// Вие четете...

Ниво на океана

Определяне на дълбочините по АФС.

„Който добре познава началото, той и от края не се плаши.“

Въведение. Всички разгледани по-рано способи за извършване на снимка на релефа на дъното позволяват да се получат значенията на дълбочините и по тях да се създадат графични или цифрови модели на подводния релеф. Но даже в съвременните много лъчеви хидроакустични комплекси изходната информация си остава дискретна, което не гарантира пропуски на някакви аномални образования на релефа на дъното. Следва да се има в предвид и друг недостатък на указаните способи – неголямата скорост на снимките, особено в плитководните райони. Като следствие от това се явява малката производителност на труда на хидрографските работи и високата им стойност.

Използването на метода фотографиране на морското дъно позволява да се получи плътно не разкъсано изображение, носещо голям обем информация за формите и размерите на обектите.

Понастоящем фотографската снимка на морското дъно и на водната среда се изпълняват със самолети или други летателни апарати, космически апарати, надводни кораби, подводни лодки и дълбоководни апарати, а също така с помощта на специални апарати.

Стерео фото грам метричен метод за определяне на дълбочините. Стерео фото грам метричния метод за определяне на дълбочините е на основата на това, че с помощта на две аерофото снимки на подводния релеф, съставляващи стерео двойка, се възстановява стереоскопичния, обемен модел на дадената повърхност, извършвайки измервания, от който може да се получи плановото и височинното положение на точките.

Стерео фото грам метричния метод за определяне на дълбочините се осъществява в два варианта: първо се използват аерофото снимки, получени от един АФА, а превишението се определят относно участъци от дъното с известни дълбочини; второ – използват се снимки, получени от два синхронно работещи АФА, установени на един или на различни самолети, летящи на известно разстояние един от друг. По получените снимки могат да се измерят превишенията между точките на повърхността на морето и на дъното.

Търсената разлика между дълбочините се определят на основата на формули от тригонометрията с отчитане на това, че снимките са в две среди, въздух и вода.

, (1)

където Н – височина на фотографирането;

p – разлика в надлъжните паралакси на точките, разположени на повърхността на водата или на точките с известна дълбочина, с точките с дълбочина Z;

b – база на фотографирането в мащаба на аерофото снимката (разстоянието между центровете на снимките при планова снимка);

F – коефициент на редукция, обусловен от произхода на оптичните лъчи през границата на двете среди (зависи от коефициента на пречупване и фокусното разстояние на АФА).

Надлъжен паралакс се нарича разликата в абсцисите на съответните точки на стерео двойката p = x1 – x2 ,

където х1 – координатата х на дадена точка на първата снимка от стерео двойката;

х2 – координатата х на дадена точка, но на втората снимка.

Обработка на резултатите от снимката с цел получаване на дълбочините е възможна само при наличие на всяка стерео двойка не по-малко от четири опорни точки, чийто дълбочини са известни. В качеството на подобни точки могат да бъдат използвани контурни точки от дъното на които дълбочините са измерени с ехолот или други способи, точки от уреза на водата или обозначени точки на повърхността на морето, за които Z = 0.

При строго съблюдаване на условията за аероснимка и контурите на дъното, дадения метод позволява определянето на дълбочините от 5 до 20 м (в зависимост от прозрачността) с точност от 0,3 до 0,5 м.

Фото метричен метод за определяне на дълбочините. В хидрографията много широко се използва фото метричния метод за определяне на дълбочините. Методът е основан на количествената връзка между дълбочините и яркостта на светлинния поток, отразяван от дъното и въздействащ на светлочувствителния слой на фото лентата.

В общия случай яркостта на светлинния поток се съставя от:

В = Вп + Вд + Вв + Q

където Вп – яркост на повърхността;

Вд – яркост на дъното;

Вв – яркост на потока, отразяван от слоя вода;

Q – яркост на въздушната димка.

По такъв начин, ако Вп и Вд са постоянни (тоест дъното е еднородно), тогава

В = f(Вв) .

Търсената дълбочина може да бъде получена от решаването на основната батиметрична формула

където Вф – интегрална фотографична яркост в диапазона на вълните, определян от комбинацията на филтрите;

F=В – фото графичната яркост на оптически безкрайна дълбочина (Z = ), където дъното не оказва влияние;

R=Во-В – разлика в яркостта на уреза на водата (Z=0) и на оптическата безкрайност на дълбочината;

р=2с – удвоен показател за вертикално отслабване на светлината във водата.

В тази формула има трите неизвестни величини F, R, р = 2с, тоест необходими са три точки с известни дълбочини Z1, Z2, Z3, за да бъдат получени тези значения.

1. Определяне на дълбочините при наличие на снимки на уреза на водата.

На практика е достатъчно една, така наречена опорна точка с дълбочина Zоп. Това става възможно тъй като

(3)

След определянето, за дадена акватория, на тези величини, останалите дълбочини могат да бъдат разчетени по формулата

(4)

Максималните дълбочини, определяни по фото метричния способ, достигат до 1,5 – 2 пъти значението на условната прозрачност на водата. При благоприятни условия те могат да достигнат до 15 – 20 м. Така по резултати от фактически измервания с фото метричния способ са получени дълбочините за Балтийско море до 12 м, за Черно море – до 22 м, за Баренцово море – до 15 м, за Японско море – до 22 м.

Определянето на дълбочините по фото метричния способ с АФС се заключава в измерването с помощта на микро фото метър величини, характеризиращи степента на почерняне на фото слоя на аерофото снимката на акваторията и намирането по резултатите от микро фото метрирането на търсените дълбочини.

а) Определяне на дълбочините по точни аналитични зависимости.

Определянето на дълбочините на основата на точна аналитична зависимост, отчитаща всички съставляващи на яркостта, се извършва по формула (4). Относителната яркост Все определя от зависимостта:

– при използването на едно лъчев микро фото метър (МФ-4) измерващ коефициента на пропускане

, (5)

– при използване на дву лъчев микро фото метър (от типа ИФО-451) измерващ оптичната плътност

, (6)

където А – отчет по регистрограмата, пропорционална на коефициента на пропускливост в дадената точка от изображението;

D – оптична плътност на фото изображението в дадена точка;

 – коефициент на контрастност на изображението: на позитива – отрицателен, на негатива – положителен.

Точната зависимост се използва при наличие на данни за коефициента на контрастност , която се определя по резултатите от сенситометричния контрол при фото химичната обработка на аерофото филма.

б) Определяне на дълбочините по приблизителни формули.

При отсъствие на данни за коефициента на контрастност се използват приблизителни формули:

– за едно лъчев микро фотометър

, (7)

където  – величина, пропорционална на показателя на вертикалното отслабване на светлината Р и коефициента на контрастност .

Величината  се явява функция на дълбочините и нейното значение се изчислява по значението на опорната дълбочина изхождайки от формулата

, (8)

– за дву лъчевия микро фото метър

(9)

(10)

където Ао – отчет по регистрограмата в точката от изображението, на уреза на водата;

А – отчет по регистрограмата в точката на търсената дълбочина Z;

Аоп- отчет по регистрограмата в точката на опорната дълбочина Zоп;

Dоп, D и Dо – оптичната плътност на изображението съответно в точката на опорната дълбочина Zоп, търсената дълбочина Z , и точката на уреза на водата.

2. Определяне на дълбочините при отсъствие на снимката на изображение на уреза на водата.

При отсъствие на аерофото снимката на изображение на уреза на водата или в случай на наличие на отличаващ се грунд на плажа от грунда на дъното, при стръмни брегове, а също така когато брегът е покрит с растителност, тоест във всички случаи, когато измерването на величините А0 или D0 е невъзможно, изчисляването на фото метричните дълбочини се извършва:

а) При използването на точни аналитични зависимости

(11)

където Zопi – дълбочина на една от опорните точки;

В – изчислява се или по формула (5) или по формула (6).

б) При използване на приблизителни аналитични зависимости

– по измервания от едно лъчев микро фото метър

(12)

където Zопi – една от опорните дълбочини (Zоп2 > Zоп1);

/ – е аналогична на , само че приема дискретен характер в диапазона на Zоп1 и Zоп2 , а също Zоп1  0, ако няма други опорни дълбочини.

– по измервания от дву лъчев микро фото метър

(13)

Точността на фото метричния метод зависи от влиянието на многочислени фактори, редът на които не подлежи на достоверни определения и отчет.

Основни източници на грешки се явяват:

– нееднородност на грунда, съставляващ морското дъно;

– наличие на водорасли;

– разчлененост на релефа;

– непостоянство на хидрооптичните свойства на морската вода;

– вълнение на морето;

– неравномерност на обработката на аерофото снимките;

– използването на приблизителни зависимости.

Точността също зависи от:

– мащаба на АФС;

– точността на измерване на опорните дълбочини и преноса на тяхното положение на аерофото снимките;

– точността на измерване на оптичните характеристики на изображението и мащаба на регистрация на измерените величини;

– качеството на аеро негативите, диапозитивите.

Най-добри резултати се получават при съвместяването на фото метричния способ за определяне на дълбочините с разреден промер на участъците с еднороден грунд и слабо разреден релеф.

В този случай се прокарват, нормално към бреговата линия, разредени промерни галси – не по-малко от три за всяка аерофото снимка, сгъстяването на които до изискуемата подробност на снимката се осъществява чрез фото метрични галси. Освен това, паралелно на бреговата линия се прекарват два контролни галса – до брега (на дълбочини 2 – 3 м) и до мористата граница на снимката.

Промер за осигуряване на аерофото заснемането с опорни дълбочини се планира по данни от полевото дешифриране на аерофото снимките като в качеството на опорни дълбочини се използват, като правило, дълбочините в точките на определяне на мястото по галса.

СКП на определяне на мястото по галса не трябва да превишава 0,5 мм в мащаба на планшета.

Разстоянието между точките на определените места в галса при разредения промер трябва да бъдат не по-големи от 1,5 см в мащаба на отчетния планшет.

В точките на пресичане на фото метричните галси с промерните дълбочини Zi са известни. Следователно, могат да бъдат определени параметрите р или, а след това да се разчетат дълбочините за всяка точка от фото метричния галс.

Изисквания към аерофото снимките и аерофото снимачните материали.

АФС и разредения промер се изпълняват в един и същи полеви сезон с минимално възможен интервал във времето (не повече от 2 – 3 седмици). При това в началото се извършва АФС.

Във времето за изпълнение на АФС и промера се водят наблюдения за колебанията на морското ниво на постовете за наблюдение.

Мащабът на АФС се избира в 1,5 – 2 пъти по-малак от мащаба на отчетния планшет или равен на него.

Височината на фотографиране над нивото на морето в метри се определя по формулата:

където f – фокусно разстояние на АФА, в мм;

МАФС – знаменател на мащаба на АФС.

Максимално допустимата скорост на самолета (км/ч) се намира по формулата:

където t – време на експозиция в секунди.

За извършване на аерофото заснемане на морското дъно и на подводните обекти следва да се използват аерофото апарати, имащи светлочувствителни обективи с зрителен ъгъл 60 – 85° и широк диапазон на експозиция. От съществуващите типове на АФА е целесъобразно да се използват АФА 41/10, АФА 41/20, АФА 42/20, АФА – ТЭ/20.

При използването на стерео графичния метод на снимка могат да бъдат използвани АФА-41/7,5. За дешифриране на отделните участъци на плитководието, сложни в навигационно отношение, се използват материали, получени с дълго фокусни не топографски аерофото апарати АФА-42/50, АФА-42/75 и АФА-42/100.

Аерофото лентата, използвана за АФС на морското дъно и подводните обекти, трябва да има най-голяма чувствителност в жълто – зелената област на спектъра (lэф=510-600 нм). При заснемане следва да се използват изохроматични фото ленти от типа АС-1 или изопанхроматични фото ленти от типа Т-22 и тип Т-29, на които е възможно едновременно да се получи качествено изображение на подводните и бреговите обекти. При снимка на плитководието с дълбочини до 5 м може да се използва спектрозонална фото лента СН-6М.

При снимка на морското дъно и подводните обекти с цел дешифриране и определяне на дълбочините следва да се използват светло филтри, отделящи жълто – зелената област на спектъра. За това е целесъобразно използването на съставни светло филтри. При прозрачност на водата до 10 м се препоръчват светло филтрите ОС-12+СЗС-10 или ОС-14+ЖЗС-18+СЭС-21. При прозрачност на водата над 10 м се препоръчват светло филтрите ЖС-17+СЗС-10 или ЖС-18+СЗС-22. При отсъствие на тези светло филтри следва да се използват зелени светло филтри (например, ЗС-8) или щатни светло филтри ЖС-18 с аерофото лента АС-1.

При планиране на времето за изпълнение на АФС е необходимо да се избягват периодите на значително снижаване на прозрачността на водата в резултат на нейния цъфтеж, внасянето на частици от грунда след пролетното прииждане на водни маси в щормовите и дъждовните месеци. Заснемане на плитководието не следва също така да се провежда в първите 2 – 3 дни след щорм, особено в районите с пясъчен или тинест грунд.

АФС на морските плитководни райони следва да се извършва при добра видимост и безоблачно небе, при височина на Слънцето между 15о < h < 90о – b, където h е височина на слънцето над хоризонта, а b е половината на ъгъла на зрение на аерофото апарата.

Вълнението на морето не трябва да превишава 2 бала.

В зависимост от плътността на въздушната димка, изискуемия мащаб на снимката и използваните АФА, морското дъно следва да се снима от височина 1 – 4 км с надлъжни препокрития на по-малко от 55 – 60% и напречни от 25 – 30%.

Маршрутите на АФС се разполагат паралелно на общото направление на бреговата линия и продължават зад външната граница на участъка на снимката на не по-малко от едно базово разстояние на фотографиране. При площадна снимка осите на маршрутите се разполагат по този начин, щото те да обхващат и сушата или контурните точки на морското дъно.

Определяне на дълбочините по аерофото снимки на морското вълнение. Известно е, че дължината на вълната и скоростта й на разпространение зависят от дълбочината на морето в даденото място, ако дълбочината на морето е по-малко от половината от дължината на вълната. Едновременно на плитководните участъци възниква рефракция и интерференция на вълните, което се проявява в изменението на тяхната дължина и направлението на движение на фронта на вълните.

Изучавайки характеристиките на вълнението може да се определи дълбочината на морето по няколко способа: по изменението на дължината на вълната и нейната скорост; по ефекта на рефракцията; по пътя на анализа на хармоничните съставляващи на спектъра на вълнението.

В първия случай, по пътя на измерване от аерофото снимките се определя дължината на вълната и нейната скорост V, след което се определя значението на дълбочината Z по формулата

(14)

където g – ускорение на силата на тежестта.

По ефекта на рефракцията определението на дълбочините се извършва в следващия порядък: на аерофото снимките се нанасят линиите на вълновите лъчи (линиите на разпространение на точките на фронта на вълните), след това се провежда детайлно изучаване на схемата на рефракцията и се определят дълбочините по формулата:

(15)

където  – дължина на вълната в измерваната точка;

 – ъгъл между лъчите на вълните и перпендикуляра към брега в точката на пресичане на фронта на вълната и лъча на разпространение в i-та точка;

0 – ъгъл в точката на фронта на вълната на дълбок участък (h > 0.5).

Следва да се отбележи, че и двата способа може да се използват само в случаи, когато дъното на плитководния район е равно и е с правилни очертания.

Дълбочината на морето може да се определи и по друг способ, в основата на който е положено двумерното преобразование на Фурие. Неговата същност се състои в използването на фотографии на различни вълнения, направени на еталони участъци. Тези фотографии предварително се подлагат на хармоничен анализ, а след това се използват в качеството на транспаранти (линирана подложка) в преобразования на Фурие, в специална система. Фотографирането на еталоните участъци се извършва при регулярно вълнение. Погрешността на определяне на дълбочините по дадения способ съставлява между 5 – 15%. Предполага се, че има възможност да се повиши точността до 1 – 2 % от измерваната дълбочина.

Заключение. По този начин, в процеса на аерофото заснемането на дъното в затворената измерителна верига се включват: източник на светлина – среда – обект на облъчване – среда – приемник. За източник на светлина при АФС служи лъчистата енергия на Слънцето; разпространението на светлината се извършва в две съществено различни среди: въздух и вода; за обект на облъчването се явяват формите на подводния релеф; за приемник на информацията служи фото апарата.

Следователно, като основни фактури, определящи възможността за аерофото заснемане на подводния релеф се отнасят:

– оптическите свойства на морската вода;

– мощността и енергийния спектър на източника на светлина;

– размери и отражаващи свойства на формите на подводния релеф;

– контрастна чувствителност на фото лентата.

Именно тези фактори определят особеностите на фото снимката на подводния релеф и натрупват определени ограничения за нейното използване. Поради това те трябва да се отчитат на първо място при планирането на обследване на плитководните участъци с методите на АФС.

Аерофото заснемането е целесъобразно да се използва при снимка на релефа на дъното за плитководни райони (за дълбочини 10 – 20 м) при добра прозрачност на водата по време на отлив и при вълнение не по-голямо от два бала. АФС позволява да се изпълни плътно обследване на района.

Към недостатъците на АФС следва да се отнесат, нейната голяма зависимост от прозрачността на водата, дълбочината, състоянието на водната повърхност и еднородността на дъното.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар