Công nghệ khảo sát, đo đạc, nghiên cứu đại dương sử dụng Sonar đa tia và Robot tự hành (AUV)

Qua bài báo "Công nghệ khảo sát, đo đạc, nghiên cứu đại dương sử dụng Sonar đa tia và Robot tự hành (AUV)", nhóm tác giả muốn người đọc có thể thấy được những ưu điểm và ứng dụng phổ biến của công nghệ thủy âm, đại diện là các hệ thống Sonar và định vị thủy âm, cũng như sự phát triển nhanh chóng của Robot tự hành AUV trong việc khảo sát, đo đạc và nghiên cứu đại dương. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ khảo sát, đo đạc, nghiên cứu đại dương sử dụng Sonar đa tia và Robot tự hành (AUV) HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Công nghệ khảo sát, đo đạc, nghiên cứu đại dương sử dụng Sonar đa tia và Robot tự hành (AUV) Martin Gutowski1,*, Nguyen Dinh Hieu2, Vu Hong Cuong3 1 Kongsberg Maritime, Germany 2 Zodiac Investment Corporation 3 Mapping department, General Staff, Ministry of DefenceTÓM TẮT Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về công nghệ Sonar, định vị thủy âm và các loạiRobot tự hành (AUV). Tiếp theo chúng tôi sẽ trình bày các ứng dụng của công nghệ Sonar và định vị thủyâm trong khảo sát, đo đạc và nghiên cứu đại dương. Từ đó chúng tôi sẽ đi chi tiết vào các giải pháp chotừng ứng dụng thực tế như khảo sát, nghiên cứu, tìm kiếm, cứu hộ, thi công lắp đặt. dưới nước. Qua bàibáo này, chúng tôi muốn người đọc có thể thấy được những ưu điểm và ứng dụng phổ biến của công nghệthủy âm, đại diện là các hệ thống Sonar và định vị thủy âm, cũng như sự phát triển nhanh chóng của Robottự hành AUV trong việc khảo sát, đo đạc và nghiên cứu đại dương.Từ khóa: Sonar; đo sâu hồi âm; định vị thủy âm và AUV.1. Đặt vấn đề Hành tinh chúng ta đang sống có tới 70% diện tích bề mặt là nước, do đó việc tìm hiểu, nghiên cứu đểkhai thác, làm chủ nguồn tài nguyên này luôn là khát khao đối với các nước trên Thế giới, đặc biệt là đấtnước giáp biển và có hệ thống sông ngòi dày đặc như Việt Nam. Ngày nay công tác đo đạc bản đồ biểnđược nhiều nước trên Thế giới quan tâm đặc biệt với nhiều mục đích trọng yếu khác nhau từ dân sự, quânsự đến kinh tế - xã hội,… Với nhiệm vụ thu thập các số liệu về biển như độ sâu, chất đáy, dòng chảy, thuỷtriều, thông tin về khí tượng thuỷ văn biển, xây dựng hệ thống bản đồ biển nhằm bảo đảm an toàn hang hảicho các tàu bè dân sự cũng như quân sự đi lại trên biển và ra vào cảng qua các luồng lạch, cung cấp thôngtin về biển cho các ngành kinh tế quốc dân như khai thác dầu mỏ, đặt cáp ngầm phục vụ bưu chính viễnthông, khai thác hải sản ngành Đo đạc Bản đồ biển trên Thế giới cũng như tại Việt Nam ngày càng pháttriển với qui mô lớn và trang thiết bị hiện đại. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ đo vẽ địa hình đáy biển đã khôngngừng phát triển và có nhiều đổi mới. Việc kết hợp các hệ thống định vị GNSS, hệ thống đo sâu hồi âmđơn tia, đa tia, Sonar quét sườn, thiết bị Robot tự hành (AUV),… đã giúp tăng năng suất lao động, rút ngắnthời gian và dần đáp ứng được nhu cầu xây dựng, khai thác tài nguyên trên biển. Tuy nhiên, yêu cầu đođạc, khảo sát và thu thập thông tin ngày càng nâng cao hơn, đa dạng hơn bên cạnh vấn đề chú trọng sự antoàn cho con người và tiết kiệm chi phí dẫn đến nhu cầu nâng cấp các hệ thống đo đạc hiện tại của chúngta. Bắt kịp với xu hướng phát triển của Thế giới, việc trang bị các hệ thống đo sâu đa tia độ phân giải cao,tầm hoạt động rộng cũng như có độ ổn định tốt kết hợp với các hệ thống cảm biến thu thập thông tin nhưthiết bị lấy mẫu nước, máy đo độ ồn đại dương, thiết bị đo địa chấn,… là hết sức quan trọng với ngành đođạc, khảo sát biển Việt Nam. Bên cạnh đó, việc áp dụng và phổ biến các thiết bị tự hành AUV để thay thếcon người làm việc trong môi trường nguy hiểm và nâng cao khả năng tiết kiệm chi phí cũng cần được chútrọng hơn.2. Tổng quan về Sonar và định vị thủy âm2.1. Tổng quan về Sonar Sonar, viết tắt của SOund NAvigation and Ranging - Điều hướng và Định vị âm thanh, là một công cụsử dụng sóng âm thanh để khám phá đại dương. Sonar là một kỹ thuật sử dụng sự lan truyền âm thanh(thường là dưới nước) để tìm đường di chuyển của đối tượng, liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng khác ởtrên mặt, trong lòng nước hoặc dưới đáy nước, như các sinh vật, tàu bè, vật thể trôi nổi hoặc chìm trongbùn cát đáy, v.v. Các nhà khoa học chủ yếu sử dụng Sonar để phát triển hải đồ, xác định các mối nguy hiểmdưới nước để điều hướng, tìm kiếm và xác định các vật thể trong cột nước hoặc đáy biển như địa điểm khảocổ và để lập bản đồ đáy biển.* Tác giả liên hệEmail: martin.gutowski@km.kongsberg.com 10422.1.1. Sonar thụ động Hệ thống Sonar thụ động được sử dụng chủ yếu để phát hiện tiếng ồn từ các vật thể biển (như tàu ngầmhoặc tàu thủy) và động vật biển như cá voi. Không giống như Sonar chủ động, Sonar thụ động không phátra tín hiệu riêng, đây là một lợi thế cho các tàu quân sự không muốn bị phát hiện hoặc cho các nhiệm vụkhoa học tập trung vào âm thầm “lắng nghe” đại dương. Thay vào đó, nó chỉ phát hiện các sóng âm thanhđến với nó. Sonar thụ động không thể đo phạm vi của một đối tượng trừ khi nó được sử dụng cùng với cácthiết bị nghe thụ động khác. Nhiều thiết bị Sonar thụ động có thể cho phép tạo tam giác nguồn âm thanh. Phương trình Sonar thụ động Trong hoạt động của Sonar thụ động, thiết bị thu nhận âm thanh do vô số nguồn âm thanh tạo ra. Trắcthủ Sonar phải phân biệt giữa âm thanh do mục tiêu tạo ra và tiếng ồn xung quanh gây nhiễu. Quá trình nàyđược mô tả tốt nhất trong phương trình Sonar thụ động. Dạng thụ động của phương trình Sonar, giống nhưdạng chủ động, được viết bằng cách sử dụng một số ký hiệu khác nhau để biểu diễn các tham số của phươngtrình. Một dạng của phương trình như sau: SE = SL – RD – NL + DI – PL (1) Với: • SE (Signal Excess) là độ lớn của tín hiệu phản hồi từ mục tiêu, yếu tố này phải lớn hơn mức nhỏ nhấtyêu cầu để phát hiện được mục tiêu. • SL (Source Level) là độ lớn của năng lượng sóng âm được phát đi bởi đầu phát. • RD (Recognition diff ...