj , są wyskalowane w 10 cm odcinkach posiadających podziałkę 2 cm i umieszczonych na przemian na prawej i lewej stronie łaty.

• Umożliwia to odczyt wartości poziomu wody z dokładnością do 1 cm.

• Odczytu dokonuje odpowiednio przeszkolone osoby obsługujące daną łatę.

• Dane zapisuje się do dziennika obserwacji wodnych.

Hydrografia wykład 3 30.03.11r

1. Pomiary prędkości dźwięku w wodzie.

• Pomiar prędkości rozchodzenia się dźwięku w wodzie jest istotnym elementem wszelkich prac hydrograficznych prowadzonych za pomocą urządzeń i systemów hydroakustycznych.

• Wiedza na temat pionowego rozkładu ( profilu) prędkości dźwięku w wodzie, pozwala na zwiększenie dokładności pomiarów prowadzonych za pomocą urządzeń i systemów sonarowych oraz batymetrycznych.

• Rys 1.1

• Dźwięk w wodzie rozchodzi się znacznie szybciej niż w powietrzu

• Przyczyną tego jest większa gęstość ośrodka.

• W wodzie, w zależności od jej zasolenia i temperatury ( zmiana tych wielkości wpływa na gęstość wody), dźwięk rozchodzi się z prędkością od 1410m/s do 1550 m/s tk ok 4-5 razy szybciej niż w powietrzu.

• Gdy dźwięk przechodzi między ośrodkami o różnych wartościach zasolenia i temperatury ( inaczej: o różnej gęstości wody) w strefie granicznej znaczna cześć energii fali hydroakustycznej ulega rozproszeniu( uginanie i odbijanie)

• Takie zjawiska zaś niekorzystnie wpływają na wartości mierzonych za pomocą echosond i sonarów parametrów pomiarowych, takich jak głębokość czy odległość.

• Różnice w prędkości dźwięku w wodzie pod wpływem temperatury są widoczne szczególnie w pobliżu tzw. Termoklimy.

• Prędkość rozchodzenia się dźwięku w wodzie powinna być uwzględniania w hydrograficznych pracach pomiarowych albo jako wartość średnia ( średnia arytmetyczna prędkości dźwięku określonych w słupie wody od powierzchni wody do dna), albo jako wartości chwilowe wyrażone w postacie pełnego pionowego (profilu) rozkładu prędkości dźwięku w wodzie.

• Decyduje o tym zarówno rodzaj wykorzystywanego hydroakustycznego urządzenia lub systemu pomiarowego, jak i charakter wykonywanych prac hydrograficznych.

• Podstawowymi urządzeniami przeznaczonymi do pomiaru prędkości dźwięku w wodzie sa mierniki SVP ( Sound Velocity Profiler) oraz sondy CTD/STD ( Conductivity/Salinity, temperaturę, Depth)

KIERUNEK I PRĘDKOŚĆ PRĄDÓW MORSKICH

1. Kierunek i prędkość prądów morskich

• Prędkość i kierunek prądu morskiego mogą mieć duży wpływ na sposób realizacji prac hydrograficznych i uzyskiwany poziom jakości danych pomiarowych.

• Niekorzystne zjawisko znosu wywołane oddziaływaniem prądu morskiego na podwodną cześc kadłuba hydrograficznej jednostki pomiarowej, a także na holowane lub opuszczane elementy wyposażenia pomiarowego mogą powodować istotne obniżenie jakości danych pomiarowych, powstawanie błędów w zakresie określania pozycji obiektów podwodnych, wyznaczania parametrów nawigacyjnych( namiar i odległość do celu podwodnego)

• Mogą także przyczyniać się do pojawiania się określonych trudności z utrzymaniem kierunku przemieszczania się samej jednostki pomiarowej oraz ograniczyć liczbę tych kierunków szczególnie w akwenach ograniczonych przebiegiem linii brzegowej i układem głębokości.

• Istnienie podwodnych prądów morskich w strefie przydennje przyczynia się także fo przemieszczenia się osadów i zmian układu batymetrycznego.

• Stąd też wiedza na temat wartości prędkości i kierunku prądu morskiego odgrywa wielką rolę zarówno na etapie planowania , jak i realizacji hydrograficznych prac pomiarowych.

• W pomiarach poziomych prędkości wód (prądów morskich) mają zastosowanie dwie podstawowe metody: metoda Lagrange’a i Eulera.

• Pierwsza z nich bada tor , który mały element wody, a ściślej sztuczny punkt materialny(tzw. Znacznik) w niej zawieszony przebywa w określonym czasie.

• Wynikiem pomiarów są przybliżone trajektorie opisujące kolejność punktów mijanych przez te znaczniki w przestrzeni i czasie.

• Druga z metod bada i określa wartość prędkości prądu oraz ukazuje jego charakter w wybranym punkcie przestrzeni w postaci wektora zmiennego w czasie.

• Pierwsza z metod przeznaczona jest do pozyskiwania obrazów ruchu określonych mas wodnych w czasie, druga do uzyskiwania przybliżonego , chwilowego obrazu zmienności pola przepływowego w czasie, rekonstruowanego w oparciu o synchroniczne pomiary wykonane w stałej przestrzennej sieci punktów pomiarowych.

• W tym miejscu należy też zwrócić uwagę na fakt, że metoda Lagrange’a pozwala na uzyskiwanie wiarygodnych danych z warstwy powierzchniowej wody.

• Z pozostałych warstw lepsze wyniki można uzyskać , stosując metodę Eulera.

• Podstawowymi środkami pomiarowymi w przypadku zastosowania metody Lagrange’a są:

1. Środki barwiące ( np. uranina, rodamina B) stosowane do badania wirowości, rozproszenia drobin, stopnia rozbieżności strug, stopnia deformacji prądu;

2. Pływaki powierzchniowe w postaci tzw. Traserów, np. znaczniki kopertowe, cylindryczne, grzybkowe, pływaki zrównoważone powierzchniowe z dryftkową bądź bez niej;

3. Pławy powierzchniowe z dryfkotwami podpowierzchniowymi;

4. Pływaki hydroakustyczne o zrównoważonej pływalności;

• Podstawowymi środkami pomiarowymi w przypadku zastosowania metody Eulera są prądomierze i prądografy opuszczane z platformy pomiarowej ( statku, pławy powierzchniowej lub podpowierzchniowej) w pole przepływowe badanego akwenu lub zamontowane na statywach na dnie.

1. Jak można podzielić prądomierze?

• Urządzenia pomiarowe w tej grupie środków można podzielić na trzy głowne podzej w zaleznosci od stosowanej metody pomiaru głębokości, tj:

1. Prądomierze bazujące na metodzie hydrodynamicznej ( wykorzystujące siłe lub ciśnienie wody będącej w ruchu dla określenia jej prędkości);

2. Prądomierze elektromagnetyczne wykorzytujące efekt tworzenia wokół czujnika pola magnetycznego i pomiaru SEM indukowanej w przepływającej wokół czujnika wodzie;

3. Prądomierze hydroakustyczne punktowe, chronometryczne i dopplerowskie ADCP

4. ( Acoustic Doppler Carrent Profiler)

1. Określenie przezroczystości i barwy wody.

• W zastosowaniach morskich pod pojęciem przezroczystośc wody rozumie się głebokosć, na której przestje być widoczny opuszczony na lince znormalizowany biały krązek metalowy

( zwany krążkiem Secci’ego , o średnicy 300mm i pomalowny białą matową farbą).

• Przezroczystość wody zależy od ilości znajdujących się w wodzie cząsteczek pochodzenia mineralnego i organicznego oraz od ilości znajdującego się w niej fito i zooplanktonu.

• Pomiar przezroczystości wody morskiej wykonuje się za pomocą przyrządu zanego krążkiem Seccie’ego lub wykorzystując urządzenie o nazwie profilomierz optyczny (WPS – water profiling system lub WOP – water optical profiler)

• Oba te środki pomiarowe zaliczane są do grupy przyrządów (urządzeń) powierzchniowych lub blisko powierzchniowych.

• Pomiar wykonywany za pomocą krążka Seccie’go wykonuje się wyłącznie z pokładu jednostki pływającej stojącej na kotwicy lub w dryfie w terminach obserwacyjnych przypadających na porę dzienną.

• Możliwe jest także zastosowanie pośrednich metod pomiarowych bazujących na wykorzystaniu radiometrów hydrospektralnych lub multispektalnych.

• Barwa morza jest zależna od ilości gazów rozpuszczonych w wodzie, od ilości i rozmiarów znajdujących się w niej cząsteczek pochodzenia organicznego i nieorganicznego, od oświetlenia morza , stanu jego powierzchni, ilości i rodzaju chmur.

• W celu wizualnej oceny barwy morza wykorzystuje się przyrząd zwany ksantometrem ( specjalna skala barw)

• Ksantometr składa się z 22 kolorowych próbek wypełnionych barwioną cieczą według tzw. Skali Forela-Uhle’a.

• Próbówki ułożone są kolejno: od koloru granatowego do brązowego ( charakterystycznego dla wody błotnistej)

• Próbówki umieszczone są pionowo w dwóch oprawach, które wstawia się w podwójne ramy futerału.

• Lewa oprawa zawiera próbówki z numerami od I do XI włącznie, natomiast oprawa prawa z numerami od Xi do XXI włącznie. Numer XI powtarza się dwa razy.

• Elementy hydrologiczno-meterologiczne i ich parametry opisowe mają istotne znaczenie dla całokształtu wiedzy dotyczącej środowiska morskiego i zjawisk w nim zachodzących.

• Typowe obserwacje hydrometerologiczne obejmują takie elementy jak:

1. Obserwacja zachmurzenia(stopień pokrycia nieba, rodzaj chmur), zjawisk meterologicznych (opady), określanie widzialności, pomiar elementów wiatru ( kierunek i prędkość wiatru), temperatury w warstwie powierzchniowej wody ciśnienia atmosferycznego, określenia elementów falowania ( wysokość, długość, kierunek, okres fali) oraz zlodzenia ( rodzaj i grubość pokrywy lodowej, zasięg występowania)

• Ponieważ mierzone wartości elementów hydrometerologocznych nie mają wpływu na realizację typowych pomiarów hydrograficznych sa one zaliczane od grupy tzw. Pomiarów towarzyszących.

• Pozyskiwane informacje mogą być wykorzystywane zarówno do zapewnienia informacyjnego wsparcia oceanograficznego, meterologicznego , jak i nawigacyjnego.

Gromadzenie danych hydrograficznych.

1. Dziennik Hydrografa

• Wszystkie uwagi i zdarzenia dotyczące pracy systemu hydrograficznego oraz uwagi podczas realizowanych pomiarów powinny być zapisane chronologicznie w dzienniku hydro, z uwzględnieniem dokładnej daty, godziny oraz minuty zaistniałego

Zdarzenia.

• W specjalnie przygotowanym dzienniku hydrografa należy zapisywać:

  • - imię i nazwisko operatora statku hydrograficznego.

  • - nazwę jednostki pomiarowej

  • -datę i godzinę rozpoczęcia oraz zakończenia sesji pomiarowej;

  • -Zestawienie sprzętu hydrograficznego wykorzystanego do pomiarów

  • -Wyniki testów oraz kalibracji urządzeń pomiarowych.

  • - rozpoczęcie oraz zakończenie procesu rejestracji danych;

  • - zmiany nastaw urządzeń pomiarowych ( zakres, zasięg, jednostki miary itp.)

  • - uszkodzenia ( wyłącznie) oraz zamiany urządzeń pomiarowych

  • -uszkodzenie ( wyłączenie, restart) systemu hydrograficznego;

  • -sprawdzenie poprawności wskazań urządzeń pomiarowych;

  • -przerwanie pomiarów w wyniku manewru antykolizyjnego, manewru człowiek za burtą;

  • -zmiana na stanowisku operatora systemu operacyjnego;

  • -zmiany warunków hydrometeorologicznych;

  • -inne wpływające, na jakość rejestrowanych danych;

• Dodatkowo operator systemu hydrograficznego jest zobowiązany do prowadzenia:

  • - ewidencji przeprowadzonych prac;

  • -ewidencji opracowanych echogramów;

  • -karty obserwacji wodowskazowych;

  • -ewidencji wykonanych pomiarów hydrograficznych;

  • -ewidencja kontroli prac;

2. Gromadzenie danych z pomiarów batymetrycznych.

• Przed przystąpieniem do wykonywania pomiarów batymetrycznych należy wykonać kalibrację urządzeń pomiarowych w celu zweryfikowania ich poprawnej pracy oraz wyeliminowania błędów wskazań. W tym celu należy określić:

  • - błąd wyznaczania offsetów czujników;

  • -opóźnienia czasowe echosondy wielowiązkowej

  • -błąd wskazań kursu;

  • -poprawkę wskazania heave;

  • -poprawkę roll i pitch;

  • -Pionowy rozkład prędkości dźwięku w wodzie;

  • -zanurzenia jednostki pomiarowej ( dziób i rufa)

  • -zanurzenie dynamiczne jednostki pomiarowej – squat.

• Dla echosondy pionowej ( SBES) każdorazowo przed przystąpieniem do pomiarów należy wykonać:

  • -pomiar pionowego rozkładu prędkości dźwięku w wodzie;

  • -tarowanie echosondy – bar check.

• W przypadku echosondy wielowiązkowej (MBES), należy wykonać następujące czynności:

  • - pomiar pionowego rozkładu prędkości dźwięku w wodzie;

  • -kalibrację urządzenia – patch test;

  • - kontrole wskazań urządzenia – cross check.

3. Pomiar pionowego rozkładu prędkości dźwięku w wodzie

• Pionowy rozkład prędkości dźwięku w wodzie ma zasadniczy wpływ, na jakość pomiarów batymetrycznych, zwłaszcza echosondy wielowiązkowej.

• Określenie wartości prędkości dźwięku w wodzie powinno być realizowane za pomocą jednego z dwóch typów urządzeń pomiarowych:

• Urządzenia SVP – urządzenie, które za pomocą bazowej linii i z wykorzystaniem fali ultradźwiękowej mierzy rzeczywista prędkość dźwięku w wodzie w funkcji głębokości;

• Urządzenia CTD ( condutivity, temperaturę, Presure) – mierzą trzy zasadnicze czynniki: przewodność, temperaturę i ciśnienie, które wpływają na rozkład prędkości dźwięku w wodzie.

- następnie wynikowa wartość prędkości obliczana jest ze wzorów empirycznych.

Jednym z najczęściej stosowanych jest wzór Clay i Edwina:

C= 1449,2 + 4,6T – 0,055T² + 0,00029T³ + (1,34- 0,010T) (S-35) + 1,58 * 10^-6 P_A

c- prędkość dźwięków w wodzie morskiej, w m/s

T- temperatura wody, w stopnia Celcjusza

S- zasolenie, w promilach

P_A- ciśnienie hydrostatyczne w Pa

4. Kalibracja echosondy pionowej

• Kalibracja ( tarowanie) echosondy pionowej jest rutynowym zadaniem, które wykonuje się w celu sprawdzenia poprawności jej wskazań oraz skalibrowania, tzn. dostrojenia elektronicznych i mechanicznych elementów echosondy, a także do określenia średniej wartości pionowego rozkładu prędkości dźwięku w wodzie.

• Proces kalibracji może być wykonany za pomocą „deski” kalibrującej lub specjalnego przetwornika kalibracyjnego.

• Obie metody powinny być używane do 20-30m.

• Dla głębokości powyżej 30m można stosować metodę kombinowaną z przetwornikiem kalibracyjnym i SVP.

• Powyżej 200m nie jest wymagana korekcja prędkości dźwięku i przyjmuje się standardowo 1500m/s.

• Deska kalibrująca- składa się z płyty oraz linek z naniesionymi markerami głębokości.

• Proces tarowania polega na obniżaniu płyty pod przetwornikiem echosondy w określonych odstępach głębokości, np., co 1 m, a następnie na jej podnoszeniu.

• Zarejestrowane wartości prędkości dźwięku w wodzie składają się na wartości średnią pomiaru.

• Przetwornik kalibracyjny- składa się ze specjalnego przetwornika ze znaną linia bazową pomiaru, np. o długość 1m, który przyłączany jest do echosondy.

• Proces kalibracji polega na ustawieniu echosondy w tryb „kalibracja” i opuszczaniu przetwornika na kilku zadanych głębokościach, na których mierzy rzeczywiste wartości prędkości dźwięku w wodzie.

• Zarejestrowane wartości składają się na wartość średnią pomiaru.

• Echosonda wielowiązkowa jest urządzeniem hydrograficznym, które realizuje proces pomiaru głębokości za pomocą rozwiązań sprzętowych i programowych.

• W celu poprawnej pracy urządzenia koniecznie jest przeprowadzenie kalibracji, na którą składa się kilka czynności pomiarowych, tzw. Patch test.

• W procesie tym należy określić następujące parametry ( poprawki) kalibracyjne:

  • -poprawka na opóźnienia czasowe- latency time

  • -poprawka na przegłębienie- pitch;

  • -poprawka na przechyły poprzeczne

  • -poprawka na wskazania kursu- yaw offset.

• W przypadku urządzeń dwuprzetwornikowych proces kalibracji należy przeprowadzić dla każdego przetwornika osobno.

5. Patch test- poprawka na opóźnienia czasowe- latency time

• Poprawka na opóźnienia czasowe określa opóźnienie czasowe delta t pomiędzy czasem określania pozycji za pomocą systemu pozycyjnego, np. GPS, a czasem określenia głębokości za pomocą urządzenia MBES.

• Wartość tej poprawki nie powinna przekraczać 0,5 s.

• Proces wyznaczania poprawki na opóźnienia czasowe polega na zaprojektowaniu dwóch profili pomiarowych w tym samym kierunku nad obiektem podwodnym lub charakterystycznym przegłębieniem ( uskokiem dna), o wysokości nie mniejszej niż 2 m.

• Następnie należy wykonać dwukrotny przejazd po profilu z dwiema różnymi prędkościami.

• Gdy dane pomiarowe ( głębokości) z szybszego przejazdu pokażą się za danymi z wolniejszego przejazdu, koniecznie będzie wyznaczanie i zastosowanie poprawki na opóźnienia czasowe. Rys 1.1

6. Patch test- Poprawka na przegłebienie – pitch

• Poprawka na przegłębienie- jest to kąt α pomiędzy poziomym odniesieniem czujnika ruchu a linią swatch echosondy wielowiązkowej.

• W celu określenia tej poprawki należny zaprojektować dwa profile pomiarowe w przeciwnych kierunkach nad obiektem podwodnym lub charakterystycznym przegłębieniem ( uskokiem dna), o wyskokości nie mniejszej niż 2m.

• Następnie należy wykonać przejazd po zaplanowanych profilach pomiarowych ze stałą prędkością.

• Wyznaczenie poprawki pitch polega na porównaniu danych batymetrycznych zarejestrownych na uskoku ( przegłębieniu) i określenie wartości kata α.

7. Patch test poprawka na przechyły poprzeczne- roll

• Poprawka na pochyły poprzeczne – jest to kąt β pomiędzy poziomym odniesieniem czujnika ruchu a liną swath echosondy wielowiązkowej.

• W celu określenia tej poprawki należy zaprojektować dwa profile pomiarowe w przeciwnych kierunkach w przeciwnych kierunkach, w odległościach nie większych niż zasięg swatch nad płaskim obszarem dna morskiego.

• Następnie należy wykonać przejazd po zaplanowanych profilach ze stałą prędkością.

• Wyznacznei poprawki roll polega na porównaniu danych batymetrycznych zarejestrowmnych na linii kalibracyjnje między punktami A i B oraz określeniu wartości kąta β.

8. Patch test- Poprawka na wskazanie kursu- yaw offset

• Porawka na wyznaczenie kursu- jest to kąt pomiędzy linią wskaźnika kursu a linia swath echosondy wielowiązkowej.

• W celu określenia poprawki yaw należy zaprojektować dwa profile pomiarowe w przeciwnych kierunkach w równej odległości ( w odległości połowy wartości swath) od charakterystycznego obiektu podwodnego np. ławicy, rurociągu, uskoku.

• Następnie należy zaprojektować linię kalibracyjną pomiędzy dwoma profilami kalibracyjnymi , przechodzą nad obiektem kalibracyjnym pod kątem 45° do kierunku ruchu.

• Po zaprojektowaniu linii kalibracujnej należy wykonać pomiar po zaplanowanych profilach pomiarowych ze stałą prędkością.

• Wyznaczenie poprawki yaw polega na porównaniu danych batymetrycznych zarejestrowanych wzdłuż uskoku (przegłębienia) lub rurociągów.

9. kontrola wskazań echosond y wielowiązkowej – cross check

• Kontola wksaźań echosodny wielowiązkowej powinna być realizowana każdorazowo przed i po wykonaniu pomiarów batymetrycznych w celu sprawdzenia poprawności pracy urządzenia.

• Cross check polega na wykonaniu dwóch przejazdów na profilach A i B prostopadłych względem siebie, następnie porównaniu wskazań z zewnętrznych wiązek ( punkty czerwone, które obarczone sa największym błędem pomiaru) echosondy wielowiązkowej.

• Wartość różnicy wskazań ( punkty różowe) powinna być bliska zeru.

• Gdy różnice są większe niż 10cm, należy ponownie wykonać kalibrację echosondy. Punkty różowe powinny być bliskie zeru.

10. poprawka na dynamiczne zanurzenie jednostki – squat

• Dynamiczne zanurzenie jednostki pomiarowej jest parametrem, który znacząco wpływa na jakość mierzonych danych z urządzeń hydrograficznych.

• Głownym czynnikiem wpływającym na przysiadanie jednostki pomiarowej jest zmiana ciśnienia hydrodynamicznego pod kadłubem w funkcji jej prędkości.

• W celu określenia squat konieczne jest wykonanie pomiarów i stworzenie modelu pomiarowego dla danej jednostki.

• Często jednak uwzględnienie poprawki jest celowo pomijane ze względu na trudny proces jej określenia.

11. Rejestracja danych.

• Operator systemu przed przytsąpieniem do rejestracji danych pomiarowych na etapie tworzenia projektu danego zadania technicznego definuje w systemie hydrograficznym:

  • Parametry geodezyjne projektu ( np. układ odniesienia, jednostki miary itp.)

  • Siatki profili pomiarowych;

  • Definiuje/ wybiera sterowniki urządzeń pomiarowych

  • Definiuje/ wybiera formaty danych rejestrownych przez urządzenia pomiarowe

  • Definiuje. Wybiera formaty danych rejestrowanych przez urządzenia pomiarowe;

  • Uzupełnia w systemie lub wczytuje do systemu bazę danych zawierającą informację o znakach nawigacyjnych, ….

  • Definiuje parametry wyświetlanych okien informatycznych

  • Definiuje wartości nastaw alarmów

  • Wczytuje do systemu pomiarowe z wcześniejszych sesji pomiarowych ( np. Geotuff, pliki XYZ, dane RAW data)

• W nowoczesnych systemach hydrograficznych sam proces rejestracji danych odbywa się automatycznie, a operator systemu hydrograficznego jedynie kontroluje jego poprawna prace.

12. Kontola pomiarów

• Kontola pomiarów jest wykonywana na etapie rejestracji danych batymetrycznych.

• Polega na cyklicznym porównaniu wskazań mierzonych parametrów z różnych urządzeń pomiarowcyh, np:

  • Porównanie wskazań z e. wielowiązkowej ze wskazaniami z echosondy pionowej:

  • Porównanie wskazań z echosondy wielowiązkowej ze wskazaniami z e. pionowej.j

  • Kontrola zanurzenia jednostki pomiarowej (wprowadzenie lub aktualnianie odpowiednich parametrów zanurzenia przetworników)

  • Kontrola prędkości jednostki pomiarowej na profilu (uwzględnienie dynamicznego zanurzenia jednostki)

13. Obróbka danych batymetrycznych.

• Obróka danych batymetrycznych realizowana jest po wykanakiu pomiarów w celu uwzględnienia wszystkich wartości poprawek wpływających na dokładność pomiarów.

• Zaliczamy do nich poprawkę na:

  • Stan wody (pływy)

  • Zanurzenie przetworników;

  • Błednie wprowadzoną średnią wartość prędkości dźwięku w wodzie;

  • Błędnie wprowadzone offsety urządzeń pomiarowych.

• Wszystkie poprawki powinny być wprowadzone chronologiczne.

• Operator systemu dokonuje wstępnej filtracjizgrubnej ( korzystając z predefiniowanych filtrów obróbki danych), a następnie filtracji szczegółowej ( kasujące poszczególne błędne głębokości).

• W nowoczesnych systemach hydrograficznych operator systemu pracuje na danych surowych RAW data w trybie ogranicznego zapisu, tzn. wszelkie poprawki wnoszone do danych są zapisywane jako pliki pomocnisze.

• Zmiana parametrów, np. stanów wody oraz kasowanie danych, powoduje jedynie zmianę plików pomocniczych

• Dane źródłowe RAW data nie są zmieniane (kasowane)

14. Dokumentacja sprawozdawcza

• Dokumentacja sprawozdawcza jest źródłem informacji na temat szczegółów wykonanych prac sondażowych i uzyskanych wyników końcowych.

• Dokumentacja sprawozdawcza powinna zawierać wszelakie informacje niezbędne do odtworzenia procesu rejestracji danych pomiarowych, sprawdzenia poprawności pomiarów, kalibracji i poprawek oraz ostatecznej redakcji materiałów sprawozdawczych.

• W szczególności dokumentacja sprawozdawcza obejmuje dane opisujące sprzęt i platformę pomiarową ( opis jednostki pomiarowej) oraz zastosowaną metodykę pracy ( opis techniczny pracy) .

• Opis jednostki pomiarowej powinien zawierać:

  • Charakterystykę ogólnej konfiguracji systemu pomiarowego na jednostce pomiarowej;

  • Podstawowe dane o jednostce ( schemat blokowy systemu, wykaz i rozmieszczenie poszczególnych przetworników, anten i innych elementów pomiarowych, wprowadzone wartości kalibracyjne urządzeń)

• W przypadku posiadania więcej niż jednej jednostki pomiarowej ww. schematy należy przedstawić dla każdej z jednostek , na osobnym formularzu opisu technicznego prac i wyposażenia.

• Opis techniczny wykonanych prac powinien zawierać dane charakteryzujące przyjętą metodykę pomiarową.

• W opisie technicznym należy uwzględnić:

  • Chronologiczne zestawienie kolejnych etapów prac’

  • Zastosowany układ profili i przyjęte odległości między profilami;

  • Ilość wykonywanych podstawowych profili;

  • Ilość wykonanych podstawowych profili kontrolnych;

  • Sposób wyznaczenia współrzędnych stacji referencyjnej ( dla systemu RTK)

  • Sposób wyznaczenia współrzędnych sytuacji brzegowej ( osowy geodezyjne, linii brzegowej, znaków nawigacyjnych i punktów charakterystycznych, itp.)

  • Sposób realizacji prac;

  • Zastosowane procedury kontroli prowadzenia i opracowania danych;

  • Sposób i źródło uzyskania lub rejestracji danych o stanie poziomu morza podczas pomiarów;

  • Zastosowaną metodykę ogólną pomiarów prędkośći rozchodzenia się dźwięku w wodzie;

  • Inne pomiary towarzyszące.

• W przypadku wykorzystania sytuacji geodezyjnej lub linii brzegowej z innych źródeł należy podać: źródło, prawa autorskie oraz datę wykonania załączonych pomiarów.

• W przypadku wykorzystania nurków lub systemów telewizji podwodnej , należy opisać sposób prowadzenia prac i pozycjonowania.

• Jeśli w czasie prac były stosowane inne niż WGS-84 układy współrzędnych, należy opisać sposób dokonania przeliczeń i transformacji danych do układu WGS-84, z wartościami zastosowanych współczynników transformacji lub nazw wykorzytsnego oprogramowania przeliczającego.

• Opis techniczny powinien obejmować także inne materiały i dokumenty roboczne, niezbędne do prawidłowej weryfikacji całości materiałów sprawozdawczch.

GRAMADZENIE DANYCH Z POMIARÓW SONAROWYCH

1. Gromadzenie danych z pomiarów sonarowych

   • Wykorzystanie sonaru bocznego wymaga właściwego określenia prędkości jednostki.

   • Prędkość ta zależy od typu sonaru ( głównie zaś od jego częstotliwości pracy), a tazkę od wymaganej dokłądnosci ( rozróżnialności)

   • Prędkość jednostki powinna wynościć od 2 w do 4 w i nie powinna przekraczać 6w.

   • Przy ustaleniu prawidłowej prędkości podczas wykorzystania soanru należy kierować się także wskazaniami prodecenta sprzętu oraz możliwościami manewrowymi jednostki pomiarowej.

   • Niska prędkość pomiarowa przy wykorzytywaniu sonarów kadłubowych może by czynnikiem znacznie pogarszającym całkowitą efektyność prac i należy ją uwzględnić przy kalkulacji planowanego czasu prowadzenia wody.

   • Wykorzystanie sonaru holowanego wymaga zwykle dodatkowo przygotowania technicznego jednostki poiarowej w zakresie:

     • Orządzenia do wydawania i wybierania linu holowniczej( kabla) sonaru;

     • Systemów monitorowania pracy;

     • Oznakowania akwenu ( jeśli jest planowane)

     • System hydroakustycznego pozycjonowania przetwornika itp.

   • Niezbędne sa też przygotowania organizacyjne personelu, dla zaewnienia pełnej kontroli nad procesem holowania przetwornika ( popularnie nazywanego „rybką” oraz szybkiej reakcji w przypadku wystąpienia trudności (np. w przypadku uderzenia przetwornika o dno, zerwania liny bądź kabla itp.)

   • Na jednostce holującej należy przygotować odpowiednie procedury reagowania i manewrowania, dla uniknięcia utraty sprzętu lub awarii nawigacyjnej.

   • Należy też pamiętać , iż jednostka holująca sonar ograniczone zdolności manewrowe.

(>>>) tu cos ma być

Wybór zakresupomiarowego i częstotliwości pracy sonaru;

• Typowe częstotliwości stosowane w sonarach bocznych przeznaczone do prac przybrzeżnych mieszczą się w granichach pomiędzy 100khz a 500 khz.

• Wyższe częstotliwości zapewniaj lepszą rozróżnialność, rzędku kilku centymetrów , ale kosztem zmniejszonego zakresu operacyjnego sonaru.

• Dla zakresu częstotliwości 100khz pracy sonaru szerokość odwzorowania dna zawiera się pomiędzy 200m a 300m na każda burtę.

• Dla zakresu działania sonaru 500khz skuteczny zakres pomiaru dna będzie zredukowany nawet do 75 m na każdą burtę.

• Generlna zasada mówi, iża wraz ze wzrostem czestotliwosci operacyjnej sonaru rośnie rozdzielczość uzyskiwanych danych ( obrazów sonarowych), lecz kosztem ograniczonego zasięgu wykrycia obiektu.

• Częstotliwość pracy sonaru dobiera się wg. Zasady:

  • Częstotliwość 100khz używa się w badaniach rozpoznawczych danego akwenu w celu poznania ogólnej charakterystyki dna oraz wykonania elementarnych pomiarów i zlokalizowania obiektów; jako mniej podatna na zakłócenia stosowane jest często podczas nie sprzyjających warunków pogodowych;

  • Częstotliwość 500khz stosuje się podczas badania szczegółowego dna i obiektów podwodnych na krótkich zasięgach pracy sonaru 100m, 75 m, 50 i 25 m.

  • Do badania szczegółowego sanarem bocznym należy stosować następujące zakresy pracy: od 150m do ewentualnie 25 metrów.

  • Dla częstotliwości 500khz powinno się w zasadzie pracować na zakresie 75m i mniejszym.

  • Zasadą obowiązującą jest stopniowe zmniejszanie zasięgu sonaru w celu zwiększenia rozdzielczości uzyskiwanych obrazów.

  • Wybór optymalnego zakresu operacyjnego będzie zależał od głębokości akwenu oraz wielkości obiektu.

Wysokość holowania sonaru

• Jakość danych sonarowych jest często funkcją wysokości holowania sonaru ( nad dnem lub obiektem badań)

• Sonar powinien być holowany na wysokości od na 8% do 20% wybranego zakresu pracy sonaru.

• Inne źródła podają , iż optymalna wysokość holowania sonaru ( hf) powinna być utrzymana w granichach od 10% do 20% wybranego zakresu działania.

• Przy zbyt wysokim holowaniu skróceniu ulegnie długość cienia akustycznego.

• Jeśli natomiast sonar holowany będzie zbyt głęboko, tj. blisko dna, wówczas możemy mieć do czynienia ze zmniejszeniem efektywnego zasięgu działania sonaru.

• Przy holowaniu przetwornika poniżej 8% wybranego zakresu należy przyjmować, iż zasięg skuteczny wynosi

De= 12,5 * hf

Gdzie: De- skuteczny zasięg sonaru, w metrch

Hf- wysokość sonaru nad dnem

• Dobrą praktyą jest wykonywanie kilku zdjęć sonarowych wraku na różnych wysokoscich holowania sonaru w celu uzyskania zmiennych kątów „ oświetlenia” obiektu.

• W wodach płytkich uzyskanie danej wysokości czujnika pomiarowego nad dnem może być niewykonalne.

• Jedynym rozwiązaniem wówczas będzie zmniejszenie zakresu pracy i odstępu między profilami.

• Jak pokazuje praktyka , są sytuacje w których prowadzenie sonaru na zalecanych głębokościach ( wysokościach nad dnem) może być niebezpieczne.

• Taka sytuacja może nastąpić , gdy na badanym akwenie wystąpi nieznany wcześniej wrak ( obiekt) o dużych rozmiarach lub znacznie wystający nad dno.

• W przypadku dużego prawdopodobieństwa wystąpienia takiego obietu, należy ostrożnie zaplanować głębokości holowania lub wstępnie przeszukać akwen innymi metodami( echosodną wielowiązkową).

Pozycjonowanie sonaru holowanego

• Pozycja sonaru holowanego typu towfish powinna być określana za pomoacą systemu nawigacji podwodnej wykorzystującego metodę USBL ( Ultra Short Baseline).

• To metoda akustycznego pozycjonowania obietków w toni wodnej wykorzytująca pomiar odległości oraz różnicy faz sygnałów.

• Wadą tego sytemu jest gwałtownie pogorszenie dokąłdnosci pomiaru wraz z długością wyluzowanej kabloliny holującej sonar.

• Ponadto zainstalowanie takiego sytemu wiąże się z dość dużymi nakąłdami finansowymi , co sprawioa że znaczna cześć jednostek pomiarowych wykorzystując pozycjonowanie sonaru metodą laybacku.

• Pozycjonowanie sonaru metodą laybacku and offset.

• Layback to całkowita odległość horyzontalna od punktu odniesienia na jednostce holującej ( antena GPS) do środka przetwornika sonaru holowanego. Jeśli pozycjonowanie przetwornika sonaru holowanego odbywa się poprzez pomiar długości laybacku, wówczas w celu wyeliminowania błędów pomiaru pozycję danego obiektu należy uśrednić z dwóch przejść po profilach których kierunki różnią się o 180°.