Hidrografik araştırma - Hydrographic survey

Alaska'da hidrografik yüzey araştırmasının nostaljik bir 1985 taslağı .
Neptune , Chicago , Illinois merkezli özel bir araştırma gemisi .
Clintons Kuzey Fırtınası 7 Temmuz 2021'de Ystad limanında .

Hidrografik araştırma , deniz seyrüseferini, deniz inşaatı, tarama , açık deniz petrol arama / açık deniz petrol sondajı ve ilgili faaliyetleri etkileyen özelliklerin ölçülmesi ve tanımlanması bilimidir . Daha önce bahsedilen faaliyetlerle ilgili sondajlara, kıyı şeritlerine, gelgitlere, akıntılara, deniz tabanına ve batık engellere büyük önem verilmektedir . Hidrografi terimi , hidrografik sürecin son aşamalarında, hidrografik araştırma yoluyla toplanan ham verileri son kullanıcı tarafından kullanılabilir bilgilere dönüştüren deniz haritacılığını tanımlamak için eşanlamlı olarak kullanılır .

Hidrografi , kabul makamına göre değişen kurallar altında toplanır. Geleneksel olarak sondaj hattı veya yankı sondajı olan gemiler tarafından yürütülen araştırmalar, sığ sularda uçak ve gelişmiş elektronik sensör sistemleri yardımıyla giderek daha fazla gerçekleştirilmektedir.

Organizasyonlar

Ulusal ve Uluslararası Denizcilik Hidrografisi

Hidrografi ofisleri deniz mirasından evrimleşmiştir ve genellikle ulusal deniz yapılarında bulunur, örneğin İspanya'nın Instituto Hidrográfico de la Marina . Bu organizasyonların koordinasyonu ve ürün standardizasyonu, hidrografiyi geliştirmek amacıyla gönüllü olarak birleştirilir ve Uluslararası Hidrografik Organizasyon (IHO) tarafından güvenli navigasyon yürütülür . IHO, Üye Devletleri tarafından takip edilen Standartlar ve Spesifikasyonların yanı sıra hidrografik araştırma çıkarları ile Mutabakat Muhtıraları ve İşbirliği Anlaşmaları yayınlar.

Bu tür hidrografinin ürünü çoğunlukla ulusal ajanslar tarafından yayınlanan ve Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO), Denizde Can Güvenliği (SOLAS) ve güvenlik amacıyla gemilerde taşınması gereken ulusal yönetmelikler tarafından istenen deniz haritalarında görülür. Bu çizelgeler giderek artan bir şekilde IHO standartları altında elektronik biçimde sağlanmakta ve kullanılmaktadır.

Ulusal olmayan kuruluşlar tarafından yürütülen hidrografik araştırma

Ulusal düzeyin altındaki devlet kurumları, kendi yetki alanları dahilindeki sular için hem dahili hem de sözleşmeli varlıklarla hidrografik araştırmalar yürütür veya sözleşme yapar. Bu tür sörveyler genellikle ulusal kuruluşlar tarafından veya onların gözetimi altında veya onayladıkları standartlar altında, özellikle kullanım, harita oluşturma ve dağıtım veya devlet kontrolündeki suların taranması amacıyla yapıldığında gerçekleştirilir .

Amerika Birleşik Devletleri'nde, anket toplama ve yayınlamada Ulusal Hidrografi Veri Kümesi ile koordinasyon vardır. Devlet çevre örgütleri, görevleriyle ilgili hidrografik verileri yayınlar.

Özel kuruluşlar tarafından hidrografik araştırma

Ticari kuruluşlar ayrıca , özellikle tarama, deniz inşaatı, petrol arama ve sondaj endüstrilerinde büyük ölçekli hidrografik ve jeofizik araştırmalar yürütür . Denizaltı iletişim kabloları veya güç tesisatı kuran endüstriyel kuruluşlar, kurulumdan önce kablo yollarının ayrıntılı araştırmalarını gerektirir ve araştırmalarını yürütürken daha önce yalnızca askeri uygulamalarda bulunan akustik görüntü ekipmanlarını giderek daha fazla kullanır. Bu tür araştırmaları yapmak için hem ticari hem de devlet kurumlarıyla sözleşme yapacak donanıma ve uzmanlığa sahip uzman şirketler mevcuttur.

Şirketler, üniversiteler ve yatırım grupları, genellikle bu su yollarının bitişiğindeki alanları geliştirmeden önce kamu su yollarının hidrografik araştırmalarını finanse edecektir. Anket firmaları ayrıca, büyük kamu projeleri için sözleşmeli olan tasarım ve mühendislik firmalarını desteklemek için araştırma yapmak üzere sözleşmelidir. Tarama operasyonlarından önce ve bu operasyonlar tamamlandıktan sonra özel anketler de yapılmaktadır. Maldivler gibi değişken erozyona maruz kalan bölgelerdeki adalarda olduğu gibi, büyük özel kızakları, rıhtımları veya diğer kıyı tesisleri olan şirketler, tesislerinin ve tesislerinin yakınındaki açık suların düzenli olarak araştırılmasını sağlar.

Kitle kaynak kullanımı ile hidrografik araştırma

Crowdsourcing ayrıca OpenSeaMap , TeamSurv ve ARGUS gibi projelerle hidrografik araştırmaya giriyor . Burada gönüllü gemiler, standart navigasyon cihazlarını kullanarak konum, derinlik ve zaman verilerini kaydeder ve ardından veriler, ses hızı, gelgit ve diğer düzeltmeleri hesaba katmak için sonradan işlenir. Bu yaklaşımla, belirli bir sörvey gemisine veya gemide profesyonel olarak kalifiye sörveyörlere gerek yoktur, çünkü uzmanlık, yolculuktan sonra veriler sunucuya yüklendikten sonra gerçekleşen veri işlemededir. Belirgin maliyet tasarruflarının yanı sıra, bu aynı zamanda bir alanın sürekli bir araştırmasını da sağlar, ancak dezavantajlar, gözlemcilerin işe alınmasında ve yeterince yüksek yoğunlukta ve kalitede veri elde edilmesinde zamandır. Bazen 0,1 – 0,2 m'ye kadar doğru olsa da, bu yaklaşım, gerekli olduğu durumlarda titiz bir sistematik incelemenin yerini alamaz. Bununla birlikte, sonuçlar genellikle yüksek çözünürlüklü, yüksek doğruluklu anketlerin gerekli olmadığı veya uygun olmadığı birçok gereksinim için fazlasıyla yeterlidir.

yöntemler

Ana hatlar, sondaj direkleri ve tek ışınlı ekosounderler

Hidrografik ölçmenin tarihi, neredeyse denizcilik tarihine kadar uzanmaktadır . Yüzyıllar boyunca, bir hidrografik araştırma, kurşun hatların - bir geminin veya teknenin yanına indirildiğinde bir ucunun dibe batmasını sağlamak için kurşun ağırlıklara bağlı halatlar veya derinlik işaretli hatlar - ve direkler olan iskandil direklerinin kullanılmasını gerektirdi. dibe değene kadar yandan itilebilecek derinlik işaretleriyle. Her iki durumda da, üç noktalı sekstant düzeltmeleri ile belirlenen haritalanmış referans noktalarına göre her ölçümün konumu gibi ölçülen derinliklerin manuel olarak okunması ve kaydedilmesi gerekiyordu . Süreç emek yoğun ve zaman alıcıydı ve her bir bireysel derinlik ölçümü doğru olabilse de, pratik bir konu olarak kapsamlı bir araştırma bile, araştırılan alana göre yalnızca sınırlı sayıda sondaj ölçümü içerebilir ve kaçınılmaz olarak kapsama alanında boşluklar bırakabilir. tek ses arasında.

1930'larda bir geminin altındaki derinliği ölçmek için sonar kullanan tek ışınlı yankı iskandilleri ve fatometreler hizmete girmeye başladı . Bu, bir geminin altındaki derinlikler hakkındaki bilgilerin belirli bir mesafede aralıklı bir dizi çizgide toplanmasına izin vererek, kurşun hatlar ve iskandil direkleri ile mümkün olanın üzerinde sondaj verilerinin elde edilme hızını büyük ölçüde artırdı. Ancak, geminin sondaj yaptığı deniz dibi şeritleri arasındaki alanlar için derinlik bilgisi eksikliği nedeniyle önceki yöntemlerin zayıflığını paylaştı.

Tel sürükleme ölçümü

1904 yılında, tel-sürükleme anketleri hidrografi içine tanıtıldı ve Amerika Birleşik Devletleri Sahil ve Jeodezi Anketi 'ın Nicholas H. Heck , bir tel geliştirme ve tel çekme yönteminde 1906 ve 1916 arasındaki tekniğini mükemmelleştirmek önemli bir rol oynamıştır iki gemiye veya kayığa bağlanarak belirli bir derinliğe yerleştirilmiş bir ağırlık ve şamandıra sistemi ile iki nokta arasında sürükleniyordu. Tel bir engelle karşılaşırsa gerginleşecek ve "V" şekli oluşturacaktır. "V"nin konumu, batık kayaların, enkazların ve diğer engellerin konumunu ortaya çıkarırken, telin yerleştirildiği derinlik, tıkanıklıkla karşılaşıldığı derinliği gösteriyordu. Bu yöntem, bir alanın kurşun hatları ve sondaj direklerinin kullanımına göre daha hızlı, daha az zahmetli ve çok daha eksiksiz bir araştırmasına izin verdiği için hidrografik ölçümde devrim yarattı.

Yan taramalı sonarın ortaya çıkmasından önce , geniş alanlarda engeller ve kayıp gemiler ve uçaklar için arama yapmak için tek yöntem tel sürükleme araştırmasıydı. 1906 ve 1916 yılları arasında Heck, tel çekme sistemlerinin kapasitesini nispeten sınırlı bir alandan 2 ila 3 deniz mili (3,7 ila 5,6 km; 2,3 ila 3,5 mil) genişliğindeki kanalları kapsayan taramalara genişletti. Tel-sürükle tekniği, 20. yüzyılın geri kalanının büyük bölümünde hidrografik ölçmeye büyük katkı sağladı. Amerika Birleşik Devletleri'nde kablolu tarama o kadar değerliydi ki, ABD Sahil ve Jeodezi Araştırması ve daha sonra Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi, özellikle bu tür araştırmalarda birlikte çalışmak üzere aynı tasarıma sahip bir çift kardeş gemiyi sahaya sürdü . USC&GS Marindin ve USC&GS Ogden , 1919'dan 1942'ye kadar birlikte tel sürükleme anketleri gerçekleştirdi, USC&GS Hilgard (ASV 82) ve USC&GS Wainwright (ASV 83) 1942'den 1967'ye kadar devraldı ve USC&GS Rude (ASV 90) (daha sonra NOAAS Rude (S 590) ) ) ve USC&GS Heck (ASV 91) (daha sonra NOAAS Heck (S 591) ) 1967'den itibaren tel çekme operasyonlarında birlikte çalıştı.

1950'lerde, 1960'larda ve 1970'lerde yeni elektronik teknolojilerinin – yandan taramalı sonar ve çok ışınlı tarama sistemleri – yükselişi, sonunda tel çekme sistemini geçersiz hale getirdi. Sidescan sonar, hava fotoğrafçılığıyla aynı doğrulukta su altı engellerinin görüntülerini oluşturabilirken , çok ışınlı sistemler, incelenen bir alanda tabanın yüzde 100'ü için derinlik verileri üretebilir. Bu teknolojiler, tek bir geminin, iki geminin yapması gereken tel çekme ölçümünü yapmasına izin verdi ve tel çekme anketleri nihayet 1990'ların başında sona erdi. Gemiler, tel çekme anketlerinde birlikte çalışmaktan kurtuldu ve ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi'nde (NOAA), örneğin Rude ve Heck , sonraki yıllarda bağımsız olarak çalıştı.

Çok Işınlı Ekosounderler (MBES)

Gibi söylemi Açık içerme: "LINZ, yüksek çözünürlük için tüm ÇBİ anketler için jeo-referanslı geri yansıma yoğunluğu açmış ve bir anket teslim edilebilir kılınmasını sağlamak için olduğunu." Bir dizi sözleşme araştırması gerekliliklerinde, daha geniş hidrografik topluluğun MBES teknolojisini kullanarak elde edilebilecek faydaları kucakladığının ve özellikle akustik geri saçılım verileri sağlayan bir MBES'in değerli olduğunu bir gerçek olarak kabul ettiğinin açık bir göstergesidir. ticaret aracı.

Multispektral multibeam ekosounderlerin piyasaya sürülmesi, hidrografik ölçüm topluluğuna çoklu kullanımlar için daha iyi verileri daha hızlı elde etmek için daha iyi araçlar sağlayan teknolojik yeniliklerin yörüngesini sürdürüyor. Çok spektral çok ışınlı bir eko iskandil, dipten dönen ekoların gücüyle ilgili birincil kaygının, not edilmeye (tespit edilmeye) yeterince büyük olup olmayacakları olduğu, akustik sondajların ilk günlerinden itibaren hidrografideki birçok ilerlemeli ilerlemenin doruk noktasıdır. . İlk akustik sirenlerin çalışma frekansları, öncelikle fiziksel boyutları elektrik akımı veya voltaj yoluyla değiştirilebilen manyeostriktif ve piezoelektrik malzemelerin yeteneğine dayanıyordu. Sonunda, ilk tek dikey kirişli akustik iskandillerin çalışma frekansının, taban sert olduğunda (esas olarak kum, çakıl, parke taşları, kayalar veya kayadan oluşan) ölçülen derinlikler üzerinde çok az etkisi olduğu veya hiç olmadığı ortaya çıktı. taban yumuşak olduğunda (esas olarak silt, çamur veya flokülan süspansiyonlardan oluşur) ölçülen derinliklerde gözle görülür bir frekans bağımlılığı vardı. Daha yüksek frekanslı tek dikey ışınlı iskandillerin, düşük frekanslarda akustik olarak şeffaf görünseler bile, yüksek gözenekli tortullardan tespit edilebilir yankı genlikleri sağlayabildiği gözlemlendi.

1960'ların sonlarında, geniş aralıklı hat çizgileri kullanılarak tek ışınlı hidrografik araştırmalar yapıldı ve sondaj kaydındaki daha derin sondajlara tercih olarak dip verilerindeki sığ (tepe) sondajlar korundu. Aynı zaman periyodunda, sığ su hidrografik ölçümünün operasyonel uygulamalarına erken yandan taramalı sonar tanıtıldı. Erken yan taramalı sonarların frekansları, bir mühendislik tasarımının uygunluğu meselesiydi ve yan tarama ekolarının en önemli yönü, genliklerinin değeri değil, genliklerin uzamsal olarak değişken olmasıydı. Aslında, algılanabilir yankı genliklerinin (gölgelerin) bulunmadığı bölgelere dayanarak, tabanın şekli ve altta insan yapımı nesneler hakkında önemli bilgiler çıkarılmıştır. Ulusal Okyanus Araştırması (NOS) Direktörü "yüzen çamur", yedek bir sığ su derinliği iskandilinin işlevsel özelliklerini belirlemek için araştırmalar yapmak üzere bir NOS çalışma ekibi kurdu. Çalışmanın sonucu, hala yaygın olarak kullanılan bir dikey huzmeli derinlik sirenleri sınıfıydı. Aynı anda 2'den fazla oktavla ayrılmış iki akustik frekansta ping attı, tek bir dikey otlatma açısında da olsa hem mekansal hem de zamansal olarak eşzamanlı olan derinlik ve eko-genlik ölçümleri yaptı.

İlk MBES nesli, deniz tabanını derin sularda haritalamaya adanmıştı. Öncü MBES'ler, amaçları batimetrinin (hem tepeleri hem de derinlikleri temsil eden) doğru ölçümlerini elde etmek olduğu için, genlikleri çok az kullandılar veya hiç kullanmadılar. Ayrıca, teknik özellikleri, yankı genliklerindeki uzaysal değişimleri gözlemlemeyi kolaylaştırmamıştır. Erken MBES batimetrik araştırmalarının ardından ve tek frekanslı yan taramalı sonar, farklı sediman türleri arasında bir derece ayrım sağlayabilen deniz tabanının yüksek kaliteli görüntülerini üretmeye başladığında, bir dalgadan gelen yankı genliklerinin potansiyeli. MBES tanındı.

Marty Klein'ın çift frekanslı (sözde 100 kHz ve 500 kHz) yan tarama sonarını tanıtmasıyla birlikte, herhangi bir deniz tabanından bu iki geniş ölçüde ayrılmış akustik frekansta uzamsal ve zamansal olarak çakışan geri saçılımın, muhtemelen bunun iki ayrı ve benzersiz görüntüsünü sağlayacağı açıktı. deniz manzarası. Kabul etmek gerekir ki, yol boyunca insonifikasyon ve alıcı ışın desenleri farklıydı ve batimetrik verilerin olmaması nedeniyle, kesin geri saçılım otlatma açıları bilinmiyordu. Bununla birlikte, iki frekansta örtüşen yan taramalı iz boyunca otlatma açıları her zaman aynıydı.

Topraklanması ardından Kraliçe Elizabeth 2 kapalı Cape Cod , Massachusetts , 1992 yılında, sığ su için vurgu ayrıca sondaj mekansal çözünürlüğü artırmak için işletim frekansları artan MBEs kullanılarak tam dip kapsama anketleri doğru göç etti ölçümünde. Yandan taramalı sonarın, hat boyunca uzanan yelpaze şeklindeki insonifikasyon alanıyla, deniz tabanının yüksek kaliteli görüntülerini elde etmek için, yankı genliklerindeki çapraz hat varyasyonunu başarıyla kullandığı göz önüne alındığında, yelpaze şeklindeki sonarın doğal bir ilerleme olduğu görülüyordu. Yeni monoton daha yüksek frekanslı sığ su MBES'i ile ilişkili insonifikasyonun iz deseni, deniz dibi görüntüleri için de kullanılabilir. MBES alt görüntülemede ilk denemeler altında elde edilen görüntüler, yıldızdan daha azdı, ancak neyse ki iyileştirmeler gelecekti.

Yan taramalı sonar, sonar alma dönüştürücüsünün su derinliğinden ve çapraz hat ışını açma açısından bağımsız bir teknik olan, iletim sonrası zaman kullanarak, insonifikasyon ışını ile mükemmel bir şekilde hizalanmış bir alma ışınından gelen sürekli yankı dönüşlerini ayrıştırır. Çok ışınlı görüntüdeki ilk girişim, sürekli yankı dönüşlerini su derinliğine ve alıcı çapraz iz ışını açılma açısına bağlı aralıklara bölmek için, MBES fan şeklindeki sonifikasyon ışınıyla yalnızca kısmen örtüşen çoklu alıcı ışınlar kullandı. Sonuç olarak, bölümlere ayrılmış aralıklar, hem zaman uzunlukları hem de aktarımdan sonraki zaman açısından tek tip değildi. Işınla ayrıştırılan bölümlerin her birindeki her bir ping'den gelen geri saçılım, tek bir değere indirgendi ve o ışının ölçülen sondajına atananlarla aynı coğrafi koordinatlara atandı. MBES alt görüntülemede yapılan sonraki değişikliklerde, ışınla ayrıştırılan aralıkların her birindeki eko dizisi bir snippet olarak belirlendi. Her pingde, her bir ışından gelen her snippet ek olarak aktarımdan sonraki zamana göre ayrıştırıldı. Belirli bir ışından bir snippet içinde yapılan eko genliği ölçümlerinin her birine, iki bitişik çapraz hat ışınında o ping üzerinde ölçülen sondajlara atanan konumlar arasındaki doğrusal interpolasyona dayalı olarak bir coğrafi konum atanmıştır. MBES görüntülerine yapılan snippet modifikasyonu, görüntüde bir piksel olarak oluşturulabilecek eko genliği ölçümlerinin sayısını artırarak ve ayrıca görüntüde gerçek bir pikseli temsil eden piksellerin daha düzgün bir uzamsal dağılımına sahip olarak görüntülerin kalitesini önemli ölçüde iyileştirdi. ölçülen eko genliği.

Multispektral multibeam ekosounderlerin tanıtılması, hidrografideki ilerici ilerlemeleri sürdürdü. Özellikle, multispektral çok ışınlı ekosounderler yalnızca bir deniz tabanının "çoklu görünüm" derinlik ölçümlerini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bu derinlik ölçümleriyle uzamsal ve zamansal olarak çakışan multispektral geri saçılım verilerini de sağlar. Bir multispektral çok ışınlı ekosounder, çıkış veri setindeki geri saçılım genliklerinin her biri için doğrudan bir başlangıç ​​konumu hesaplar. Bu pozisyonlar, diğer bazı türetilmiş veri setlerinden enterpolasyon ile değil, geri saçılım ölçümlerinin kendilerine dayanmaktadır. Sonuç olarak, çok bantlı çok ışınlı görüntüler, önceki çok ışınlı görüntülere kıyasla daha keskindir. Çok spektral çok ışınlı bir iskandilden gelen batimetrik verilerin doğal kesinliği, farklı tortu türleri arasında ayrım yapmak için akustik geri saçılım açısal tepki fonksiyonunu kullanmaya çalışan kullanıcılar için de bir avantajdır. Çok spektral çok ışınlı yankı iskandilleri, herhangi bir deniz tabanından, geniş ölçüde ayrılmış akustik frekanslarda uzamsal ve zamansal olarak çakışan geri saçılımın, deniz manzarasının ayrı ve benzersiz görüntülerini sağladığı gerçeğini pekiştirir.

Modern ölçme

Çok ışınlı ve yandan taramalı sonar operasyonlarını yürüten NOAA hidrografik araştırma gemisini gösteren grafik

Uygun sığ su alanlarında lidar (ışık algılama ve menzil) kullanılabilir. Ekipman gibi, şişme el sanatları yüklenebilir Zodiacs , küçük teknelere, otonom sualtı araçlar (AUVs), insansız sualtı araçlar (UUVs), Uzaktan Kumandalı Araçlar (ROV) ya da büyük gemilerin ve yandan taramalı, tek ışın ve içerebilir multibeam ekipman . Bir zamanlar deniz güvenliği ve bilimsel veya mühendislik batimetrik çizelgeleri için hidrografik verilerin toplanmasında farklı veri toplama yöntemleri ve standartları kullanılıyordu , ancak artan toplama teknikleri ve bilgisayar işlemenin yardımıyla veriler tek bir standart altında toplanıyor ve çıkarılıyor. özel kullanım.

Veriler toplandıktan sonra, son işleme tabi tutulmalıdır. Tipik hidrografik araştırma sırasında, genellikle metrekare başına birkaç sondaj olmak üzere büyük miktarda veri toplanır . Veriler için amaçlanan nihai kullanıma bağlı olarak (örneğin, navigasyon çizelgeleri , Dijital Arazi Modeli , tarama için hacim hesaplaması , topografya veya batimetri ) bu veriler inceltilmelidir. Ayrıca hatalar (yani kötü sondajlar) ve gelgitler , dalgalar / kabarma , su seviyesi ve termoklinlerin (su sıcaklığı farklılıkları) etkileri için de düzeltilmelidir . Genellikle sörveyör, sondajları düzeltmek için gerekli verileri kaydetmek için sahada ek veri toplama ekipmanına sahiptir. Grafiklerin nihai çıktısı, özel grafik yazılımı veya bilgisayar destekli tasarım (CAD) paketi, genellikle Autocad kombinasyonu ile oluşturulabilir .

Kitle kaynaklı ölçmenin doğruluğu nadiren geleneksel yöntemlerin standartlarına ulaşabilse de, kullanılan algoritmalar , tek ölçümlerden daha doğru nihai sonuçlar üretmek için yüksek veri yoğunluğuna dayanır. Kalabalık kaynaklı anketlerin çok ışınlı anketlerle karşılaştırılması, kitle kaynaklı anketlerin yaklaşık artı veya eksi 0,1 ila 0,2 metre (yaklaşık 4 ila 8 inç) arasında bir doğruluğunu gösterir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

NOAA , NOAA sitesinde büyük bir anket sonuçları, çizelgeler ve veriler veritabanı tutar .