הבנת העקרונות של מהירות הקולי פרופ'ילינג בסקרי הידרוגרפיים

עקבו אחרי Sound Speed Profiling in Hydrography

מהירות סאונד profiling היא טכניקה בסיסית בסקר הידרוגרפיים מודרני המשפיע ישירות על הדיוק של מיפוי תת-ימי.מהירות שבה קול נע דרך מים ים אינה קבועה; זה משתנה עם טמפרטורה, סליניות ולחץ (מעמיק) בסביבה טיפוסית של האוקיינוס, מהירות הקול יכול לנוע בין כ 1450 מ' / s עד 1550 מ ' / s. וריאציות אלה לגרום beams להיותnd (ret) ו-זמנית) ו-זמניים להוביל לשינויים לא-זמניים לא-ret-ret-re-re-קופים-קויים כדי לשנות שגיאות , אם הם השאירו אותם כדי שינוי שיטתיים כדי שינוי עמוק.

סקרים הידרוגרפיים - בין אם עבור תרשים אווירי, בנייה offshore, דריסה, או ניטור סביבתי - דרישה אנכית ונוף אופקי כי לעתים קרובות ליפול בתוך ס"מ ללא תיקון מהירות קול נאותה, סקר עשוי לייצר שגיאות עומק של כמה מטרים, שילוב בטיחות ושלמות הפרויקט. מאמר זה חוקר את עקרונות מהירות הקול, איך זה נמדד, איך הנתונים הם מוחלים, הטוב ביותר עבור שיטות באיכות גבוהה.

למה מהירות הקול

מהירות הקול במים מושפעת משלושה משתנים עיקריים: FLT:0 (temperatureFLT:1), FLT:2salinityFLT 3, ו-FLT:4pressureFLT:5 (טמפרטורות מעמיקות) יש בדרך כלל את ההשפעה הגדולה ביותר, עם מהירות גבוהה על ידי בערך 4 מ"מ / 1 ° C עלייה של Salinity וגם לתרום במהירות גבוהה יותר של מים;

אם סקר הידרוגרפי משתמש בערך מהירות צליל יחיד (למשל, 1500 מ' /s) על פני עמודה מים כולה, חישובי העומק המתקבל יהיו שגויים בכל מקום שהמהירות האמיתית מהדהדת.עבור דפדפנית יחיד, זה מוביל להפחתה מתמדת של שיעור הדרגה הלא נכונה של ההבדל בין ההנחה לבין מהירות בפועל.

מהירות הקול הסינון היא חיונית לכן:

(ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
פרויקטי ה-FLT:0 (Construction Project): 1FLT:1, קווי כבלים, וקרנות רוח offshore דורשות מודלים מדויקים של קרקעית הים.
(FLT:0) ניטור סביבתי:FLT:1 מיפוי בית הגידול, לימודי תחבורה סידמנט וניהול החוף מסתמכים על רחצה אמינה.
מחקר מדעי:0 (FLT:1 Oceanographic Models and Climate Studies) תלוי בנתונים מדויקים של מהירות הקול.

ארגונים כגון ה-IHO (IHO) ,0IRLT:0IRLT 1 (IHO) ,IHO) ⁇ FLT 3:2FLT 3 סטנדרטים שנקבעו (למשל, S-44 עבור סקרים הידרוגרפיים) המחייבים תיקון מהירות קול כדי להשיג הוראות מדויקות.

עקרונות מהירות הקול

מהירות סאונד כרוכה מדידת מהירות הקול במעמקי דיסקרטיים דרך עמודה המים ובבניה של פרופיל מהירות (SSP)סאונד (SSP) Visrete מהירות דרך עמודה מים והקמה של מהירות קול לעומת עומק.פרופיל זה משמש לאחר מכן על ידי תוכנת הרכישה לתקן כל קרן Sonar עבור תגמול וזמן נסיעה.

המונחים: Indirect Measurement

ישנן שתי גישות להשגת נתוני מהירות הקול:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) מדידה עקיפה (באמצעות CTD): ההרחבה 1 (A Conductivity, טמפרטורה ו Depth (CTD) חיישן מודד את שלושת הפרמטרים הללו, ומהירות הקול מחושבת באמצעות משוואה אמפירית (למשל, צ'ן-מילרו של אונסק"ו או דל גרוסו נוסחאות) רוב הסקרים ההידרוגרפיים משתמשים בשיטה עקיפה, כי CTDs גם מספקים צפיפות שימושית וזמינות לנתונים של האוקיינוס.

שתי השיטות מתקבלות באופן נרחב.חיישנים מהירים מהירים נוטים להיות מדויקים יותר (בדרך כלל ±0.05 מ') אבל הם יותר עדינים. CTD-derived מהירות דיוק מהירות הקול הוא בדרך כלל ±0.1 - 0.2 מ'/s לאחר הסגירה, אשר מספיק עבור רוב ההזמנות הסקר.

ציוד מהיר ל Sound Speed Profiling

הכלים העיקריים לאיסוף פרופיל מהירות הקול כוללים:

(FLT:0CTD Rosette: 1FLT) 1 A מסגרת המכילה בקבוקי דגימה מים מרובים ו- CTD, הורד מכלי שיט.זה מספק פרופילים איכותיים, אבל הוא זמן-consuming.
(ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב') ויקרא: "וַיָּבְהִיתִיתִיתִיא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא
(FLT:0) בדיקות ניתנות להשגה (XBT, XCTD, XSV): התקנת מכשירים בלתי אפשריים 1 אשר מעבירים נתונים באמצעות חוט דק כפי שהם נופלים.הם מהירים ודורשים לא הדהד, אידיאלי עבור אזורים גדולים או סקרים צבאיים, אך הם פחות מדויקים ולא ניתן לייחסם.
כלי רכב תת-ימיים (AUVs) וגליצרים: ⁇ FLT:1 מצויד ב- CTDs, הם יכולים לאסוף פרופילים בזמן המשימה, לספק כיסוי מרחבי ללא צמיגים של כלי תמיכה.

כלי סקר מודרניים נושאים לעתים קרובות מכשירים מרובים: hull-Hal-ed-Hal-Hal-Hal-Hal-Hal-Hal-Hal-Hal-Hal-ed-of-FLT:0 sound Speed חיישןFLT:1 עבור מדידה בזמן אמת פני השטח ו- CTD עבור מים עמוקים יותר.

אסטרטגיה והחלטה

מספר המדידות הנדרשים תלויים בסביבת הסקר ובסדר IHO.

מים (FLT:0) מים המכילים מים: FIRLT:1 (עמודת המים) עשויים להיות רק 10-50 מ' עמוק.כאן, טמפרטורה וסלין יכול להשתנות במהירות בשל גאוות, בנהר, או stratification.
(FLT:0) מים: ההרחבה 1:1 עמודת המים יציבה יותר מתקופות ארוכות יותר, כך שפרופילים יומיים או אפילו שבועיים עשויים להספיק, אך ההחלטה האנכית חייבת לתפוס את התרחום (אזור השינוי המהיר).
(FLT:0) תיקון פרופיל בזמן אמת: FLT:1 ב סקרים רבבים, מהירות הצליל פני השטח נמדדת ברציפות בפנים טרנספורמטיבי; זה מתקן את זווית ההיגוי של קרן. עבור השכבות הבסיסיות, SSP האחרון הוא טעון לתוך התוכנה ויישום באמצעות אלגוריתמים מתפתל.

כשל לעדכן פרופילים לעתים קרובות מספיק הוא מקור משותף של טעות שיטתית, במיוחד בערכים דינמיים או לאחר חזית סערה עובר.

החלת נתוני מהירות סאונד בסקרי הידרוגרפיים

ברגע שפרופיל מהירות הקול נאסף ומאומת, הוא חייב להשתלב בזרימת העבודה של הסקר.

עיבוד נתונים ובקרת איכות

נתוני פרופיל Raw עוברים כמה צעדים לפני שהם ניתנים להשגה:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ :0) ,51: 1 (הדגשה על הקריאות) הן התייחסות נכונה למשטח הים (באמצעות פיצוי ברומטרי או תיקונים גאותיים).
(ב) ⁇ מהירות הקול (אם משתמשים ב- CTDigture): 1:1 החל את הנוסחה שנבחרה.
(ב) ,0) , הבין-פולציה והבריקה: בורא עולם 1: יוצר שולחן מהיר רגיל (למשל, כל מטר או דיסמטר) המתאים לתוכנה הנארית.
(ב) ,0) דגלי איכות: 1FLT (מקור: 1) כל מידע מפוקפק (למשל, ליד תחתית שבה ייתכן שהחקירה פגעה בקרקעית הים).

רוב תוכנת הרכישה (למשל, QPS QINSy, Teledyne PDS, HYPACK, Kongsberg SIS) יכולה למקם פרופילים בתבניות סטנדרטיות כגון FLT:0SVPFLT:1 או FLT:2ATCLT 3: The Software לאחר מכן מבצע ray-tracing עבור כל אחד מהם, חישוב 2 המסלול הנכון ומיקום הנסיעה.

Single-Beam vs. Multibeam תיקון

בצלילים חד-פעמיים, התיקון העיקרי הוא גורם פשוט החל בעומק הגלם: עומק אמיתי = עומק נמדד × (מהירות קול אמיתית / מהירות קול) irFLT:1 עם זאת, זה מניח מהירות קבועה, אשר לעתים קרובות מספיק רק במים רדודים, ממוזגים היטב.

עבור מערכות מרובותbeam, התיקון הוא הרבה יותר מורכב.כל אחד מהם נוסע דרך גיאומטרי שונה דרך עמודה מים.התוכנה משתמשת בפרופיל מהירות הקול כדי לעצב את ההונאה, חישוב היציאה מדרך קו ישר.זה קריטי במיוחד עבור השדמים החיצוניים, אשר ניתן לעקר מאוחר יותר אנכי על ידי דחייה.

רגישות זמנית וספציבית

פרופיל מהירות סאונד אינו סטטי.הם משתנים עם:

(ב) התחממות כדור הארץ:0 (ב) התחממות כדור הארץ ביום יוצרת מדחום רדום שנעלמה בין לילה.
תנועת ה-FLT:0 (Tidal Movement:0) 1 In estuaries, Ebb ו-שיטפונות יכולים להחליף את עמודת המים כולה במים שונים.
(ב) טיפת מים:0) טיפת מים: 1 לאחר גשם כבד, עדשות בעלות נמוכה על פני השטח, שינוי דרמטי של מהירות הקול.
מים קרים ועמוקים שהובאו אל פני השטח משנים את הפרופיל במהירות על פני מרחקים קצרים.

סקרים מנוסים מתכננים את לוח הזמנים של ההסתה שלהם על בסיס תנאים סביבתיים.כמה כלי שיט מודרניים משתמשים בפרופיל כלי שיט (MVP) הסרת כלי שיט (MVP)FLT:1 או גוף מטונף שיכול לאסוף פרופילים בזמן, מצמצם את זמן השבתה.

אתגרים ועיסוקים טובים ביותר ב- Sound Speed Profiling

גם עם הציוד הטוב ביותר, מהירות הקול פרופיל מציג כמה אתגרים שיכולים לדרג את איכות הנתונים אם לא לטפל בהם.

חיישן Calibration ודפט

תאי מוליכות CTD נוטים להטמיע ולסגת סחף לפני ואחרי-היתר דיוק CTD יכול לייצר שגיאות מהירות קוליות של כמה מטרים לשנייה.הפרקטיקה הטובה ביותר היא לבצע כיאות טרום ואחרי-survey (באמצעות אמבטיה או תקן ידוע) ולנקה את החיישנים באופן קבוע.

גבולות סביבתיים

במים מאוד רדודים (פחות מ-2-3 מ'), פריסת כלי סינון קשה כי משקל הכבלים או החקירה עצמה יכול להשפיע על קריאה. במקרים כאלה, בדיקת מהירות קול מאוישת יד או חיישן בעל כורך עשוי לשמש.

הבטחת שקיפות נתונים

כאשר פרופילים מרובים נאספים על פני אזור סקר (אשר עשוי להיות עשרות קילומטרים רבועים), הם חייבים להיות עקביים.אם שני פרופילים סמוכים מראים הבדלים משמעותיים, שיפוט הוא הכרחי: הוא ההבדל האמיתי (למשל, חזית) או חפץ של טעות כלי? קרוס לבדוק נגד פרופיל התייחסות קרוב או השוואת מהירות קול במהירויות חפיפות מסייעות לניסוח כמה תוכנות יכול למזג פרופילים מרובים למודל של מהירות הקולית של מהירות, שיפור פני השטח.

שילוב עם תיקונים אחרים

מהירות הקול אינה עובדת בבידוד.מדת העומק הסופית דורשת גם תיקונים:

(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד, ויקרא י"ד) - "הצינור" (שם כ"ד, כ"ד).
(ב) ויקרא י"א: "ה', ו''' (ב"ב) ,"ב' (ב"ב) ,"ה' (ב"ב) ,"ה')
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד): "כי קדשו את הקשר הזה לטימטום גיאו-דיפרטי.
(ב) ,0) , פשטות ומניעה של אובדן: 1 (ב) לתיקוןים.

פרופיל מהירות הקול הוא הבסיס שעליו מתקיימות תיקונים אחרים.אם הפרופיל אינו נכון, שרשרת התיקון כולה נפגעת.

נושאים מתקדמים ב- Sound Speed Profiling

תזמון אמיתי

כמה מערכות רבבים מודרניות, כגון אלה מן FLT:0irFLT ( 1Kongsberg ימיים ראטפל:2sph 3, מציעים ניטור מהירות סאונד בזמן אמת:5 באמצעות חיישן מיניאטורה רכוב ליד transducer.

שימוש בנתונים של Satellite-Derived

המחקר הוא בדרך להעריך פרופיל מהירות קול מטמפרטורת פני הים המחושב ותנודות פני הים בגובה פני הים, בשילוב עם קלימטולוגיה היסטורית CTD, בעוד עדיין לא מדויק מספיק עבור סקרים הידרוגרפיים מסדר גבוה, גישה זו יכולה לעזור לתכנן סקרים באזורים מרוחקים או לספק תיקון ראשון עבור מיפוי נמוך.

מהירות סאונד וחזית האוקיינוס

באזורים בהם ההמונים נפגשים (למשל, קדמית במפרץ, חזיתות בים הצפוני), מהירות הקול משתנה באופן דרמטי על פני מרחקים אופקיים קצרים.פרופיל אחד עשוי להיות נציג רק כמה מאות מטרים. במקרים כאלה, סקרים חייבים לאסוף פרופילים לעתים קרובות מאוד (למשל, כל 1-2 ק"מ) או להשתמש במערך מותר לאסוף סדרה רציפה של פרופילים לאורך הסקר, אני צריך לאפשר רזולוציה מספקת של רזולוציה שדה.

מסקנה: התפקיד הקריטי של Quick Speed Profiling

מהירות סאונד profiling היא לא רק צעד שגרתי בעיבוד נתונים הידרוגרפיים - זה הגורם החשוב ביותר בהשגת מדויק, בטוח רחצה. כמו טכנולוגיית סקר מתקדם, עם רזולוציה גבוהה יותר נדר ופלטפורמות אוטונומיות, הביקוש לנתוני מהירות קול טוב יותר רק מגביר את ההבנה של העקרונות השולטים מהירות הקול, פריסת מכשירים, ואת שילוב הנכון של פרופילים לתוך העבודה בנפרד נחשול של נחשול מקצועי ניחושים.

עבור הידרוגרפים, הדבקות בפרקטיקה הטובה ביותר - קליברציה שגרתית, תכופה תכופה במים דינמיים, בקרת איכות זהירה, וחינוך מתמשך על שיטות חדשות - מבטיח כי המוצר הסופי עומד בסטנדרטים המחמירים הנדרשים לניווט בטוח, הנדסה ומחקר מדעי.אם סקר נמל עסוק או חתך מרוחק של האוקיינוס, פרופיל מהירות הקול הצנוע נשאר הגיבורה של כל תרשים מדויק.