Эхолоты

Самыми распространенными и достаточно простыми гидроакустическими приборами, используемыми для съемки дна, являются одночастотные однолучевые эхолоты. Наряду с развитием однолучевых эхолотов в настоящее время разработан новый класс приборов — многолучевые эхолоты, которые позволяют получать значение глубин не только под килем судна, но и сбоку от него в полосе до 3-4 глубин. Эти эхолоты находят широкое применение при построении карт глубин для решения таких задач, как обеспечение безопасности плавания, выбора трасс прокладки кабелей связи, трубопроводов, при проведении изыскательских работ при строительстве портовых сооружений и т. д. В этих акустических системах с помощью специальной конструкции приемо-передающей антенны и дальнейшей обработки эхо-сигналов получается много (более сотни) узких лучей, расположенных веером по направлению вбок от линии движения носителя антенн (как правило, это само судно).

Для определения планового положения излучателя в момент съемки (т. е. для привязки точек съемки) часто используют спутниковую аппаратуру, которая может работать в режимах DGPS RTCM или RTK. Для высокоточных измерений используют режим RTK, который позволяет также учитывать в реальном времени изменения уровня воды. Как уже отмечалось, в большинстве случаев для выполнения съемок используют одночастотный однолучевой эхолот, который портативен и быстро развертывается в рабочее положение. Более высокую производительность обеспечивают многолучевые и сканирующие эхолоты, которые более продуктивны и позволяют охватывать широкую полосу вдоль определяемого профиля. Сетка съемочных профилей создается для обеспечения полного покрытия снимаемого участка, так как морское дно не видно невооруженным глазом.

При съемке эхолотом измерение глубины осуществляется относительно уровня водной поверхности, отметка которой для внутренних водоемов меняется в зависимости от осадков. При работе в акватории моря, вследствие отливов и приливов, отметка уровня водной поверхности может изменяться на 10 м в течение 12 часов. Поэтому текущий уровень воды определяют относительно марки водомерного поста либо используют способ повторной съемки дна, то есть повторяют съемку через некоторое время, строят еще одну цифровую модель местности (ЦММ) и сравнивают ее с предыдущей ЦММ, построенной относительно того же исходного уровня. При работе спутниковой системы, установленной непосредственно на судне, в качестве основной системы навигации в режиме RTK автоматически учитываются изменения текущего уровня воды. При этом отпадает необходимость в установке берегового уровенного поста. Карты участка дна и другая информация, полученная при съемке, используется при работах по углублению дна, монтаже инженерных конструкций, строительстве трубопроводов, резервуаров и др. инженерных сооружений, исследованиях окружающей среды, мониторинга состояния подводных трубопроводов, для безопасной навигации и т. д. По результатам съемки заказчик может получить информацию в виде файла с трехмерными координатами (XYZ), карты глубин с нанесенными изобатами и в виде пространственного ЗD-изображения участка дна.

Для этих работ обычно используют эхолоты SonarLite (рис. 5.69).

Рис. 5.69. Эхолот SonarLite, выпускаемый фирмой Ohmex Instruments (Англия)

Этот однолучевой эхолот предназначен для выполнения прибрежной съемки рек и водоемов совместно с использованием тахеометров и GPS-приемников. Эхолот SonarLite разрабатывался для совместного использования с электронными тахеометрами и GPS оборудованием. Данные промеров интегрируются с топографическими данными. SonarLite имеет в комплекте внутренние аккумуляторные батареи, зарядное устройство, кабели передачи данных, внутреннее программное обеспечение для записи данных и программное обеспечение для последующей обработки данных съемки. Прибор может быть использован в качестве традиционного эхолота с выводом данных на встроенный серийный порт (RS232C) или как самостоятельная система с маркировкой данных по времени и сохранением результатов во внутренней памяти для последующей обработки. Эхолот обладает малыми потерями сигнала и обеспечивает получение высокоточного цифрового контура рельефа дна. Графический жидкокристаллический дисплей непрерывно отображает изменения данных совместно с текстовой информацией. Масштаб изображения на дисплее может быть увеличен или уменьшен простым нажатием клавиш на передней панели инструмента. В комплект эхолота входит водонепроницаемый транспортировочный кейс.

Этот прибор комбинирует в себе функции эхолота и накопителя. В дополнение к электронике брызгозащитный по стандарту IP65 кейс содержит аккумуляторные батареи, достаточные для работы в течение нескольких дней, и монохромный ЖК-дисплей. Излучатель объединяет в себе генератор звуковых импульсов, приемный усилитель и процессор цифровых сигналов (ПЦС). Он заключен в небольшой обтекаемый пластиковый корпус длиной менее 100 мм. При работе устройство потребляет около 0,35 Ватт от внутренних перезаряжаемых батарей или внешней 12 В батареи. Погрешность измерения глубины характеризуется средней квадратической ошибкой порядка 2 см. Данные измерений выводятся с интервалом раз в секунду.

Технические характеристики эхолота SonarLite

Эхолот SonarLite может импортировать данные о местоположении, собранные автоматическими и полуавтоматическими электронными тахеометрами, которые могут отслеживать призму, обычно закрепленную на лодке вертикально над излучателем. Эти данные содержат временные метки тахеометров, получаемые при регистрации. Временные метки используются совместно с временным интервалом SonarLite для объединения данных промеров глубин и местоположения. Так как отслеживается трехмерное положение призмы, то нет необходимости применять приливные или гидравлические градиентные поправки к данным. Система работает и с DGPS системами: эхолот может быть напрямую подключен к GPS-приемнику и сохранять данные в формате NМЕА в своей памяти вместе с глубинами. В приливных областях система DGPS обычно используется совместно с ручными или с уровнемерными измерениями прилива, а значения высот по GPS игнорируются. К тому же из-за малой скорости лодок задержка дифференциальной поправки на больших расстояниях имеет малое влияние на допуски к общей точности определения координат.

Программное обеспечение Sonar2000 поставляется как составная часть комплекта SonarLite и предназначено для использования на ПК под ОС Windows 95/98, NT, 2000 или ХР (только не для Win3.1x). Программное обеспечение позволяет импортировать широкий диапазон форматов файлов и выгружать данные из SonarLite. Файл может содержать следующие типы данных с временными метками:

• глубины — от низа излучателя до дна плюс заглубление излучателя;
• координаты — или координаты XYZ, или широта/долгота;
• временные метки — метки в данных, когда кнопка события была нажата;
• данные о приливе — высоту прилива по уровнемерным данным.

Каждый элемент данных хранится с упорядочиванием по времени с точностью до миллисекунды. Пропущенные данные линейно интерполируются по соседним элементам пропорционально времени. Программное обеспечение Sonar2000 позволяет пользователю графически редактировать и удалять данные точек любого типа, используя выделение мышью в любом из видов: план «Position» или профиль «Time Series» всего набора данных. Программа позволяет пользователю прямо преобразовывать данные из GPS в прямоугольные координаты, используя фиксированное UTM преобразование или определенное пользователем. Пользователь также может задать время и величины смещений любого из трех главных типов данных, позволяя компенсировать разность часов или смещений между эхолотом и, например, электронным тахеометром.

Обработанные данные хранятся совместно с любыми использованными поправками и смещениями как окончательные координаты, глубины и уровень воды при съемке. Эти данные могут быть экспортированы в различные форматы, включая ASCII и DXF для импорта в другие программные продукты. Полная эхограмма может быть распечатана на том количестве страниц, которое требуется для используемого системного принтера под Windows. Также доступна клиентская версия ПО, которая позволяет просматривать сырые данные и выводить их на печать как необходимо, но неспособная редактировать или изменять их каким-либо образом.