// Вие четете...

Акустика на морето

Изучаване на грунда на морското дъно. Част 1

„Неизвестното е повече от известното.“

Въведение. В настоящия момент, както отечествените, така и задграничните специалисти отделят голямо внимание на въпросите на отчитане влиянието на грунда на морското дъно на ефективността на използване на оръжията и техническите средства на ВМФ. Следователно, все по-голямо внимание се отделя на изучаването на морския грунд, а също така на новите методи на изпълняване на морска грундова снимка и методите на обработка на резултатите от нея. Поради това, на въпросите за планирането, изпълнението и обработката на материалите от морската грундова снимка е посветена в следващите публикации.

Особено внимание ще отделим на най-важните въпроси към които могат да се отнесат обоснованите изисквания към точността и подробността на изучаване на грунда на морското дъно, към методите за планиране, оценка точността на грундовата снимка и обработката на резултатите.

Изисквания на навигационно – хидрографското осигуряване към изучаване на грунда на дъното. В зависимост от изучеността на района и целите на изследване се изпълняват обща, подробна или детайлна снимка.

Обща снимка се извършва с цел разкриване общия характер на разпределение на грунда на дъното на крупни акватории на океана и се осъществява сеизмично акустично профилиране (САП) с вземане на проби от грунда на грундовите станции в характерни точки от профилите.

Снимката се осъществява по пътя на покриване на акваторията с мрежа от галси с междугалсово разстояние равно на десетки и стотици километра.

Технически средства – стратограф, грундови тръби, дъночерпатели, драги.

Подробна снимка се извършва с цел изучаване на грунда на дъното в пределите на отделните райони от морето и океаните, разкриване на площи с еднороден грунд и се осъществява сеизмично акустично профилиране, вземане на проби от грунда и аерофото снимки по пътя на покриване на акваторията със сгъстена мрежа от галси с междугалсово разстояние от десетки километри.

Детайлна снимка се извършва с цел детайлно изучаване на грунда на дъното на отделни участъци по пътя на вземане на проби от грунда, аерофото снимки, водолазно обследване, подводно фотографиране.

Снимката се извършва с последователно използване на най-точните способи за провеждане на снимката, позволяващи да се установи разпределението на характеристиките на грунда на зададената акватория и по дълбочини с междугалсово разстояние в единици километри.

Подробността на снимката се характеризира с разстоянието между галсите на сеизмично акустичното профилиране, а също така и с разстоянието между грундовите станции, което се назначава в зависимост от изучеността на района, дълбочината на морето и разчленеността на релефа на дъното, ръководейки се от таблици.

При изпълнение на снимка на релефа на дъното в крупни мащаби грундовата снимка се изпълнява със следната подробност:

Забележка: При обща снимка пробите от грунда се вземат само в характерни точки от профилите със САП.

В процеса на снимката трябва да бъдат получени следните характеристики на грунда на дъното:

а) за коректура и съставяне на навигационни морски карти и пособия:

– тип; – цвят; – веществен състав; – включване.

б) за съставяне и коректура на картите на грунда на морското дъно:

– характеристики по „а”; – стратификация (мощност на утаечните породи); – гранулометричен състав; – естествена влажност; – плътност на обемната маса; – порестост; – число на пластичност; – коефициент на консистенция.

Морската грундова снимка трябва да се изпълнява след снимка на релефа на дъното в даден район или едновременно с нея.

Методи за планиране на морска грундова снимка. В зависимост от целите за провежданите изследвания на морското дъно в практиката на ХС се използват едни или други методи за провеждане на морската грундова снимка.

В теорията на хидрографските изследвания са разработени методи за определяне на подробността и оценката на точността на снимката на релефа на дъното. Тези методи позволяват при планиране на изследвания да се определи оптималната подробност на снимката за възстановяване на изучаваното поле със зададената точност, а също така да се получи количествена оценка на точността на изпълнение на снимката. За съжаление, дадените методи не се използват при планиране и оценка на точността на морската грундова снимка.

За планиране на морска грундова снимка, за определяне на необходимата подробност и изискванията към точността на определяне на параметрите на грунда е необходимо те да имат количествена оценка. Опитите да се оценят свойствата на грунда с едно число за сега не са се увенчали с успех.

Имайки в предвид отсъствието на количествена оценка на свойствата на грунда, в настоящия момент в качеството на оценка на точността на морската грундова снимка се използва оценката на точността на определяне на местоположението на грундовите станции или точността на прилагане на галсите от сеизмичното акустично профилиране (САП). Ръководещ документ по изпълнението на морска грундова снимка е ПГС № 8, който регламентира само нейната подробност в зависимост от морфологията на морското дъно, дълбочината в района на изследване, приетия мащаб и величината на средно квадратичната погрешност на прилагането на галсите на САП и грундовите станции. Но указаните величини не могат в пълна степен да охарактеризират точността на изпълнение на грундовата снимка, тъй като те не отразяват точността на определяне на параметрите на морския грунд по целия район на снимката и точността на определяне на границите на разпространение на различните типове грунд, което е крайно необходимо за ефективното навигационно – хидрографско осигуряване на ВМФ.

Свойствата на грунда се характеризират с голям брой различни параметри, много от които не се поддават на количествена оценка. Във връзка с това, при оценка на точността на снимката ние сме принудени да оперираме с един (рядко с няколко) параметъра, които трябва да удовлетворяват следните изисквания:

– да отразяват основните свойства на грунда; – да имат количествено изражение; – да имат временна стабилност; – неговото определяне не трябва да предизвиква технически затруднения; – неговото разпределение в пространството трябва да представлява сам по себе си неразривно поле, при изследването на което е възможно да се използва математически апарат.

В качеството на параметър на грунда на дъното, отговарящ на причислените по-горе изисквания е целесъобразно да се вземе акустичния коефициент на отражение, който определя не само акустичните свойства на грунда на морското дъно, но и неговия тип, плътност и т.н.

Самият коефициент на отражение обикновено се получава от измерване на величината на амплитудата на излъчване и отразения от дъното на акустичния сигнал. Така, например в морския хидрографски грундограф МГГ-1 коефициента на отразяване по амплитуда на ехо сигнала VАи по енергия VЭ се изчисляват съответно по формулите:

където tи, tо – интервала от време от момента на запускане на сондиращия импулс до момента на първите екстремуми на излъчваните и отразените сигнали;

Ки, Ко – коефициенти на предаване на излъчените и отразения акустични сигнали;

Аи,max, Аo,max – значение на амплитудата на първия екстремум на излъчения и отразения акустични сигнали;

Аиi, Аoi – текущо значение на амплитудата на излъчвания и отразения акустичен сигнал за зададения времеви интервал.

За това, щото да бъде оценена точността на морската грундова снимка е необходимо да се отчита:

– инструменталната погрешност на измерване на параметъра и погрешността на определяне на поправките;

– погрешност на определение на параметъра на грунда, обусловена от погрешността на координирането;

– погрешност на интерполация.

Априорно оценката на точността на определяне на коефициента на отразяване в района може да се определи, използвайки известната формула:

където mм – СКП на коефициента на отразяване, вследствие погрешността в определянето на мястото на кораба;

mи – СКП в измерване на коефициента на отразяване и определяне на инструменталните поправки;

mинт – СКП на интерполация.

Величината mм, изхождайки от различните предложения за свойствата на градиента на изучавания параметър в зададения район може да се изчисли по ред формули.

Точността на измерване на значенията на коефициента на отразяване от грундограф се определя точността на определяне на инструменталната му поправка и точността на отчета на влиянието на морската вода и дъното на разпространението на акустичните сигнали. Често разделянето на влиянието на отделните фактори не е възможно. Опитът показва, че сумарната СКП на отчитане на поправките за влиянието на различните фактори може да достигне 5 – 8 %.

Реалните изследвания на погрешността за определение на коефициента на отразяване с хидрограф позволява да се направи извод, че СКП на измерване на коефициента на отразяване може да бъде представена по следния начин:

където mу – СКП на измерване на коефициента на отразяване за сметка на неточното определяне на коефициента на усилване на тракта на предаване на аналоговия сигнал от приемното устройство към аналогово – цифровия преобразовател;

mп – СКП на измерване на коефициента на отразяване за сметка погрешността на преобразуване на амплитудата на отразения и излъчвания сигнали на аналогово – цифровия преобразовател;

mсз – СКП на измерване на коефициента на отразяване за сметка на неточното определяне на поправките на разликите в скоростта на разпространение на правите и отразените акустични вълни;

mз – СКП на измерване на коефициента на отразяване заради не отчета на измененията на потапяне на излъчвателя и приемника, и разстоянието между тях за сметка на колебанията на скоростта на кораба;

mш – СКП на измерване на коефициента на отразяване, предизвикана от не еднородността и слоестността на дънните утайки, а също така грапавостта на повърхността на дъното.

СКП на интерполацията, на свой ред определя междугалсовото разстояние при изпълнение на снимката и характера на полето на коефициента на отразяване.

Както следва от формула (3), качеството на грундовата снимка в океана се характеризира не само от точността на определяне на изследвания параметър, но и от интервала на дискретност, а също така и от характера на изучаваното поле.

Изразът (3) позволява да се определи априорно точността на морската грундова снимка при нейното планиране, а също така по зададена точност на снимката една от характеристиките на полето на грунда на морското дъно (коефициента на отразяване от дъното), определя необходимата точност на координирането на снимката и нейната подробност.

Ще разгледаме, как може да се определи априорно точността и необходимата подробност на снимката на полето на коефициента на отразяване от дъното.

Задачата на морската грундова снимка се явява определянето на типа на повърхностния грунд на дъното в изследвания район и границите им на разпространение, определяне на физико – механичните характеристики на грунда и коефициента на отразяване. По този начин, за определяне на необходимата подробност на снимката може да се задава необходимата точност на разкриване на границите на разпространение на еднотипен грунд в района, която се оценява със СКП на определяне на координатите на тези граници. Така както определен тип на грунд съответства на определен диапазон на изменение на коефициента на отразяване от дъното, то връзката между СКП на определяне на коефициента на отразяване на дъното в района на снимката и СКП на определяне на координатите на границите на разпространение на еднотипен грунд (гр) може да се изрази със следната зависимост:

Тогава, задавайки изискваната точност на определяне на границите на разпространение на еднотипни грундове, използвайки зависимост (5), може да се премине към изискваната точност на определяне на коефициента на отразяване на дъното в района или да се определи априорната точност на планираната снимка, след което, използвайки израза (3) се разчита допустимата СКП на интерполация. Подробността на снимката (междугалсовото разстояние) може да се изчисли по метода на итерация, използвайки известната формула на СКП на линейната интерполация:където Т – интервал на интерполация, равен на междугалсовото разстояние;

К(Т) – корелационна функция на коефициента на отразяване.

По този начин, изборът в качеството на главен критерии на точност на морската грундова снимка СКП на определяне на границите на разпространение на еднородни грундове позволява на основата на статистически данни за коефициента на отразяване в изследвания район и зададената точност за разкриване на границите на разпространяване на еднороден грунд се определят на етапа на планиране на необходимата дискретност на грундовата снимка, а също така да се извърши априорната оценка на нейната точност.

При определяне на допустимата СКП на интерполация имат място два случая:

а)

или

б)

В първия случай, допустимата величина на СКП на интерполация при която се осигурява изискваната точност на определяне на границите на ареалите на грунда в резултат на снимката се избира от условията:

Във втория случай, при всяко междугалсово разстояние, зададената точност на определяне на границите на ареалите на грунда, при изпълнение на снимката с дадени технически средства и координиране, не се осигурява. Тоест необходимо е да се използват по-точни способи за координиране или да се намали грешката на измерване на параметъра по този начин, че да се изпълни условие (8), позволяващо да се върнем към първия случай. Ако, независимо от приетите мерки неравенството (8) не се изпълнява, величината на допустимата СКП на интерполация се избира такава, че тя практически да не влияе на точността на снимката:

При това зададената точност на определяне на границите на ареалите на грунда не се осигурява, но влиянието на нейната погрешност на интерполация ще бъде минимално.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар