Khảo sát độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn

Khảo sát độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn
Tính cấp thiết của đề tài:
Nước ta có bờ biển dài gần 3200km, là một quốc gia có ưu điểm về biển. Trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước , Đảng và Nhà nước chủ trương phát triển kinh tế biển. Vì vậy việc xây dựng các công trình biển phục vụ các nhiệm vụ phát triển kinh tế, nghiên cứu khoa học về biển , quan trắc sự thay đổi môi trường biển , khảo sát đáy biển, theo dõi quá trình trầm tích đáy biển , khai thác tài nguyên khoáng sản … cũng đang được đẩy mạnh.Việc đổi mới và áp dụng các công nghệ mới , các phương pháp tiên tiến trong đo đạc biển nhằm nâng cao độ chính xác , giảm thời gian thi công đảm bảo an toàn lao động là nhiệm vụ cần thiết.
Có nhiều phương pháp định vị thuỷ âm được sử dụng: Định vị thuỷ âm đường đáy siêu ngắn, định vị thuỷ âm đường đáy dài, định vị thuỷ âm đường đáy ngắn. Song chúng tôi chọn đề tài “ Khảo sát độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn” . Đề tài có mục tiêu nghiên cứu độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn, tìm hiểu ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp định vị thuỷ âm đường đáy ngắn.
Cấu trúc của đề tài bao gồm:
Mở đầu
Chương I : Khái niệm về định vị thuỷ âm và phân loại
Chương II: Một số kiến thức về định vị thuỷ âm
Chương III: Độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn
Chương IV: Tính toán thực nghiệm

1. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 1 - Trắc Địa A – K51
Mục Lục
Mục Lục .................................................................................................................. 1
Danh mục các hình vẽ ............................................................................................ 3
Danh sách các bảng biểu........................................................................................ 5
Danh mục các từ viết tắt ......................................................................................... 6
Mở đầu..................................................................................................................... 7
Chương 1 ................................................................................................................. 8
KHÁI NIỆM VỀ ĐỊNH VỊ THUỶ ÂM VÀ PHÂN LOẠI .................................... 8
1.1. Khái niệm về định vị thuỷ âm.......................................................................... 8
1.2. Phân loại định vị thuỷ âm và ưu nhược điểm từng phương pháp. ............... 8
1.2.1. Phân loại định vị thuỷ âm. ....................................................................... 8
1.2.2. Ưu nhược điểm của các phương pháp định vị thuỷ âm. ............................ 9
1.2.2.1. Định vị thuỷ âm đường đáy siêu ngắn: ................................................. 9
1.2.2.2. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn: ..................................................... 9
1.2.2.3. Định vị thuỷ âm đường đáy dài .......................................................... 9
1.2.3. Độ chính xác của định vị thuỷ âm và các nguồn sai số. ....................... 10
1.2. 3.1. Nguồn sai số và độ chính xác của định vị thuỷ âm: ...................... 10
1.2.3.2. Các nguồn nhiễu. .............................................................................. 10
1.3. Ứng dụng trong thực tiễn .............................................................................. 10
Chương 2 ............................................................................................................... 12
MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỊNH VỊ THUỶ ÂM ............................................... 12
2.1. Sự lan truyền sóng âm thanh trong môi trường nước. ................................ 12
2.2.1. Sóng âm trong môi trường nước: ........................................................... 12
2.2.2. Phương pháp xác định tốc độ âm: ......................................................... 13
2.2.3. Hiện tượng suy giảm cường độ âm trong nước : .................................. 16
2.2. Nguyên tắc đo khoảng cách trong định vị thuỷ âm ..................................... 21
2.2.1. Nguyên tắc đo khoảng cách 2 chiều ....................................................... 21
2.2.2. Nguyên tắc đo khoảng cách 1 chiều ....................................................... 22
Chương 3 ............................................................................................................... 24
ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ THUỶ ÂM ĐƯỜNG ĐÁY NGẮN ......................... 24
3.1. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn ................................................................. 24
3.1.1. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn ........................................................... 24
3.1.2. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn sử dụng mốc tín hiệu cố định ......... 26
3.1.3. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn sử dụng thiết bị bộ ứng đáp ............ 29
3.2. Các hệ toạ độ và các hệ quy chiếu ................................................................ 31
3.2.1. Hệ quy chiếu WGS- 84 ............................................................................ 31
3.2.2. Hệ quy chiếu quốc gia VN2000 .............................................................. 32 https://dethilop6.com/

2. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 2 - Trắc Địa A – K51
3.2.3. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm .............................................. 33
3.2.4. Hệ toạ độ trắc địa ................................................................................... 34
3.2.5. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa diện chân trời ............................. 37
3.2.6. Hệ toạ độ tầu. .......................................................................................... 37
3.3. Kết hợp định vị DGPS và định vị thuỷ âm .................................................... 38
3.3.1. Các công nghệ định vị DGPS chính xác cao ......................................... 38
3.3.1.1. DGPS( Định vị GPS vi phân) ........................................................... 38
3.3.1.2. Công nghệ C-Nav .............................................................................. 40
3.3.1.3. Công nghệ GcDGPS ......................................................................... 40
3.3.1.4. Công nghệ Fugro Omnistar ............................................................. 41
3.3.1.5. Hệ thống Starfire và Công nghệ NavCom: ..................................... 43
3.3.2. Sơ đồ nguyên lý kết hợp DGPS và định vị thuỷ âm ............................... 44
3.3.3. Các thiết bị sử dụng trong định vị thuỷ âm............................................ 45
3.3.3.1.Thiết bị thuỷ âm sử dụng gắn trên tầu. ............................................ 46
3.3.3.2.Thiết bị gắn dưới nước và đáy biển. ................................................. 47
3.4. Phân tích các nguồn sai số trong định vị thuỷ âm đáy biển ........................ 50
Chương 4 ............................................................................................................... 52
TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM ........................................................................... 52
4.1. Tính V theo P, T, H........................................................................................ 52
4.2. Tính sai số trung phương khoảng cách D đo được bằng sóng âm ............. 53
4.2.1. Sai số trung phương khoảng cách D đo theo nguyên tắc hai chiều ........ 53
4.3. Xác định vị trí bộ ứng đáp (dưới đáy biển) trong hệ toạ độ tầu .................. 55
Kết luận ................................................................................................................. 58
Tài liệu tham khảo ................................................................................................ 59













https://dethilop6.com/

3. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 3 - Trắc Địa A – K51
Danh mục các hình vẽ
STT Hình Nội dung Trang
1 2.1 Mặt cắt nhiệt độ theo độ sâu 13
2 2.2 Biểu đồ độ mặn nước biển trên thế giới , đơn vị
tính là đơn vị muối thực tế
14
3 2.3 Thiết bị cảm biến nhiệt 15
4 2.4 Máy đo vận tốc âm 16
5 2.5 Hệ số hấp thụ của sóng âm theo nhiệt độ
và độ sâu
16
6 2.6 Nguyên lý khúc xạ tia âm thanh 18
7 2.7 Độ rộng băng tần 19
8 2.8 Chiều dài xung 20
9 2.9 Hình vẽ thể hiện khoảng cách từ đầu
phát biến tới bộ ứng đáp và thiết bị lặn.
21
10 3.1 Sơ đồ bố trí SBL 24
11 3.2 Quan hệ hình học giữa mốc tín hiệu và
ống nghe tín hiệu âm
27
12 3.3 quan hệ hình học giữa nguồn âm và các ống
nghe tín hiệu âm
29
13 3.4 Hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm 33
14 3.5 Hệ toạ độ trắc địa 35
15 3.6 Hệ toạ độ vuông góc không gian địa diện
chân trời
37
16 3.7 Hệ toạ độ tầu 38
17 3.8 Công nghệ DGPS xác định vị trí tầu biển 39
18 3.9 C-nav 2050 40
19 3.10 Nguyên lý thu phát tín hiệu vệ tinh của công nghệ
Fugro Omnistar
42
20 3.11 Công nghệ Navcom 43
21 3.12 Hệ thống StarFire sử dụng 44
22 3.13 Nguyên lý định vị thuỷ âm 45
23 3.14 Các loại Bộ phát biến 46
24 3.15 Vị trí gắn bộ phát biến SBL 47
25 3.16 Bộ ứng đáp gắn trên thiết bị di chuyển
của hãng Sonardyne
48
26 3.17 Bộ ứng đáp gắn dưới đáy biển của hãng
Sonardyne
48 https://dethilop6.com/

4. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 4 - Trắc Địa A – K51
27 3.18 Bộ ứng đáp của hãng Sonardyne 49
28 3.19 Mối quan hệ giữa định vị vệ tinh và định vị
thuỷ âm trong xác định vị trí đáy biển
50


































https://dethilop6.com/

5. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 5 - Trắc Địa A – K51
Danh sách các bảng biểu
STT Bảng Nội Dung Trang
1 1.1 Chiều dài cạnh đáy, loại trị đo của các
phương pháp định vị thuỷ âm
8
2 1.2 Công thức tốc độ âm theo T,H,P 15
3 3.1 Dải tần số, khoảng cách tối đa và độ chính xác 49
4 4.1 Vận tốc âm tính theo công thức 2.5 52
5 4.2 Vận tốc âm tính theo công thức 2.6 52
6 4.3 Vận tốc âm tính theo công thức 2.7 52
7 4.4 Sai số trung phương khoảng cách đo bằng sóng
âm theo nguyên tắc đo hai chiều( đơn vị m)
53
8 4.5 Sai số trung phương khoảng cách đo bằng sóng
âm theo nguyên tắc đo một chiều( đơn vị m)
54
9 4.6 Tính toạ độ tầu khi biết toạ độ các điểm Hi
và toạ độ điểm P ta tính được toạ độ P’ trong
hệ toạ độ tầu
56
10 4.7 Tính toạ độ tầu khi biết toạ độ các điểm Hi và
khoảng cách Ri ta tính được toạ độ P’ trong hệ
toạ độ tầu
57

















https://dethilop6.com/

6. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 6 - Trắc Địa A – K51
Danh mục các từ viết tắt
STT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
1 ROV Remote Operation Vehicle Phương tiện điều
khiển từ xa
2 SBL Short Base Line Định vị thuỷ âm đường
đáy ngắn
3 USBL Ultra Short Base Line Định vị thuỷ âm đường
đáy siêu ngắn
4 LBL Long Base Line Định vị thuỷ âm đường
đáy dài
5 GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn
cầu
6 DGPS Differential Global Positioning
System
Hệ thống định vị vi
phân toàn cầu
7 GcDGPS Global Correction Differential
Global Positioning System
Cải chính toàn cầu hệ
thống định vị vi phân
toàn cầu
8 GNSS Global Navigation Satellite System Hệ thống vệ tinh đạo
hàng toàn cầu

















https://dethilop6.com/

7. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 7 - Trắc Địa A – K51
Mở đầu
Tính cấp thiết của đề tài:
Nước ta có bờ biển dài gần 3200km, là một quốc gia có ưu điểm về
biển. Trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước , Đảng và
Nhà nước chủ trương phát triển kinh tế biển. Vì vậy việc xây dựng các
công trình biển phục vụ các nhiệm vụ phát triển kinh tế, nghiên cứu khoa
học về biển , quan trắc sự thay đổi môi trường biển , khảo sát đáy biển,
theo dõi quá trình trầm tích đáy biển , khai thác tài nguyên khoáng sản …
cũng đang được đẩy mạnh.Việc đổi mới và áp dụng các công nghệ mới ,
các phương pháp tiên tiến trong đo đạc biển nhằm nâng cao độ chính xác ,
giảm thời gian thi công đảm bảo an toàn lao động là nhiệm vụ cần thiết.
Có nhiều phương pháp định vị thuỷ âm được sử dụng: Định vị thuỷ
âm đường đáy siêu ngắn, định vị thuỷ âm đường đáy dài, định vị thuỷ âm
đường đáy ngắn. Song chúng tôi chọn đề tài “ Khảo sát độ chính xác
định vị thuỷ âm đường đáy ngắn” . Đề tài có mục tiêu nghiên cứu độ
chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn, tìm hiểu ưu nhược điểm và
phạm vi ứng dụng của phương pháp định vị thuỷ âm đường đáy ngắn.
Cấu trúc của đề tài bao gồm:
Mở đầu
Chương I : Khái niệm về định vị thuỷ âm và phân loại
Chương II: Một số kiến thức về định vị thuỷ âm
Chương III: Độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn
Chương IV: Tính toán thực nghiệm
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đặng Nam Chinh và các thầy cô
trong bộ môn trắc địa cao cấp cũng như các thầy cô trong khoa trắc địa đã
tận tình giúp đỡ, chỉ bảo để em có thể hoàn thành đồ án này.
Hà nội, ngày… tháng…năm
Sinh viên



Nguyễn Văn Tú
Lớp Trắc địa A – K51




https://dethilop6.com/

8. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 8 - Trắc Địa A – K51
Chương I

KHÁI NIỆM VỀ ĐỊNH VỊ THUỶ ÂM VÀ PHÂN LOẠI
1.1. Khái niệm về định vị thuỷ âm
Theo từ điển Bách Khoa Toàn Thư Việt Nam thì định vị thuỷ âm
được định nghĩa như sau “ Định vị thuỷ âm là xác định vị trí và các
tham số chuyển động của các đối tượng dưới nước nhờ các tín hiệu âm
thanh lan truyền trong nước, được phát xạ hoặc phản xạ bởi chính các
đối tượng đó. Gồm có ĐVTÂ chủ động, ĐVTÂ thụ động. ĐVTÂ được
dùng để phát hiện tàu nổi, tàu ngầm, thuỷ lôi, các luồng cá, nghiên cứu
đáy biển, v.v….”
Sóng Radio không thể truyền qua nước tới mọi độ sâu yêu cầu và
không thể sử dụng để định vị dưới nước. Sử dụng sóng âm là một cách để
xác định vị trí dưới nước. Định vị dưới nước là một hệ thống trong đó bao
gồm mặt cơ sở xác định toạ độ, các thiết bị thuỷ âm đặt dưới đáy biển, đặt
ở đáy tầu hoặc trên các thiết bị di động phục vụ cho công tác khảo sát lắp
đặt thiết bị làm việc dưới đáy biển. Định vị thuỷ âm là lĩnh vực rộng trong
việc xác định vị trí động của các công trình thăm dò và khai thác trên biển
như dàn khoan, các robot thám hiểm đáy biển.
1.2. Phân loại định vị thuỷ âm và ưu nhược điểm từng phương pháp.
1.2.1. Phân loại định vị thuỷ âm.
Định vị thuỷ âm được chia làm 3 phương pháp:
- Định vị thuỷ âm đường đáy siêu ngắn – Ultra Short Base Line -USBL
- Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn – Short Base Line - SBL
- Định vị thuỷ âm đường đáy dài – Long Base Line - LBL
Đặc trưng kỹ thuật của chúng được thể hiện ở bảng 1.3
Bảng 1.1. Chiều dài cạnh đáy, loại trị đo của các phương pháp định vị
thuỷ âm:
Phương pháp định vị Chiều dài cạnh đáy Loại trị đo
Định vị thuỷ âm đường
đáy siêu ngắn (USBL)
< 10cm Đo hướng và
khoảng cách
Định vị thuỷ đường
đáy ngắn ( SBL)
20m – 50m Đo hướng và
khoảng cách
Định vị thuỷ âm đường đáy dài
(LBL)
100m – 6000m Đo khoảng
cách
Tuỳ thuộc vào điều kiện khu đo, yêu cầu độ chính xác và chi phí, người
ta có thể lựa chọn phương pháp định vị phù hợp. https://dethilop6.com/

9. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 9 - Trắc Địa A – K51
1.2.2. Ưu nhược điểm của các phương pháp định vị thuỷ âm.
1.2.2.1. Định vị thuỷ âm đường đáy siêu ngắn:
a. Ưu điểm :
- Hệ thống dễ triển khai trong thực tế , dễ sử dụng.
- Hệ thống toạ độ đầu phát biến làm cơ sở , không cần hệ thống các mốc
tín hiệu hoặc bộ ứng đáp gắn dưới đáy biển ( Toạ độ tầu được xác định
bằng GPS).
- Chỉ cần một bộ ứng đáp trên bề mặt, trên thiết bị lặn hoặc công trình .
- Độ chính xác cao trên các đối tượng động.
b. Nhược điểm :
- Hệ thống yêu cầu hiệu chỉnh chi tiết các tham số môi trường.
- Độ chính xác phụ thuộc vào các thiết bị phụ trợ như bộ hiệu chỉnh con
quay hoặc các trạm cải chính độ cao.
- Trị đo thừa ít nên độ tin cậy còn hạn chế.
- Bộ phát biến lớn , giá thành bộ phát biến cao.
1.2.2.2. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn:
a. Ưu điểm:
- Hệ thống dễ triển khai trong thực tế , dễ sử dụng.
- Khả năng nâng cấp tốt với các mốc tín hiệu.
- Độ chính xác cao đối với các đối tượng động.
- Không gian dự phòng được xây dựng ngay bên trong hệ thống.
- Lấy hệ toạ độ tầu làm cơ sở, không cần các mốc tín hiệu hay bộ truyền
phát gắn cố định dưới đáy biển( toạ độ tầu được xác định bằng GPS).
- Bộ phát biến nhỏ, giá thành mỗi bộ phát biến rẻ.
b. Nhược điểm:
- Hạn chế về độ chính xác ở vùng nước sâu ( > 30m).
- Cần xưởng sửa chữa tầu hoặc cảng để hiệu chỉnh hệ thống.
- Hệ thống yêu cầu hiệu chỉnh chi tiết các tham số môi trường .
- Độ chính xác phụ thuộc vào các thiết bị phụ trợ như bộ hiệu chỉnh con
quay hoặc các trạm cải chính độ cao.
- Cần ít nhất 3 bộ phát biến cho một thiết bị.
1.2.2.3. Định vị thuỷ âm đường đáy dài
a. Ưu điểm:
- Độ chính xác không phụ thuộc vào độ sâu .
- Có nhiều trị đo thừa.
- Cung cấp độ chính xác cao trong khu vực lớn.
- Không cần thêm các hệ thống phụ trợ như bộ tham chiếu độ cao , la bàn.
- Bộ phát biến nhỏ, chỉ cần một bộ phát biến cho một thiết bị. https://dethilop6.com/

10. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 10 - Trắc Địa A – K51
b. Nhược điểm:
- Hệ thống phức tạp đòi hỏi người sử dụng chuyên nghiệp.
- Yêu cầu các hệ thống thiết bị đắt tiền.
- Chi phí nhiều thời gian cho việc triển khai và khôi phục hệ thống.
- Mỗi hệ thống LBL đều yêu cầu kiểm định trước mỗi lần triển khai sử
dụng.
1.2.3. Độ chính xác của định vị thuỷ âm và các nguồn sai số.
1.2. 3.1. Nguồn sai số và độ chính xác của định vị thuỷ âm:
a. Nguồn sai số của định vị thuỷ âm.
1. Lắc dọc và lắc ngang của tàu.
2. Độ lệch offset của dàn đối với điểm quy chiếu , ví dụ như trọng tâm
(COG).
3. Độ dịch chuyển do sự kết hợp của độ lệch dàn và chuyển động lắc dọc
và lắc ngang của tầu.
4. Độ lệch của bộ ứng đáp /bộ đáp/mốc tín hiệu âm dưới biển so với mục
tiêu chỉ định.
b. Độ chính xác của định vị thuỷ âm.
- Độ chính xác của hệ thống định vị thuỷ âm được quyết định bởi độ
chính xác của hệ thống mốc tín hiệu thuỷ âm.
- Độ chính xác phụ thuộc vào việc xác định và hạn chế các hiệu ứng khúc
xạ âm. Điều này đặc biệt chú ý trong vùng có các thiết bị cố định đang
hoạt động như hệ thống dàn khoan ngầm, độ chính xác của hệ thống LBL
trong khu vực này cao hơn hệ thống USBL và SBL.
- Phụ thuộc vào việc xác định và hệ số khúc xạ.
- Phụ thuộc vào các tần số được sử dụng, độ chính xác tăng khi tần số
tăng nhưng giảm hiệu năng.
- Sự tiên tiến của hệ thống phần mềm sử dụng để tính toán dữ liệu định vị.
- Mối quan hệ hình học giữa các thiết bị thuỷ âm.
1.2.3.2. Các nguồn nhiễu.
Định vị thuỷ âm chịu ảnh hưởng của các nguồn nhiễu như:
a. Nhiễu âm thanh do môi trường
b. Nhiễu âm thanh do chính thiết bị
c. Nhiễu của sự phản xạ âm thanh
1.3. Ứng dụng trong thực tiễn
- Ứng dụng chủ yếu trong trắc địa công trình biển ( Định vị đế giàn
khoan, định vị đường ống dẫn dầu, lắp đặt cáp …)
- Ứng dụng trong công tác hải dương học ( Nghiên cứu về biển, tìm các
rặng san hô, xác định các luồng cá … ) https://dethilop6.com/

11. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 11 - Trắc Địa A – K51
- Khảo sát biển
- Xây dựng lưới khống chế đáy biển phục vụ công tác đo đạc biển và công
tác xây dựng các công trình dưới biển…


































https://dethilop6.com/

12. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 12 - Trắc Địa A – K51

Chương II

MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỊNH VỊ THUỶ ÂM

2.1. Sự lan truyền sóng âm thanh trong môi trường nước.
2.2.1. Sóng âm trong môi trường nước:
Bản chất của sóng âm thanh là sự lan truyền sóng cơ học trong môi
trường nước , đó là sự tác động liên tục quá trình tiếp nhận và truyền tải
năng lượng của dao động âm. Hiện tượng sóng âm phổ biến nhất là sóng
dọc, khi sóng âm truyền qua môi trường các phân tử nước rung động
trong môi trường tạo ra mật độ và áp suất thay đổi dọc theo hướng chuyển
động của sóng. Sự thay đổi áp suất được hiểu như sóng âm hoặc thừa áp ,
thừa áp Pe được định nghĩa như sau:
Pe = P –P0 (2.1)
Trong đó P là áp suất tức thời , P0 là áp lực thuỷ tĩnh hay nói cách khác là
áp lực không có sự thay đổi .
Do áp suất lớn, các hạt trong môi trường nước sẽ bắt đầu di chuyển ,
kết quả là khoảng cách giữa các phân tử thay đổi giống như một hàm của
thời gian và vị trí. Để âm thanh truyền qua môi trường , môi trường được
co lại. Lực nén ký hiệu s , s được biểu diễn bằng 1/Pa , nó là thể tích căng
trên một đơn vị và được biểu diễn như sau : eP
vv
s
0/
−=
(2.2)
Khi  thay đổi trong thể tích ban đầu và Pe được chấp nhận , nếu
s là hằng số thì có thể hiểu như định luật Hooke. Sự phản hồi của lực nén
được hiểu như hệ số tải trọng k . Đối với biên độ sóng âm thanh nhỏ, xem
xét ở đây lực nén và hệ số tải trọng có thể coi là hằng số.
Từ khi có nhiễu cục bộ, môi trường không thể ngay lập tức truyền tín
hiệu, sự lan truyền sóng âm thanh xảy ra cùng một lúc với sự xáo trộn
tương ứng với vận tốc âm v. Tốc độ âm thanh phụ thuộc vào hệ số tải
trọng k và mật độ 0 trung bình được tính như sau : 00
.
1


s
k
==
(2.3)
Với k = 2,2x10
-9
Pa và P0 = 1000(kg/m
3
) , tốc độ âm trong môi trường
nước xấp xỉ 1480m/s. So sánh với tốc độ âm trong sắt là khoảng 5050 m/s
và trong không khí là 330 m/s. https://dethilop6.com/

13. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 13 - Trắc Địa A – K51
Ta cũng có thể dùng công thức tích phân trung bình để xác định vận tốc
âm trong nước:


−
=
−
=
2
11212
2,1
)(
)(
1
)(
t
t
TB
dttV
tttt
D
V (2.4)
Trong đó D1,2 là khoảng cách, V(t) là vận tốc âm (phụ thuộc vào độ sâu
H, nhiệt độ T và độ muối S).
2.2.2. Phương pháp xác định tốc độ âm:
Chúng ta có rất nhiều cách để xác định tốc độ âm thanh trong môi
trường nước. Hiện nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ
thuật, việc xác định tốc đô âm trở nên đơn giản.
Tốc độ âm thanh phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Nhiệt độ: Nhiệt độ tại bề mặt biển thay đổi theo vị trí địa lý trên trái
đất, theo mùa trong năm, theo thời gian trong ngày. Sự phân bố nhiệt độ
là một trường phức tạp và không thể dự đoán một cách chính xác cho mục
đích khảo sát thuỷ văn. Sự biến đổi của nước theo độ sâu khá phức tạp vì
thế dự đoán một cách chính xác mặt cắt tốc độ âm phục vụ cho nhiệm vụ
khảo sát đo đạc biển là không đơn giản.
Độ sâu khá nhạy cảm đối với những biến đổi của mặt cắt tốc độ âm,
nước ở độ sâu khác nhau sẽ có nhiệt độ khác nhau. Sự biến đổi của 1
0
C độ
(Celsius) làm tốc độ âm thay đổi khoảng 4,5m.
Các biến đổi nhiệt độ ảnh hưởng lớn nhất tới sự thay đổi tốc độ âm sau
đó mới tới áp suất.

Hình 2.1. Mặt cắt nhiệt độ theo độ sâu https://dethilop6.com/

14. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 14 - Trắc Địa A – K51
Độ sâu lớp nước trong khoảng từ 200m – 1000m có nhiệt độ thay đổi
nhiều nhất và tốc độ âm lúc này ảnh hưởng lớn nhất bởi nhiệt độ.
Độ mặn của nước: Độ mặn của nước là một thước đo độ hoà tan của
muối và các khoáng chất khác trong nước biển. Bình thường nó được định
nghĩa như tổng số lượng chất rắn hoà tan trong nước biển trên một phần
nghìn(ppt hoặc
o
/oo)
Trong thực tế độ mặn không được xác định một cách trực tiếp nhưng
được tính toán từ lượng clo của nước , chỉ số khúc xạ âm hay thuộc tính
khác nào đó mà có liên quan tới độ muối. Mẫu mức độ clo có trong nước
biển được sử dụng làm mẫu độ mặn.

Hình 2.2. Biểu đồ độ mặn nước biển trên thế giới , đơn vị tính là đơn
vị muối thực tế
Độ mặn trung bình của nước biển khoảng 35
o
/oo. Tỷ lệ thay đổi của tốc
độ âm thanh xấp xỉ 1,3m/s cho sự thay đổi 1
o
/oo của độ mặn.
Áp suất : Áp suất cũng tác động đáng kể tới vận tốc âm thanh. Áp suất
là hàm của độ sâu và khoảng thay đổi của tốc độ âm khoảng 1,6m/s với 10
atmospheres xấp xỉ khoảng 100m độ sâu.
Mật độ nước phụ thuộc vào các thông số trước đó tức là nhiệt độ, áp
suất, độ mặn. Năm mươi phần trăm nước biển có mật độ nằm trong
khoảng 1027.7 và 1027.9 kg/m
3
. Sự ảnh hưởng lớn nhất về mật độ là áp
lực nén theo độ sâu. Nước có mật độ 1028.0kg/m
3
tại bề mặt thì sẽ có mật
độ là 1050.0kg/m
3
ở độ sâu 5000m.
Tốc độ âm thanh v trong nước biển có thể thể hiện như một hàm nhiệt
độ T, áp suất P( độ sâu H), độ mặn S. Những tham số này ảnh hưởng tới https://dethilop6.com/

15. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 15 - Trắc Địa A – K51
thuộc tính tải trọng của môi trường. Các thông số khác như bọt khí và các
vi sinh vật cũng ảnh hưởng tới tốc độ âm. Tốc độ âm thường sử dụng
trong môi trường lý tưởng, công thức chung như sau:
v = f(T,p,S) = f (T, H, S) (2.5)
Người ta đa nghiên cứu và đưa ra một số công thức thực nghiệm để
xác định tốc độ âm trong nước:
Công thức xác định tốc độ âm với đơn vị m/s với các thông số nhiệt độ
(T), độ sâu (H) , độ mặn S(ppt)


Bảng 2.1. Công thức tốc độ âm theo T,H,P
Các công thức Giới hạn sử dụng ( ) ( )
( ) ( )
( )( ) HST
ST
TTv
22
22
23
10*6.13518*10
35*2.11810*4
1010*610*39.1492
−−
−
−
+−−−
−+−−
−−−+=
5.242−T

4230
10000


S
H ( )( ) HST
T
TTv
22
34
22
10*6.135*1034.1
10*9.2
10*5.56.49.1492
−−
−
−
+−−+
+
−+=

450
10000
350



S
H
T 313
227
2
34
22
*10*139.7
)35(10*025.1*10*675.1
*10*630.1)35(*340.1
*10*374.2
*10*304.5*591.496.1448
HT
STH
HS
T
TTv
−
−−
−
−
−
−
−−+
+−+
+
−+=

4030
80000
300



S
H
T

Điển hình công thức thực nghiệm được trình bày ở Bảng 2.1 là tốc độ
âm thanh tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ , độ sâu , độ mặn. Từ các biểu
thức tốc độ âm thanh tăng nhanh khi nhiệt độ tăng.
Có hai thiết bị dùng xác định tốc độ âm trong môi trường nước :
Một là sử dụng thiết bị “ cảm biến nhiệt ” (Bathyermograph) có hình
dạng quả ngư lôi trong đó chứa thiết bị cảm biến nhiệt độ và một đầu dò
để phát hiện sự thay đổi về độ sâu. Các “ cảm biến nhiệt ” có thể cung cấp
thông tin về nhiệt độ mà không cần lấy lại bộ phận cảm biến . “ Cảm biến
nhiệt ” chuyển mối quan hệ nhiệt độ và độ sâu thành tốc độ âm thanh. Với
thiết bị này người ta coi biểu đồ độ mặn không cần thiết , vì lý do đó “
Cảm biến nhiệt ” được sử dụng ở những vùng nước sâu.
Công thức 2.6
Công thức 2.7
Công thức 2.8 https://dethilop6.com/

16. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 16 - Trắc Địa A – K51




Hình 2.3. Thiết bị cảm biến nhiệt

Hai là máy đo tốc độ âm (Velocimeter) là thiết bị xác định tốc độ âm
dựa trên nguyên lý xác định thời gian đi và về giữa một máy phát và một
bộ thu cố định. Dụng cụ này chính xác trong mọi điều kiện bao gồm cả
nhưng nơi có biến
thiên về độ mặn
lớn.


Hình 2.4 Máy đo vận tốc âm
2.2.3. Hiện tượng suy giảm cường độ âm trong nước :
Sự suy giảm là sự mất năng lượng của một làn sóng âm truyền trong
môi trường nước và bị hấp thụ, lan toả theo hình cầu và bị tán xạ bởi các
phần tử trong cột nước.
Sự suy giảm là kết quả của phân ly và kết hợp của một số phần tử
trong cột nước ví dụ như magie sun phát ( MgSO4) là nguồn hấp thụ chính
trong nước biển. Tỷ lệ hấp thụ phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học
của nước biển và trên các tần số âm thanh được truyền đi. https://dethilop6.com/

17. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 17 - Trắc Địa A – K51

Hình 2.5. Hệ số hấp thụ của sóng âm theo nhiệt độ và độ sâu
Sự lan toả hình cầu phụ thuộc vào cấu trúc hình học , với một góc khối
năng lượng âm truyền qua một diện tích khi khoảng cách từ nguồn âm
tăng. Cả hai đều bị tổn thất do sự hấp thụ và lan toả hình cầu được tính
đến trong phương trình truyền âm theo công thức:
EE = SL -2TL – (NL - DI) +BS – DT (2.9)
Trong đó :
EE (Echo Excess) số dư âm thanh
SL (Source level) Mức nguồn âm
TL (Transmission loss) tổn thất do truyền âm thanh trong môi trường
nước
NL ( Noise level) Mức độ nhiễu âm thanh trong môi trường nước
DI ( Directivity index) Chỉ số hướng của âm thanh trong môi trường nước
BS (Bottom backscattering strength) cường độ tán xạ của đáy biển
DT ( Detection threshold) Ngưỡng tách sóng
Tuy nhiên sự tổn thất từ tán xạ phụ thuộc vào các phần tử hoặc các đối
tượng có trong cột nước. Tán xạ chủ yếu do các sinh vật biển, là nhân tố
chính trong lớp phát tán sâu ( DSL : Deep Scattering Layer) bao gồm lớp
của sinh vật phù du có độ sâu khác nhau, thay đổi hàng ngày.
Khúc xạ là hiện tượng trong đó hướng lan truyền của sóng âm thanh bị
thay đổi do thay đổi tốc độ âm lan truyền trong môi trường hoặc giống
như năng lượng đi qua bề mặt chung , đại diện cho tính không liên tục của
tốc độ âm giữa hai bề mặt.
1221
1122
1 VPVP
VPVP
P
P
R
+
−
== (2.10)
https://dethilop6.com/

18. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 18 - Trắc Địa A – K51

Hình 2.6. Nguyên lý khúc xạ tia âm thanh
Theo định luật Snell và xem xét hai lớp nước trong đó có vận tốc âm
khác nhau v1 , v2. Nếu v1 > v2 hướng chuyền của sóng âm thanh sẽ thay
đổi theo quy luật góc chuyền sẽ nhỏ hơn góc tới. Ngược lại, thì góc
chuyền sẽ lớn hơn góc tới.
Hệ số khúc xạ theo áp suất ký hiệu là  tính được theo công thức 2.10
[Kinsler et al,.. 1982] chính là tỷ lệ áp lực biên độ của sóng phản xạ bởi
các áp lực biên của sóng tới.
Đối với các điều kiện chung , tỷ lệ của cường độ âm thanh phản xạ và
truyền qua phụ thuộc chủ yếu vào:
- Tương phản giữa trở kháng của các thiết bị
- Địa hình đáy biển
- Tần số âm
Những đặc trưng của một máy dò bằng tiếng dội được xác định bằng
những bộ chuyển đổi, tức là tính định hướng, chùm tia, chiều rộng, sự
điều khiển chùm tia và cường độ tại cạnh biên.
a. Tần số âm
Các tần số âm thanh là những tham số để xác định phạm vi và những
vùng mà âm thanh có thể đi qua. Sự suy giảm của tín hiệu âm trong nước
tỷ lệ với tần số, tần số càng cao thì sự suy giảm càng nhanh, tức là đo
được khoảng cách ngắn, ngược lại tần số càng thấp thì càng đo được
khoảng cách dài.
v1<v2 v1>v2
v2
v1 v1
v2
1

1

2

2
 https://dethilop6.com/

19. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 19 - Trắc Địa A – K51
Độ rộng chùm tia phụ thuộc vào độ dài sóng âm thanh và kích thước của
bộ cảm biến. Đối với cùng một độ rộng chùm tia tần số thấp hơn sẽ đòi
hỏi phải có bộ chuyển đổi lớn.
Tần số theo độ sâu thể hiện như sau :
• Vùng nước nông hơn 100m : tần số cao hơn 200kHz
• Vùng nước nông hơn 1500m : tần số 50 – 200 kHz
• Vùng nước sâu hơn 1500m : tần số 12 – 50 kHz
• Các tần số cho độ sâu bề mặt đáy biển là dưới 8kHz
b. Độ rộng băng tần



Hình 2.7. Độ rộng băng tần của bộ phát biến
Lấy f0 là tần số của truyền tải điện tối đa( cộng hưởng tần số ) và f1 , f2 là
tần số tương ứng với nửa cường độ tín hiệu, độ rộng băng tần là khoảng
tần số giữa các tần số ( hình 1.10), tức W = f2 – f1
Hệ số chất lượng của bộ phát biến Q được tính bởi công thức :
W
f
Q
0
= (2.11)
Từ các định nghĩa trên có thể thấy rằng Q và W có sự thay đổi tỷ lệ
nghịch. Do đó, để tối ưu hoá truyền tải năng lượng, các bộ chuyển đổi nên
chuyển gần với các tần số cộng hưởng và do đó có độ rộng băng tần nhỏ,
tức là giá trị hệ số chất lượng cao. Trong quá trình lựa chọn Q là cần thiết
Tần số
Tăng https://dethilop6.com/

20. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 20 - Trắc Địa A – K51
để có sự phản hồi tốt và phân biệt với các tín hiệu khác, tuy nhiên Q cũng
phải được xác định trong dải tần số , độ rộng băng tần của bộ phát biến
thoả mãn W

1 với là khoảng thời gian của xung.
c. Chiều dài xung
Độ dài của xung xác định năng lượng truyền vào trong nước, với cùng
một cường độ thì xung càng dài thì cần nhiều năng lượng hơn để đi sâu
vào trong nước và để đi qua một khoảng cách lớn có thể thực hiện được
với hệ thống dò tín hiệu âm.
Để tận dụng lợi thế của bộ chuyển đổi tần số cộng hưởng thời gian xung
nên có ít nhất một nửa chu kỳ tự nhiên. Hạn chế của xung dài là giảm độ
tin cậy của hai bên rìa xung.

Hình 2.8. Chiều dài xung














https://dethilop6.com/

21. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 21 - Trắc Địa A – K51
2.2. Nguyên tắc đo khoảng cách trong định vị thuỷ âm
2.2.1. Nguyên tắc đo khoảng cách 2 chiều

Hình 2.9. Hình vẽ thể hiện khoảng cách từ đầu phát biến tới bộ ứng đáp
và thiết bị lặn.
Sóng âm thanh được sử dụng để đo khoảng cách trong môi trường
nước. Bản chất của phép đo khoảng cách bằng sóng âm thanh là đo
khoảng thời gian là truyền tín hiệu âm thanh và coi vận tốc âm là đã biết.
Thông thường, để đo khoảng cách, người ta thực hiện “phép đo khoảng
cách theo nguyên tắc 2 chiều” , khoảng cách D1 ( khoảng cách hai chiều
từ đầu phát biến tới bộ ứng đáp dưới đáy biển ) được xác định theo công
thức :
tVD =.
2
1
1 (2.12)
Trong đó V là vận tốc âm coi đã biết
( ) tttt+−=
12
t là khoảng thời gian tín hiệu đi và về ( 2 chiều )
Với t1 là thời gian phát tín hiệu tại bộ phát biến
t2 là thời gian nhận tín hiệu tại bộ phát biến
t là độ trễ thời gian giữa tín hiệu thu và phát
Để có được tín hiệu âm cả đi và về, người ta dựa trên hiện tượng phản
xạ âm khi âm thanh gặp đáy biển hoặc một đối tượng có phản xạ âm nào
đó. Theo nguyên tắc đo này, người ta đã chế tạo ra máy đo sâu hồi âm. https://dethilop6.com/

22. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 22 - Trắc Địa A – K51
Trong định vị thuỷ âm, tín hiệu lan truyền hai chiều được tạo ra bởi
thiết bị ứng đáp thuỷ âm , thiết bị này phát ra tín hiệu âm “ đáp” khi nhận
được tín hiệu âm “hỏi”. Bộ phát biến là thiết bị tạo ra tín hiệu “ hỏi” và
cũng là bộ phận thu nhận tín hiệu “đáp”.
Hình 2.9, bộ phát biến (V) được gắn theo tầu, tiêu ứng đáp thuỷ âm
(B) được đặt dưới đáy biển. Như vậy khoảng cách giữa bộ phát biến và
tiêu thuỷ âm sẽ nhận được theo công thức (2.12). Trong trường hợp này
việc đo thời gian được thực hiện tại vị trí V.
Tiến hành vi phân hai vế công thức 2.12 rồi đưa về sai số trung phương
tVD =.2
1
4















+







=

)()(
2
2
12
2
12
1 tVD
m
t
D
m
V
D
m (2.13)
Với v
D


1 = t , t
D


1 = V
từ đó ta có:
22222
14
VttD mmVm +=
 (2.14)
suy ra:
 
22222
1
4
1
tVD mVmtm
+= (2.14a)
Hoặc biến đổi thành công thức sau : 






+=

2
2
2
2
2
1
2
1
4
1
t
m
V
m
D
m
tVD
(2.14b)
2.2.2. Nguyên tắc đo khoảng cách 1 chiều
Nguyên tắc “đo khoảng cách 1 chiều”cũng có thể được thực hiện trong
môi trường nước nếu như có thể đồng bộ thời gian giữa bộ phát tín hiệu.
Trong trường hợp hình vẽ trên thiết bị lặn R được kết nối với tầu qua dây
cáp, do đó vấn đề đồng bộ thời gian giữa bộ phát biến V và bộ phát biến
tín hiệu (điều khiển qua dây) R được thực hiện., trong trường hợp này,
khoảng cách D2 giữa vị trí phát biến V và thiết bị lặn R xác định theo
công thức: tVD =.
2
(2.15)
Trong đó t là khoảng thời gian tín hiệu âm thanh đi từ R tới V (1 chiều).
Tiến hành vi phân hai vế công thức 2.15 rồi đưa về sai số trung phương 















+







=

)()(
2
2
12
2
12
1 tVD
m
t
D
m
V
D
m
(2.16) https://dethilop6.com/

23. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 23 - Trắc Địa A – K51
Với v
D


1 = t , t
D


1 = V
 
22222
2 tVD mVmtm
+= (2.16a)
Hoặc biến đổi thành công thức sau : 






+=

2
2
2
2
2
2
2
2
t
m
V
m
D
m
tVD
(2.16b)






























https://dethilop6.com/

24. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 24 - Trắc Địa A – K51
Chương III

ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ THUỶ ÂM ĐƯỜNG ĐÁY NGẮN

3.1. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn
3.1.1. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn

Hình 3.1. Sơ đồ bố trí SBL
Hệ thống định vị thuỷ âm đường đáy ngắn (SBL) sử dụng hệ thống các
đường đáy ngắn có chiều dài từ 20 – 50m. Các đường đáy ngắn được bố
trí dưới đáy tầu và xác lập trong hệ toạ độ tầu. Giới hạn ( đầu, cuối) của
các đường đáy ngắn là các thiết bị nghe hoặc các đầu phát biến. Hệ thống
định vị SBL có thể làm việc ở trạng thái tầu đứng yên hoặc tầu chuyển
động. Để đảm bảo đồ hình định vị tốt , cho độ chính xác cao thì hệ thống
này nên áp dụng ở các vùng có độ sâu tương đương chiều dài cạnh đáy.
Tuy nhiên ở vùng nước sâu cũng có thể áp dụng hệ thống này theo
nguyên tắc khác, trong đó có thêm trị đo góc tới, ngoài các trị đo khoảng
cách bằng tín hiệu âm.
Nếu bộ ứng đáp, mốc tín hiệu âm được đặt tại vị trí cố định đã biết toạ
độ dưới đáy biển chúng ta có thể tính ra vị trí của tầu với các thiết bị phụ
trợ ( ví dụ bộ chỉnh hướng, cảm biến lắc). Toạ độ tầu được tính dựa trên
các trị đo khoảng cách và góc tới từ mốc thuỷ âm đến đầu ống nghe nằm
trong hệ toạ độ xác lập bởi các đường đáy ngắn. https://dethilop6.com/

25. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 25 - Trắc Địa A – K51
Ngược lại với vị trí tầu đã được xác định bằng DGPS thì từ các khoảng
cách và hướng đo được bằng thiết bị thuỷ âm sẽ xác định được vị trí của
bộ ứng đáp trong hệ toạ độ tầu.
Theo như phân tích ở trên, phương pháp định vị thuỷ âm đường đáy
ngắn bị hạn chế trong phạm vi nhỏ như xác định vị trí động của một hệ
thống cố định. Phương pháp định vị thuỷ âm đường đáy ngắn được áp
dụng cho :
- Vị trí của tầu trong phạm vi nhỏ ( từ mốc tín hiệu tới bộ ứng đáp ở trên
đáy biển) tương đương với độ sâu của nước.
- Xác định vị trí hoặc theo dõi thiết bị dưới nước hoặc thiết bị kéo theo
tầu.
- Vị trí các thiết bị động (tầu cố định tại một điểm) ví dụ như mũi khoan.

(a) https://dethilop6.com/

26. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 26 - Trắc Địa A – K51

(b)
Trong phương pháp sử dụng mốc tín hiệu cố định, sự khác nhau của
khoảng cách đo từ đầu nghe đến mốc tín hiệu âm được xác định dựa trên
cơ sở đo hiệu thời gian tín hiệu đến các đầu nghe. Trong trường hợp này
cần phải biết độ sâu tại vị trí tầu. Trong trường hợp sử dụng thiết bị bộ
ứng đáp , sẽ đo được khoảng cách từ bộ ứng đáp tới các đầu nghe. Các
đầu nghe tín hiệu âm gắn dưới đáy tầu phải nằm cùng một mặt phẳng. Vị
trí tương hỗ(Khoảng cách, hướng) giữa các đầu thu tín hiệu ở đáy tầu phải
biết trước.
Có ba trường hợp sử dụng hệ thống định vị thuỷ âm đường đáy ngắn:
- Tầu cố định và bộ phát tín hiệu di động ( Nếu bộ ứng đáp được gắn trên
thiết bị di động dưới nước và tầu cố định, vị trí của thiết bị dưới nước có
thể xác định liên tục)
- Tầu di chuyển và bộ ứng đáp cố định( nếu bộ ứng đáp được gắn cố định
dưới đáy biển tại điểm đã có toạ độ trong hệ toạ độ quy ước của khu đo
thì sẽ xác định được vị trí của tầu trong quá trình di chuyển với sự hỗ trợ
của các thiết bị cảm biến và các giá trị đo theo nguyên lý thuỷ âm).
- Cả tầu và bộ ứng đáp cùng di chuyển nhưng hệ toạ độ của tầu cần phải
được xác định bằng định vị DGPS.
3.1.2. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn sử dụng mốc tín hiệu cố định
Trường hợp này được áp dụng khi đo tại khu vực có độ sâu lớn, khi đó
độ sâu H sẽ lớn hơn rất nhiều so với cạnh đáy của tầu. Để định vị trong https://dethilop6.com/

27. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 27 - Trắc Địa A – K51
trường hợp này chúng ta sử dụng phương pháp đo góc tới kết hợp đo
khoảng cách hoặc độ sâu. Trên hình 3.2 thể hiện một trường hợp đơn giản
gồm ba ống nghe tín hiệu âm được gắn dọc theo hai trục x, y vuông góc
với nhau.

Hình 3.2. Quan hệ hình học giữa mốc tín hiệu và ống nghe tín hiệu âm
Trục x thẳng hướng với mũi tầu, trục y vuông góc theo hướng mạn tầu.
Trục z vuông góc với mặt phẳng đáy tầu của các ống nghe tín hiệu âm và
theo hướng xuống dưới.Sự khác nhau của thời gian nhận tín hiệu tại mốc
tín hiệu của các ống nghe tín hiệu âm ký hiệu là dT1 và dT2 cùng được đo
trên hai trục . Khoảng cách D1 ( theo trục x) giữa bộ thu H1 và H3 , D2 (
theo trục y ) giữa ống nghe tín hiệu âm thu H1 và H2 và độ sâu “z” đã
được biết trước.
Các ẩn chưa biết là toạ độ x,y của điểm tín hiệu dưới đáy biển trong hệ toạ
độ của các ống nghe tín hiệu âm. Theo trục x, hiệu khoảng cách được tính
là:
dRx = R3 – R1 = v.dT = v(T3 -T1) (3.1)
T1 , T3 là các thời điểm ống nghe tín hiệu âm H1 và H3 nhận được tín hiệu.
Với vận tốc âm thanh trong môi trường nước tại khu đo. Góc lệch của
ống nghe tín hiệu âm so với mốc tín hiệu theo trục x là
x

như trong hình
3.1 Góc
x

được tính như sau: https://dethilop6.com/

28. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 28 - Trắc Địa A – K51 







=
1
.
arcsin
D
dTv
x

(3.2)
ẩn số tính từ góc nghiêng và độ sâu “ z ” đã biết như sau: xzx tan.=
(3.3)
Tương tự như thế, dọc theo trục y hiệu khoảng cách là
dRy = R2 – R1 = v.dT = v(T2 – T1 ) (3.4)
Góc lệch của ống nghe tín hiệu âm so với mốc tín hiệu theo trục y là y
 và
chúng ta có thể tính như sau: 







=
2
2.
arcsin
D
dTv
y

(3.5)
Và ẩn y được tính:
y
zy tan.= (3.6)























https://dethilop6.com/

29. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 29 - Trắc Địa A – K51
3.1.3. Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn sử dụng thiết bị bộ ứng đáp
Thông qua các thiết bị thuỷ âm người ta sẽ tính được thời gian truyền
tín hiệu từ bộ ứng đáp đến các ống nghe tín hiệu âm. Hệ toạ độ trục của
ống nghe tín hiệu âm sẽ được xác định thông qua mối quan hệ hình học
của ống nghe theo hình sau :

Hình 3.3. Mối quan hệ hình học giữa nguồn âm và các ống nghe tín hiệu
âm
Hãy xét xem trường hợp mảng đối xứng của bốn ống nghe tín hiệu âm (
một ống dự phòng) được gắn vào đáy tầu, trên một bề mặt phẳng nằm
ngang. Tạo thành hình chữ nhật với cạnh là 2a và 2b theo hình 3.3. Thông
qua tín hiệu âm sẽ đo được khoảng cách R1, R2 , R3, R4. Các khoảng cách
đo liên hệ với 3 ẩn số cần xác định là x,y,z với hai tham số đã biết là a,b.
Mối quan hệ giữa các tham số a,b , các trị đo R1, R2 , R3, R4 và ba ẩn số
được thể hiện trong công thức. https://dethilop6.com/

30. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 30 - Trắc Địa A – K51 ()()
()()
()()
()()
222
4
222
3
222
2
222
1
zbyaxR
zbyaxR
zbyaxR
zbyaxR
+−++=
++++=
+−+−=
+++−=
(3.7)
Đây là các phương trình phi tuyến tính đối với các ẩn số x,y,z. Để giải
bài toán này theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất cần phải triển
khai phương trình 3.7 về dạng tuyến tính. Như vậy, cần phải biết giá trị
gần đúng của các ẩn số tức là biết vị trí gần đúng của bộ ứng đáp. Tuy
nhiên ở đây sẽ được trình bày phương pháp xác định các ẩn số x, y, z như
sau :
Từ 3.7 ta biến đổi về 3.8 ()()
()()
()()
()()
222
4
2
222
3
2
2222
2
222
1
2
zbyaxR
zbyaxR
zbyaxR
zbyaxR
+−++=
++++=
+−+−=
+++−=
(3.8)
Từ 3.8 sau khi ta biến đổi sẽ được các phương trình sau: byRR
byRR
axRR
axRR
4
4
4
4
2
4
2
3
2
2
2
1
2
2
2
4
2
1
2
3
=−
=−
=−
=−
(3.9)
Giá trị toạ độ x,y của bộ ứng đáp được tính : b
RRRR
y
a
RRRR
x
8
8
2
4
2
3
2
2
2
1
2
2
2
4
2
1
2
3
−+−
=
−+−
=
(3.10)
Sau khi tính được toạ độ x,y thì toạ độ z được tính như sau : ()() ()()
()() ()())
(
4
1
222
4
222
3
222
2
222
1
byaxRbyaxR
byaxRbyaxRz
−−+−++−+−+
−−−−++−−−=
(3.11)



https://dethilop6.com/

31. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 31 - Trắc Địa A – K51
3.2. Các hệ toạ độ và các hệ quy chiếu
3.2.1. Hệ quy chiếu WGS- 84
Từ những năm 1950, khi bắt đầu sử dụng vệ tinh nhân tạo , người ta đã
đưa ra hệ trắc địa toàn cầu WGS ( World Geodetic System) . Hệ WGS- 60
được coi là hệ trắc địa toàn cầu đầu tiên, do bộ quốc phòng Mỹ (DoD :
The Department of Defense ) thiết lập. Tiếp đó là các hệ WGS-66 và
WGS-72 được đưa ra nhằm nâng cao độ chính xác cả hệ thống trắc địa
toàn cầu đáp ứng các yêu cầu của DoD. Hệ WGS – 84 được thiết lập năm
1984, được nâng cấp một số lần và đang được sử dụng cho hệ thống định
vị toàn cầu GPS . Hệ trắc địa toàn cầu WGS – 84 là một hệ quy chiếu trái
đất quy ước phù hợp với trái đất trên phạm vi toàn cầu. Hệ WGS – 84
được xác định với gốc toạ độ khá gần với trọng tâm trái đất thoả mãn các
tiêu chí do IERF ( International Terrestial Reference Frame ) đề ra.
Hệ WGS – 84 được đảm bảo khung quy chiếu WGS – 84 , với các
trạm trong đoạn điều khiển của hệ thống GPS và một số trạm quan sát của
cơ quan bản đồ và ảnh quốc gia Mỹ và nhiều trạm thu khác.
Hệ toạ độ Đề Các được sử dụng trong WGS – 84 có các trục toạ độ
sau:
Trục OZ hướng về phía cực Bắc xác định tại thời điểm quy ước năm 1984
với sai số cỡ 0.005”
Trục OX được xác định trên mặt phẳng kinh tuyến gốc tương ứng với thời
điểm quy ước 1984 với sai số cỡ 0.005”
Trục OY tạo bởi OX và OZ thành một tam diện thuận.
Trong hệ WGS – 84 người ta sử dụng Elipxoid tham chiếu có các tham
số kích thước và hình dạng như sau :
Bán trục lớn a = 6378137.0 m
Độ dẹt f = 1/298.257223563
Các tham số vật lý
+ Hằng số trọng trường tổng hợp GM = 3986004.418x10
8
m
3
/s
2

+ Tốc độ quay của trái đất :  = 7292115x10
-11
rad/s
Trong hệ WGS – 84 chúng có thể biểu diễn vị trí của bất kỳ một điểm
nào trên trái đất hoặc ngoài trái đất nhờ 3 thành phần toạ độ vuông góc
không gian địa tâm là X, Y, Z với các điểm trên mặt đất có thể biểu diễn
chúng nhờ toạ độ trắc địa với các giá trị toạ độ B, L, H.
Khung quy chiếu WGS – 84 đã được nâng cấp vào các năm 1994 ( tuần lễ
730) . Trong hệ thống giờ GPS , 1997 ( tuần lễ 873) và năm 2002 ( tuần lễ
1150 ).
https://dethilop6.com/

32. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 32 - Trắc Địa A – K51
3.2.2. Hệ quy chiếu quốc gia VN2000
Trước năm 2000 hệ toạ độ quốc gia Việt Nam là hệ HN – 72 . Đây là
hệ toạ độ được xác lập trên Elipxoid Kraxoski 1940, phép chiếu Gauss –
Kruger và hệ độ cao Hòn Dấu . Sau năm 2000 chúng ta sử dụng hệ toạ độ
quốc gia mới có tên VN – 2000. Đây là hệ toạ độ xác lập trên Elipxoid
WGS – 84 , phép chiếu UTM ( Universal Transverse Mercator ) và hệ độ
cao Hòn Dấu. Như vậy đối với mỗi hệ toạ độ quốc gia chúng ta thấy có 3
yếu tố cơ bản đó là : Elipxoid trái đất , phép chiếu và độ cao. Trong cả
hai hệ toạ độ quốc gia HN – 72 và VN– 2000 độ cao được lấy theo hệ độ
cao Hòn Dấu.
Hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia Việt Nam ( gọi tắt là hệ VN –
2000) được áp dụng thống nhất để xây dựng hệ toạ độ các cấp hạng , các
hệ thống bản đồ địa hình cơ bản , hệ thống bản đồ nền , hệ thống bản đồ
địa chính , hệ thống bản đồ hành chính quốc gia và các bản đồ chuyên đề
khác. Trong hoạt động đo đạc và bản đồ khi cần thiết có thể áp dụng các
hệ quy chiếu khác phù hợp với mục đích riêng.
Hệ VN – 2000 có các tham số chính sau đây :
1. Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS – 84 toàn cầu với các
tham số sau :
a. Bán trục lớn : a = 6378137.0 m
b. Độ dẹt : f = 1/298.257223563
c. Tốc độ quay quanh trục :  = 7292115.0x10
-11
rad/s
d. Hằng số trọng trường trái đất : G = 3986004x10
8
m
3
/s
2

2. Vị trí Elipxoid quy chiếu quốc gia : Elipxoid WGS – 84 toàn cầu được
xác định vị trí ( định vị ) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử
dụng điểm GPS cạnh dài có độ cao thuỷ chuẩn phân bố đều trên lãnh thổ.
3. Điểm gốc toạ độ quốc gia Việt Nam : Điểm N00 đặt tại Viện Nghiên
cứu Địa Chính thuộc Tổng cục địa chính, đường Hoàng Quốc Việt
Hệ toạ độ VN – 2000 được Thủ tướng Chính phủ ký quyết định là hệ toạ
độ Trắc địa – Bản đồ quốc gia Việt Nam và có hiệu lực từ ngày
12/8/2000. Hệ toạ độ này có các đặc điểm:
- Sử dụng Elipxoid WGS – 84 ( World Geodetic System 1984 ) làm
Elipxoid thực dụng, Elipxoid này có bán trục lớn là a = 6378137 m , độ
dẹt 1/298.2572
- Sử dụng phép chiếu và hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM
Ngày 27/02/2007 Bộ Tài Nguyên và Môi Trường đã ra quyết định số
05/2007/QĐ – BTNMT về việc sử dụng hệ thống tham số tính chuyển
giữa hệ toạ độ quốc tế WGS – 84 và hệ toạ độ trắc địa quốc gia VN – https://dethilop6.com/

33. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 33 - Trắc Địa A – K51
2000 và sử dụng tham số tính chuyển từ WGS – 84 sang VN – 2000 như
sau :
1. Tham số dịch chuyển gốc toạ độ :
-191.90441429 m , -39.30318279 m , -111.45032835 m
2. Góc xoay trục toạ độ (góc Euler):
- 0.00928836” ; 0.01975479” ; -0.00427372’’
3. Hệ số tỷ lệ chiều dài :
dm = 0.25296278x10
-6

3.2.3. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm
Như chúng ta đã biết hệ toạ độ vuông góc không gian ( Hệ Đề Các)
thường được sử dụng để biểu thị vị trí điểm trong không gian (3D). Đối
với hệ quy chiếu trái đất, hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm được
quy định như sau: Tâm của hệ trùng với tâm của Elipxoid trái đất, trục OZ
trùng với bán trục nhỏ b ( trục quay) của Elipxoid trái đất, trục OX trùng
với giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến trắc địa Greenwich với mặt
phẳng xích đạo , trục OY vuông góc với trục OX và trục OZ tạo thành
một tam diện thuận.



Hình 3.4. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm https://dethilop6.com/

34. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 34 - Trắc Địa A – K51
Vị trí điểm P được xác định trong hệ toạ độ vuông góc không gian địa
tâm bởi 3 giá trị toạ độ X, Y, Z (hình 3.4)
3.2.4. Hệ toạ độ trắc địa
Trên Elipxoid thực dụng (hình 3.5) , vị trí điểm được biểu thị qua các
thành phần toạ độ sau:
- Độ vĩ trắc địa B
- Độ kinh trắc địa L
- Độ cao trắc địa H( còn gọi độ cao so với Elipxoid)
Với các định nghĩa sau :
- Độ vĩ trắc địa B là góc hợp bởi pháp tuyến qua điểm xét và mặt phẳng
xích đạo
- Độ kinh trắc địa L là góc nhị diện giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc
(Greenwich) và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm xét.
- Độ cao trắc địa H là khoảng cách tính theo phương pháp tuyến từ điểm
xét đến mặt Elipxoid. https://dethilop6.com/

35. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 35 - Trắc Địa A – K51

Hình 3.5. Hệ toạ độ trắc địa
Để biểu thị vị trí chính xác đến 1mm thì giá trị toạ độ B, L phải tính
đến 0.00003’’, tức là phải có tới 5 chữ số lẻ có nghĩa sau đơn vị giây.
Nếu có trước tọa độ trắc địa B,L,H thì ta tính được tọa độ X,Y,Z theo
công thức sau :
BHN
a
b
Z
LBHNY
LBHNX
sin
sincos)(
coscos)(
2
2








+=
+=
+=
(3.12)
Trong đó N là bán kính vòng thẳng đứng thứ nhất tại điểm xét được tính
theo công thức:
BbBa
a
N
2222
2
sincos+
= (3.13) https://dethilop6.com/

36. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 36 - Trắc Địa A – K51
Trong trường hợp đã có tọa độ vuông góc không gian địa tâm cần tính tọa
độ trắc địa B,L,H chúng ta áp dụng công thức sau :
Để chuyển đổi tọa độ vuông góc không gian X,Y,Z sang tọa độ trắc địa
B,L,H ta sử dụng công thức sau : ()
( )
() 
2
1
1
222
11
−
−
−+−
=
k
k
BtgeaeD
Z
tgB
nếu D>Z (3.14)
Hoặc Z
gBegBaeD
gB
kk
k
2/1
)1(
2
)1(
2
)cot1(cot
cot
−
−− +−−
=
nếu D<Z (3.15)
Trong đó k là số lần tính lặp : 22
YXD +=

Vị trí nước ta có vĩ độ nhỏ hơn 23
0
nên D>Z do đó ta sẽ sử dụng công
thức (1.13)
Khi tính lặp độ vĩ B theo công thức (1.13) và (1.14) ta lấy giá trị gần đúng
đầu tiên theo công thức : Z
eD
gB
)1(
cot
2
0
−
=
(3.16)
Độ kinh được tính theo công thức : X
Y
tgL=
(3.17)
Độ cao trắc địa H được tính theo công thức: Be
a
N
NeecBZNBDH
22
2
sin1
)1(cossec
−
=
−−=−=
(3.18)


https://dethilop6.com/

37. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 37 - Trắc Địa A – K51
3.2.5. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa diện chân trời
Lấy một điểm trên mặt đất T0 làm gốc toạ độ. Lấy pháp tuyến tại T0
làm trục z, trục x là giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến đi qua T0 và mặt
phẳng nằm ngang vuông góc với pháp tuyến tại T0, trục x hướng về cực
Bắc. Trục y vuông góc với trục x và trục z và hướng về phía đông . Chính
vì có các trục như vậy nên người ta còn ký hiệu các trục và các thành
phần toạ độ trong hệ toạ độ vuông góc không gian địa diện là N(North),
E( East), U(Up) thay cho x,y,z.

Hình 3.6. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa diện chân trời
Trong hệ toạ độ vuông góc không gian địa diện chân trời , toạ độ x,y(N,E)
được thể hiện trên một mặt phẳng nằm ngang tại T0 là mặt phẳng chân
trời. x,y được coi là toạ độ mặt bằng của điểm và mang tính cục bộ ( địa
phương).
3.2.6. Hệ toạ độ tầu.
Trong hệ toạ độ tầu người ta xác định vị trí các thiết bị bằng thước
hoặc bằng máy đo khoảng cách.
Mối liên hệ giữa hệ toạ độ tầu và hệ toạ độ địa diện thể hiện qua góc
xoay . Khi đã xác định được góc xoay thì việc tính chuyển giữa hệ toạ
độ địa diện x,y,z và hệ toạ độ tầu x’y’z’ được thực hiện theo công thức
sau : https://dethilop6.com/

38. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 38 - Trắc Địa A – K51




















−
−
=










'
'
'
100
0cossin
0sincos
z
y
x
z
y
x










Hình 3.7. Hệ toạ độ tầu
3.3. Kết hợp định vị DGPS và định vị thuỷ âm
3.3.1. Các công nghệ định vị DGPS chính xác cao
3.3.1.1. DGPS( Định vị GPS vi phân)
a. Nguyên lý chung của định vị DGPS
Nếu có 2 hoặc nhiều máy thu GPS có thể áp dụng kỹ thuật đo DGPS
(Differential GPS) . Trong đó một máy thu đặt ở tại điểm đã biết toạ độ
gọi là điểm tham chiếu (Reference station) còn máy thu khác di chuyển và
sẽ được xác định toạ độ với điều kiện tại cả hai trạm số vệ tinh chung
quan sát ít nhất là 4 vệ tinh. Vị trí đã biết của điểm đặt máy thu cố định sẽ
được sửu dụng để tính số hiệu chỉnh GPS dưới dạng hiệu chỉnh vị trí điểm
( gọi là phương pháp vị trí – Position Method) hoặc hiệu chỉnh cách
khoảng cách code đã được quan trắc ( gọi là phương pháp trị đo –
Mesurement Method ). Các số hiệu chỉnh này sẽ được truyền bằng sóng
Nguồn âm https://dethilop6.com/

39. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 39 - Trắc Địa A – K51
vô tuyến ( Radio Link) đến máy động và lập tức tính toán vị trí điểm đạt
được độ chính xác cao hơn so với trường hợp định vị tuyệt đối.
b. Phân loại định vị vi phân
Định vị vi phân diện hẹp : LADGPS ( Local Area Diffirential GPS)
Định vị vi phân diên rộng WADGPS ( Wide Area Diffirential GPS)
c. Ứng dụng
Khi Mỹ phát triển hệ thống GPS có khả năng định vị với độ chính xác
cao đã tung ra nhiễu SA làm giảm độ chính xác định vị ra xa tới hàng
trăm mét. Một số kỹ sư Nhật Bản và Trung Quốc đã tiến hành đứng máy
tại một điểm gốc biết toạ độ và dùng một máy di chuyển . Toạ độ các
điểm được xác định với độ chính xác không ngờ tới . Định vị vi phân đã
làm cho nhiễu SA và một số nguồn sai số bị giảm thiểu sự ảnh hưởng của
chúng.




Hình 3.8. Công nghệ DGPS xác định vị trí tầu biển
Đặc biệt công nghệ DGPS ứng dụng trong việc xác định vị trí tầu biển.
Các tín hiệu GPS được thu bởi các máy thu GPS trên tầu và các trạm tham
chiếu. Số liệu cải chính DGPS sẽ được phát tới các máy thu GPS. Từ đó https://dethilop6.com/

40. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 40 - Trắc Địa A – K51
các vị trí được xác định với độ chính xác cao. Hiện nay , với các công
nghệ DGPS độ chính xác cao thì vị trí điểm được xác định có thể tới 0.1
tới 0.3m.
3.3.1.2. Công nghệ C-Nav

Hình 3.9.C-nav 2050
C-Nav2050 là một máy thu với 26 kênh theo dõi (12 kênh GPS L1, 12
kênh cho GPS L2 và hai kênh cho vệ tinh [SBAS]) và một bộ giải điều
chế L-Band để tiếp nhận dịch vụ sửa chữa C-Nav. Các cảm biến có thể
cho ra dữ thô nhanh như 50Hz và dữ liệu vận tốc định vị thời gian (PVT)
nhanh như 25Hz thông qua hai cổng nối tiếp 115kbps.
Ứng dụng của thiết bị C-nav kết hợp với dịch vụ hiệu chỉnh Starfire
bao gồm :
- Vị trí tàu di chuyển
- Định vị mẫu
- Lam việc trên thuyền quan trắc
- Nạo vét và khảo sát quan trắc
- Địa vật lý, địa chất, khảo sát và trắc đạc
- Khảo sát thuỷ văn
- Khảo sát hải dương học
- Khảo sát xây dựng
- Đường ống dẫn xây dựng, bảo trì, và khảo sát tuyến đường
- Thiết bị điều khiển từ xa hỗ trợ định vị
- Khảo sát tuyến cáp ngầm, lắp đặt, bảo trì
3.3.1.3. Công nghệ GcDGPS https://dethilop6.com/

41. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 41 - Trắc Địa A – K51
Sự hiệu chỉnh toàn cầu hệ thống định vị vi phân toàn cầu GcDGPS là
một kỹ thuật được sử dụng để nâng cao độ chính xác và ổn định của hệ
thống định vị toàn cầu (GPS).
• Kỹ thuật này được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Jet Propulsion của
NASA do yêu cầu về độ chính xác decimeter trong không gian bên ngoài.
• Để thực hiện điều này, một khái niệm hoàn toàn mới của DGPS đã được
phát triển.
DGPS truyền thống dựa trên khái niệm rằng lỗi vị trí ghi lại trong một
địa điểm tương tự cho tất cả các vị trí trong một khu vực địa phương.
• Một kênh tham khảo tính toán quỹ đạo và đồng hồ và chỉnh lại những
chỉnh sửa được phát cho người dùng.
•. Độ chính xác sẽ bị giảm khi bạn ở xa trạm tham chiếu
Hiệu chỉnh toàn cầu hệ thống định vị vi phân toàn cầu
• Bắt đầu với một mạng lưới toàn cầu của các vị trí tham khảo chiến lược
định vị trên khắp thế giới. Mỗi vị trí được trang bị máy thu hai tần chất
lượng cao.
• Mỗi vị trí tham khảo theo dõi toàn bộ chòm sao vệ tinh GPS vào xem và
gửi dữ liệu GPS liệu đến hai trung tâm xử lý độc lập của hệ thống (NPH)
thời gian thực
• NPHs nhận được dữ liệu thô sau đó tính toán quỹ đạo và hiệu chỉnh
đồng hồ cho mỗi vệ tinh khỏe mạnh trong chòm sao. Sự hiệu chỉnh đó
được phát sóng trên vệ tinh INMARSAT truyền dẫn trong tin nhắn hiệu
chỉnh giá trị bất cứ nơi nào trên thế giới.
3.3.1.4. Công nghệ Fugro Omnistar
OmniSTAR cung cấp hiệu suất cao (HP
+
) các hiệu chỉnh cho GPS
thông qua các kênh vệ tinh. Những hiệu chỉnh này được dựa trên dữ liệu
từ mạng lưới toàn cầu của các trạm tham chiếu kết hợp với quỹ đạo chính
xác và thông tin đồng hồ cho mỗi vệ tinh trong chòm sao vệ tinh
NAVSTAR GPS.
OmniSTAR chỉnh các chương trình phát sóng như là một dịch vụ thuê
bao trên một số vệ tinh địa tĩnh. Dịch vụ này, gọi tắt là OmniSTAR HP
+
,
cho phép một người sử dụng bất cứ nơi nào trên thế giới để làm việc với
độ chính xác tuyệt đối đúng tới dm. https://dethilop6.com/

42. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 42 - Trắc Địa A – K51

Hình 3.10. Nguyên lý thu phát tín hiệu vệ tinh của công nghệ Fugro
Omnistar
OmniSTAR BV nằm ở Hà Lan và là một phần của tập đoàn Fugro của
công ty. Cùng với các công ty chị em ở Houston (Mỹ), Perth (Australia),
Cape Town (Nam Phi), Dubai (UAE) và Singapore, OmniSTAR bán tín
hiệu GPS sửa chữa phân biệt đối với trên đất và sử dụng trên không. Sự
hiệu chỉnh của OmniSTAR được phát sóng bởi một số vệ tinh địa tĩnh.
Tùy thuộc vào loại hình dịch vụ được sử dụng, OmniSTAR hiệu chỉnh
cho phép đo phụ (VBS) hoặc mức độ chính xác dm (HP
+
) trên thế giới.
Chương trình phát sóng trên sáu vệ tinh OmniSTAR công suất cao địa
tĩnh, nằm ở 36.000 km trên đường xích đạo. Tần số nằm trong phạm vi
1525-1559 MHz (GPS L1 = 1575,42 MHz, GPS L2 = 1227,60 MHz). Để
nhận được các tín hiệu OmniSTAR HP
+
, đặc biệt kết hợp ăngten
L1/L2/L-band là bắt buộc.
OmniSTAR HP dựa trên quỹ đạo chính xác của vệ tinh và đồng hồ. Hệ
thống được cung cấp các vị trí của các vệ tinh được biết đến trong vòng
20-30 cm và các lỗi đồng hồ vệ tinh được biết đến trong nano giây, có thể
ước lượng vị trí đến mức một dm mà không cần dùng bất kỳ trạm tham
khảo. Kỹ thuật này còn được gọi là "chính xác điểm định vị" (PPP:
Precise Positioning Point). https://dethilop6.com/

43. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 43 - Trắc Địa A – K51
Với công nghệ OmniSTAR HP
+
, độ chính xác vị trí điểm xác định
được nằm trong khoảng dm.
cm
heightlatlon 30
222
++


3.3.1.5. Hệ thống Starfire và Công nghệ NavCom:
NavCom là công nghệ GNSS(Global Navigation Satellite System)

Hình 3.11. Công nghệ Navcom
 NavCom sở hữu và vận hành mạng lưới DGPS Starfire toàn cầu
 NavCom hợp đồng cung cấp toàn diện các dịch vụ kỹ thuật cho các dự
án ở các chuyên ngành.
 NavCom cũng cung cấp các sản phẩm và dịch vụ cho các ứng dụng
khác:
- Thị trường ra nước ngoài
- Khảo sát ứng dụng
- GIS
- Máy kiểm soát và quản lý tài sản
- Hệ thống quân sự
https://dethilop6.com/

44. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 44 - Trắc Địa A – K51


Hình 3.12 Hệ thống StarFire sử dụng
3.3.2. Sơ đồ nguyên lý kết hợp DGPS và định vị thuỷ âm
Định vị thuỷ âm dựa vào các trị đo khoảng cách và đo góc định hướng
bằng các thiết bị thuỷ âm như đã trình bày ở trên. Như vậy muốn thực
hiện được định vị thuỷ âm cần có các thiết bị sau :
- Hệ thống xử lý định vị thuỷ âm ( máy tính , phần mềm)
- Bộ phát biến
- Bộ ứng đáp tín hiệu
- Mốc phát tín hiệu và bộ ứng đáp
Muốn định vị thiết bị ngầm dưới nước cần phải:
- Xác định vị trí của tầu bằng hệ thống DGPS hoặc một hệ thống tương tự
hoặc tầu được xác định vị trí bởi các bộ ứng đáp hay mốc tín hiệu âm
- Gắn bộ ứng đáp/ bộ đáp lên thiết bị cần định vị ngầm https://dethilop6.com/

45. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 45 - Trắc Địa A – K51

Hình 3.13. Nguyên lý định vị thuỷ âm
Hình trên mô tả nguyên lý định vị thuỷ âm , trình tự định vị được thực
hiện như sau:
- Hệ thống định vị trên tầu sẽ thu tín hiệu cải chính DGPS và tính toán vị
trí của tầu theo hệ toạ độ quy định cho khu đo.
- Bộ phát biến phát tín hiệu xuống các bộ ứng đáp gắn trên các thiết bị
dưới nước .
- Các bộ ứng đáp phản hồi tín hiệu cho bộ phát biến.
- Từ tín hiệu phản hồi thu được của bộ phát biến thì phần mềm sẽ tính
toán các trị đo( khoảng cách, hướng) sau đó bộ xử lý định vị thuỷ âm sẽ
tính toán vị trí của thiết bị dưới nước trong hệ toạ độ tầu
- Kết nối và chuyển hệ toạ độ tầu về hệ toạ độ quy ước khu đo.
3.3.3. Các thiết bị sử dụng trong định vị thuỷ âm https://dethilop6.com/

46. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 46 - Trắc Địa A – K51
Hệ thống dẫn đường và định vị bằng sóng âm sử dụng các thiết bị làm
việc dưới nước như : bộ phát biến , bộ nhận tín hiệu hoặc cả hai. Chúng ta
có thể sử dụng các loại thiết bị như sau:
3.3.3.1.Thiết bị thuỷ âm sử dụng gắn trên tầu.
Bộ phát biến ( Transduce ) – là bộ phát và nhận tín hiệu, thường xuyên
gắn ở cạnh tầu hoặc trên hệ thống dưới nước. Nó gửi đi một tín hiệu kiểm
tra trên một tần số và nhận lại tín hiệu phản hồi trên tần số thứ hai.
Dưới đây là một số hình ảnh về bộ phát biến :

(a) (b) (c)


(d) (e)
Hình 3.14. Các loại Bộ phát biến
a : Bộ phát biến loại 8024 của Sonardyne
b : Bộ phát biến loại 8024 phiên bản có trọng lượng nhẹ của
Sonardyne
c : Bộ phát biến loại 8021 của Sonardyne https://dethilop6.com/

47. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 47 - Trắc Địa A – K51
d : Bộ phát biến loại 8023 của Sonardyne
e : Bộ phát biến loại 8091 của Sonardyne
Vị trí của bộ phát biến :


Hình 3.15. Vị trí gắn bộ phát biến SBL
Ống nghe tín hiệu âm thanh ( Hydrophone) – là một thiết bị thu đa
hướng hoặc thiết bị có định hướng được gắn trên tầu với nhiệm vụ nhận
tín hiệu từ bộ phát biến hoặc mốc tín hiệu / tín hiệu kiểm tra.
3.3.3.2.Thiết bị gắn dưới nước và đáy biển.
Bộ ứng đáp ( Transponder) – là một loại thiết bị thông dụng có thể gắn
cố định dưới nước, gắn ở đáy biển hoặc trên các thiết bị lặn. Nó làm công
việc nhận tín hiệu và chuyển tín hiệu kết hợp với bộ phát biến. Nhận được
tín hiệu hỏi ( ra lệnh) của một tần số, bộ truyền dữ liệu sẽ gửi tín hiệu đáp
trên tần số thứ hai và nó trở thành bị động cho đến khi có tín hiệu kiểm tra
tiếp theo( nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng)
Một số hình ảnh về bộ ứng đáp ( Transponder)
a. Bộ ứng đáp gắn trên thiết bị di chuyển https://dethilop6.com/

48. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 48 - Trắc Địa A – K51

Hình 3.16. Bộ ứng đáp gắn trên thiết bị di chuyển của hãng Sonardyne
b. Bộ ứng đáp gắn dưới đáy biển

Hình 3.17. Bộ ứng đáp gắn dưới đáy biển của hãng Sonardyne

Mốc tín hiệu âm/ tín hiệu kiểm tra ( Beacon/ Pinger) – là thiết bị thông
dụng gắn cố định dưới nước hoặc trên các thiết bị chìm. Nó là bộ ứng đáp,
gửi đi xung trên một tần số đặc biệt của một trạm cơ sở.
Bộ đáp ( Responder) – là một thiết bị truyền được gắn trên thiết bị lặn
hoặc dưới đáy biển nó có thể kích hoạt bởi một dây dẫn ngoài kiểm soát
tín hiệu kiểm tra cho thiết bị nhận hoặc ống nghe tín hiệu âm. Thiết bị này
đồng bộ thời gian với bộ phát biến trên tầu thông qua dây dẫn ngoài. https://dethilop6.com/

49. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 49 - Trắc Địa A – K51

Hình 3.18.Bộ ứng đáp của hãng Sonardyne
Trong tất cả các trường hợp trên, thiết bị nhận được tín hiệu là một
trong hai loại thiết bị thu có hướng hoặc thiết bị thu đa hướng. Độ mạnh
yếu của sóng âm lan truyền trong nước sẽ suy giảm bởi môi trường và
chính nó phản hồi lại. Trong môi trường nước đa số các tạp âm thường có
tần số 5kHz trở xuống. Vì vậy, để tránh các tín hiệu và lệnh điều khiển sai
thì tần số nhỏ nhất trong định vị thuỷ âm nằm ở khoảng từ 7 – 12kHz.
Chính vì thế sự lựa chọn tần số âm của hệ thống định vị thuỷ âm phụ
thuộc phạm vi làm việc và độ chính xác, kích thước và giá thành. Nói
chung, các tần số cao sử dụng cho phạm vi hẹp hơn( do hệ số hấp phụ
cao) và độ chính xác cao. Phạm vi sử dụng của tần số và độ chính xác
được thể hiện dưới bảng sau:
Bảng 3.1. Dải tần số, khoảng cách tối đa và độ chính xác
Loại tần số Dải tần Phạm vi làm việc Độ chính xác
Tần số thấp(LF) 8kHz – 16kHz > 10 km 2m – 5m
Tần số trung
bình(MF)
18kHz– 36kHz 2km – 3.5 km 0.25m–1m
Tần số cao (HF) 30kHz– 60kHz 1500m 0.15m-0.25m
Tần số khá cao(EHF) 50kHz-110kHz < 1000m <0.05m
Tần số cao tần(VHF) 200kHz-
300kHz
<100m <0.01m

Độ chính xác của hệ thống định vị thuỷ âm phụ thuộc vào tần số, sự
suy giảm tín hiệu , môi trường , nhiễu , khúc xạ , phản xạ…
Thông thường, độ chính xác đến một vài mét ở khoảng cách lớn. Với
việc sử dụng các hệ thống dưới nước, độ chính xác có thể đạt tới decimet,
bởi vì độ mặn và nhiệt độ đã ổn định ở một số độ sâu xác định.



https://dethilop6.com/

50. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 50 - Trắc Địa A – K51
3.4. Phân tích các nguồn sai số trong định vị thuỷ âm đáy biển





Hình 3.19. Mối quan hệ giữa định vị vệ tinh và định vị thuỷ âm trong
xác định vị trí đáy biển
Hình trên thể hiện toạ độ của đáy biển được truyền từ hệ thống GPS
thông qua tín hiệu thu GPS trên tàu. Sau đó tiến hành chuyển từ hệ toạ độ
toàn cầu về hệ toạ độ tầu. Đầu phát biến phát tín hiệu tới vật thể hoặc tiêu
mốc dưới đáy biển. Xác định toạ độ vật thể hoặc tiêu mốc trong hệ toạ độ
tầu.
Do vậy ta sẽ có các nguồn sai số tổng hợp bao gồm sai số của nguồn
định vị GPS để xác định toạ độ tàu và nguồn sai số do định vị thuỷ âm
dưới biển gây ra.
MP
2
= M1
2
+ M2
2

Với M1 nguồn sai số do định vị GPS
Đáy biển https://dethilop6.com/

51. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 51 - Trắc Địa A – K51
Với M2 nguồn sai số do định vị thuỷ âm
Hiện nay với công nghệ hiện đại và ngày càng phát triển cao nên hệ
thống định vị vệ tinh có thể cho biết vị trí của tầu với độ chính xác từ
0.2m tới 0.5 m.

































https://dethilop6.com/

52. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 52 - Trắc Địa A – K51
Chương IV

TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM

Do không có điều kiện tiếp cận được với các số liệu thực nghiệm, cho
nên trong phần này chúng tôi sẽ thực nghiệm tính toán theo một số nội
dung sau:
- Tính toán khảo sát vận tốc âm trong nước theo các công thức đã biết
- Ước tính sai số đo khoảng cách dưới nước sử dụng sóng âm
- Ước tính độ chính xác định vị thủy âm đường đáy ngắn theo phương
pháp mô hình .
4.1. Tính V theo P, T, H
Thực nghiệm tính V theo các công thức trên:
Bảng 4.1. Vận tốc âm tính theo công thức 2.5
STT T(
0
C) H(m) S(ppt) V(m)
1 -1 100 31 1440.774
2 0 200 32 1448.4
3 5 300 33 1473.13
4 8 400 34 1487.976
5 10 500 35 1498.34
Bảng 4.2. Vận tốc âm tính theo công thức 2.6
STT T(
0
C) H(m) S(ppt) V(m)
1 0 100 0 1447.6
2 5 200 10 1485.511
3 10 300 20 1519.89
4 15 400 30 1550.954
5 20 500 40 1578.92
Bảng 4.3. Vận tốc âm tính theo công thức 2.7
STT T(
0
C) H(m) S(ppt) V(m)
1 0 1000 31 1460.068
2 5 2000 33 1501.283
3 10 3000 35 1540.018
4 15 4000 37 1576.259
5 20 5000 40 1611.041
Như vậy vận tốc âm càng tăng khi T, H, P càng cao.

https://dethilop6.com/

53. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 53 - Trắc Địa A – K51

4.2. Tính sai số trung phương khoảng cách D đo được bằng sóng âm
4.2.1. Sai số trung phương khoảng cách D đo theo nguyên tắc hai chiều
Sai số trung phương khoảng cách được tính theo công thức (2.14b) 






+=

2
2
2
2
2
1
2
1
4
1
t
m
V
m
D
m
tVD

Áp dụng nguyên tắc đồng ảnh hưởng 2
2
2
2
t
m
V
m
tV

=

Ta có : 








=








=

2
22
1
2
22
12
1
2
4
2
4 t
mD
V
mD
m
tV
D
Với vận tốc âm giả sử là 1500m/s , ứng với mỗi độ sâu ta sẽ có sai số vận
tốc âm khác nhau . Sai số trung phương khoảng cách đo bằng sóng âm
theo nguyên tắc hai chiều được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 4.4. Sai số trung phương khoảng cách đo bằng sóng âm theo
nguyên tắc đo hai chiều( đơn vị m)


20m 40m 50m
100
m
200
m
300
m 400m
500
m 700m
1000
m
1.5 0.014 0.028 0.035 0.071 0.141 0.212 0.283 0.354 0.495 0.707
2.0 0.019 0.038 0.047 0.094 0.189 0.283 0.377 0.471 0.66 0.943
2.5 0.023 0.047 0.059 0.118 0.236 0.354 0.471 0.589 0.825 1.179
3.0 0.028 0.057 0.071 0.141 0.283 0.424 0.566 0.707 0.990 1.414
3.5 0.033 0.066 0.082 0.165 0.330 0.495 0.660 0.825 1.155 1.650
4.0 0.038 0.075 0.094 0.189 0.377 0.566 0.754 0.943 1.320 1.890
5.0 0.047 0.094 0.118 0.236 0.471 0.707 0.943 1.179 1.650 2.357











D
mv https://dethilop6.com/

54. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 54 - Trắc Địa A – K51

4.2.2. Sai số trung phương khoảng cách D đo theo nguyên tắc một
chiều
Sai số trung phương khoảng cách được tính theo công thức (2.16b) 






+=

2
2
2
2
2
1
2
1
t
m
V
m
D
m
tVD

Bảng 4.5. Sai số trung phương khoảng cách đo bằng sóng âm theo
nguyên tắc đo một chiều( đơn vị m)


20m 40m 50m
100
m
200
m
300
m 400m
500
m 700m
1000
m
1.5 0.028 0.057 0.071 0.141 0.283 0.424 0.566 0.707 0.990 1.414
2.0 0.038 0.075 0.094 0.189 0.377 0.566 0.754 0.943 1.320 1.89
2.5 0.047 0.094 0.118 0.236 0.471 0.707 0.943 1.179 1.650 2.357
3.0 0.057 0.113 0.141 0.283 0.566 0.849 1.131 1.414 1.980 2.828
3.5 0.066 0.132 0.165 0.330 0.660 0.990 1.320 1.650 2.310 3.300
4.0 0.075 0.151 0.189 0.377 0.754 1.131 1.508 1.886 2.640 3.771
5.0 0.094 0.189 0.236 0.471 0.943 1.414 1.886 2.357 3.300 4.714


















D
mv https://dethilop6.com/

55. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 55 - Trắc Địa A – K51

4.3. Xác định vị trí bộ ứng đáp (dưới đáy biển) trong hệ toạ độ tầu


Từ công thức 3.10 và 3.11 ta tính toán được toạ độ của bộ ứng đáp
trong hệ toạ độ tầu
b
RRRR
y
a
RRRR
x
8
8
2
4
2
3
2
2
2
1
2
2
2
4
2
1
2
3
−+−
=
−+−
=

()() ()()
()() ()())
(
4
1
222
4
222
3
222
2
222
1
byaxRbyaxR
byaxRbyaxRz
−−+−++−+−+
−−−−++−−−=

Để có “số liệu tính” cho toán thử nghiệm, ở đây chúng tôi áp dụng
phương pháp khảo sát trên mô hình.
Nội dung của phương pháp kháo sát trên mô hình là tiến hành thiết kế
vị trí các điểm gốc )...2,1( njH
j
= và các điểm cần xác định ),...2,1( miP
i= https://dethilop6.com/

56. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 56 - Trắc Địa A – K51
trên sơ đồ , trong hệ tọa độ không gian 3D theo một đồ hình tương tự với
thực tế. Trên mô hình sẽ có được vị trí “thực” x,y,z của tất cả các điểm
(gốc và cần xác định) trong không gian. Từ vị trí “thực” của các điểm đó
sẽ tính ngược ra các yếu tố iR cần quan trắc của đồ hình khảo sát. Các giá
trị tính ngược từ tọa độ thiết kế có thể coi như giá trị thực (tức là không có
sai số). Để tạo ra “các trị đo” '
iR có sai số , ta gán cho các trị thực đã tính
trên các sai số ngẫu nhiên có độ lớn, có dấu và có quy luật phân bố chuẩn,
thảo mãn hàm mật độ tính theo công thức:
dtex
x
t

−
−
=
2
2
1
2
1
)(

Việc gán sai số theo quy luật phân bố chuẩn có thể thực hiện theo
phương pháp tạo phiếu sai số và rút thăm tuần tự (có hoàn lại) để gán cho
các trị thực.
Từ “các trị đo” được tạo ta theo nguyên tắc trên, chúng ta hoàn toàn có
thể sử dụng các thuật toán đã biết để tính toán, bình sai xác định lại tọa độ
điểm cần xác định ),...2,1(
'
miP
i= . Chênh lệch tọa độ giữa giá trị thiết kế
của điểm P và tọa độ tính được sau xử lý sẽ phản ánh độ chính xác vị trí
điểm cần xác định do ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên của các trị đo.
Bài toán 1 : Giả sử ta có toạ độ các ống nghe gắn dưới đáy tầu : H1 , H2 ,
H3 , H4 và toạ độ của bộ phát biến gắn vào các vật di chuyển hoặc dưới
đáy biển P. Ta tiến hành tính toán R1, R2, R3, R4 và tính toạ độ của P’
trong hệ toạ độ tầu.
Bảng 4.6.Tính toạ độ tầu khi biết toạ độ các điểm Hi và toạ độ điểm P ta
tính được toạ độ P’ trong hệ toạ độ tầu
STT x(m) y(m) z(m) Ký hiệu
trị đo
Giá trị
(m)
H1 26 30 -2 R1 36.125
H2 26 38 -2 R2 42.626
H3 -24 38 -2 R3 56.718
H4 -24 30 -2 R4 52.009
P 15 2 18 a 25
P’ 14 0 18.916 b 4
Bài toán 2 : Có toạ độ các điểm Hi ( i = 1,…4) và các khoảng cách Ri
(i=1,…4). Ta tính ra được toạ độ điểm P’ trong hệ toạ độ tầu . Kết quả dưới
bảng sau:
https://dethilop6.com/

57. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 57 - Trắc Địa A – K51
Bảng 4.7.Tính toạ độ tầu khi biết toạ độ các điểm Hi và khoảng cách Ri
ta tính được toạ độ P’ trong hệ toạ độ tầu
STT x(m) y(m) z(m) Ký hiệu trị đo Sai số các
trị đo(m)
Giá trị(m)
H1 26 30 -2 R1 1 37.125
H2 26 38 -2 R2 -1 41.626
H3 -24 38 -2 R3 -1 55.718
H4 -24 30 -2 R4 0.5 52.509
a 25
P’ 13.754 -0.225 18.884 b 4
Từ hai bài toán trên ta xác định độ lệch các thành phần toạ độ điểm P’
trong hệ toạ độ tầu:
x(m) y(m) z(m)
Độ lệch 0.246 0.225 0.032






















https://dethilop6.com/

58. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 58 - Trắc Địa A – K51
Kết luận
1. Độ chính xác định vị thuỷ âm đường đáy ngắn phụ thuộc vào độ sâu và
sai số đồng hồ đo thời gian lan truyền tín hiệu và sai số tốc độ âm trong
môi trường nước.
2. Vận tốc âm thanh dưới nước phụ thuộc vào áp suất, độ mặn và nhiệt
độ của nước. Khi áp suất, nhiệt độ và độ mặn càng cao thì vận tốc âm
thành truyền dưới nước càng nhanh. Trong thực tế sai số xác định vận tốc
âm trung bình có thể đạt cỡ 1.5m.
3. Sai số tốc độ âm ảnh hưởng tới việc xác định khoảng cách dưới nước
được thể hiện qua bảng 4.5 và 4.6. Nếu khoảng cách 500m với vận tốc âm
1500m/s, sai số của vận tốc âm là 1.5m/s thì sai số xác định khoảng cách
dưới nước là khoảng 1.0m.
4. Với sai số xác định khoảng cách như trên (1.0m) và sai số xác định vị
trí tàu bằng GPS cỡ khoảng 0.2 – 0.5 m , thì sai số tổng hợp tới việc định
vị điểm dưới nước theo công thức MP
2
= M1
2
+ M2
2
. Sai số xác định vị
trí điểm dưới nước vào khoảng 1.1m.
5. Khi tiến hành đo khoảng cách dưới nước theo nguyên tắc hai chiều
chính xác hơn đo khoảng cách theo nguyên tắc một chiều.



















https://dethilop6.com/

59. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Trắc Địa


Nguyễn Văn Tú - 59 - Trắc Địa A – K51
Tài liệu tham khảo
1. GS.TSKH Phạm Hoàng Lân , PGS.TS Đặng Nam Chinh. Trắc địa biển
Hà nội 8/2003
2. PGS.TS. Đặng Nam Chinh , PGS.TS. Đỗ Ngọc Đường. Bài giảng công
nghệ GPS giành cho sinh viên trắc địa, Đại học Mỏ địa chất Hà nội.
3. KARL RINNER. Universidad de Gaz-Austria “Marine geodesy and its
future”.
4. [email protected]
5. StarFire: A Global High Accuracy Differential GPS System Ron
Hatch, Tenny Sharpe, Paul Galyean - NavCom Technology Inc.
6. www.Sonardyne.com
7. Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ “Nghiên cứu hoàn
thiện các chỉ tiêu kỹ thuật và quy trình công nghệ đo đạc biển ở Việt Nam”
Chủ nhiệm đề tài PGS.TS. Đặng Nam Chinh.
8. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị thuỷ
âm trong thi công công trình dưới nước” Nguyễn Văn Cương.
9. www.cctechnol.com
https://dethilop6.com/