Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu kết hợp công nghệ GPS và thủy âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn phục vụ khảo sát thiết kế các công trình ven biển

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:163

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án là nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị đo đạc tiến tiến hiện nay nhằm nâng cao hiệu quả công tác đo đạc, thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu kết hợp công nghệ GPS và thủy âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn phục vụ khảo sát thiết kế các công trình ven biển

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN QUANG NGHIÊN CỨU KẾT HỢP CÔNG NGHỆ GPS VÀ THỦY ÂM TRONG ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN TỶ LỆ LỚN PHỤC VỤ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VEN BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2017
ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN QUANG NGHIÊN CỨU KẾT HỢP CÔNG NGHỆ GPS VÀ THỦY ÂM TRONG ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN TỶ LỆ LỚN PHỤC VỤ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VEN BIỂN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ MÃ SỐ : 62.52.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. TRẦN VIẾT TUẤN 2. PGS.TS. NGUYỄN QUANG THẮNG HÀ NỘI – 2017
iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là chính xác, trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong công trình nào khác. Hà Nội, ngày 10 tháng 02 năm 2017 Tác giả luận án Phạm Văn Quang
iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................. iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................... iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................ v MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 Chương 1-TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐO VẼ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN PHỤC VỤ KHẢO SÁT THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH 8 VEN BIỂN.............................................................................................................. 1.1. Các dạng công trình xây dựng ven biển .......................................................... 8 1.2. Khái quát về công tác trắc địa trong giai đoạn khảo sát thiết kế công trình 11 ven biển................................................................................................................... 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng công nghệ GPS và máy đo sâu hồi âm trong khảo sát thiết kế các công trình ven biển ....................... 14 Chương 2- YÊU CẦU KỸ THUẬT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN VEN BỜ TỶ LỆ LỚN.................................................................................. 18 2.1. Nội dung công tác thành lập BĐĐHĐB ven bờ tỷ lệ lớn................................ 18 2.2. Một số quy định về yêu cầu độ chính xác thành lập BĐĐHĐB...................... 22 2.3. Xây dựng luận cứ khoa học xác định yêu cầu độ chính xác của BĐĐHĐB ven bờ tỷ lệ lớn ở Việt Nam ................................................................................... 30 Chương 3 - NGHIÊN CỨU KẾT HỢP CÔNG NGHỆ GPS VÀ THỦY ÂM TRONG ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN TỶ LỆ LỚN ....................... 41 3.1. Hệ thống định vị GPS trên biển....................................................................... 41 3.2. Ứng dụng máy đo sâu hồi âm trong đo vẽ thành lập BĐĐHĐB..................... 53 3.3. Phần mềm thường dùng trong đo sâu ở Việt Nam .......................................... 72 3.4. Nghiên cứu giải pháp kết nối hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm ............... 76 3.5. Nghiên cứu phương pháp kiểm định hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm .... 86 Chương 4 - NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO CAO GPS TRONG ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN VEN BỜ TỶ LỆ LỚN......... 94 4.1. Khái niệm về thủy triều ven bờ ....................................................................... 94
v 4.2. Công tác quan trắc thủy triều phục vụ thành lập BĐĐHĐB ven bờ ............... 97 4.3 . Công tác thành lập BĐĐHĐB ven bờ khi sử dụng kết quả đo thủy triều ...... 101 4.4. Ứng dụng công nghệ đo cao GPS - RTK trong đo sâu để thay thế số hiệu chỉnh thủy triều ....................................................................................................... 105 4.5. Giải pháp thu tín hiệu GPS - RTK trên tầu đo................................................. 108 4.6. Quy trình thành lập BĐĐHĐB ven bờ tỷ lệ lớn .............................................. 110 Chương 5 . PHẦN THỰC NGHIỆM ..................................................................... 119 5.1. Thực nghiệm khảo sát độ chính xác định vị mặt bằng của thiết bị thu GPS... 119 5.2.Thực nghiệm kết nối hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm.............................. 121 5.3. Thực nghiệm ứng dụng công nghệ đo cao GPS-RTK trong đo sâu để thay thế số hiệu chỉnh thủy triều..................................................................................... 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 135 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................... 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 137 PHẦN PHỤ LỤC ................................................................................................... 141 PHỤ LỤC 1: Kết quả tính độ cao đáy biển theo kết quả quan trắc thủy triều ....... 142 PHỤ LỤC 2: Bảng so sánh kết quả tính độ cao đáy biển theo hai phương pháp: quan trắc thủy triều và đo bằng phương pháp RTK ............................................... 145 PHỤ LỤC 3: Bảng số liệu mực nước đỉnh và chân triều tại Trạm Hải văn Vũng Tàu ................................................................................................................ 150
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Thứ tự Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 BĐĐHĐB Bản đồ địa hình đáy biển 2 IHO International Hydrographic Organization 3 MBES Multibeam Echosounder 4 USACE US Army Corps Engineers 5 LINZ Land Information New Zealand 6 GPS Global Positioning System 7 DGPS Differential Global positioning system 8 WGS-84 World Geodetic System-1984 9 Gc-DGPS Global corrected-DGPS 10 LiDAR Light Detecting and Ranging 11 RTK Real Time Kinematic 12 PPK Post processing Kinematic 13 SSTP Sai số trung phương
vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tên bảng Trang 1.1 Một số chỉ tiêu độ chính xác định vị trên biển 11 1.2 Khoảng cách giữa các điểm đo sâu 12 2.1 Quy phạm S-44 của tổ chức thủy đạc quốc tế IHO 23 2.2 Yêu cầu kỹ thuật của USACE 25 2.3 Quy phạm đo sâu của LINZ 26 2.4 Quy phạm đo sâu MBES của LINZ 27 2.5 Quy phạm đo sâu của Hải quân nhân dân Việt Nam 29 2.6 Độ chính xác về vị trí mặt bằng của điểm đo sâu hiện có 30 2.7 Độ chính xác định vị trên biển của một số công nghệ đo GPS 31 2.8 Khoảng cách S với các loại BĐĐHĐB ven bờ tỷ lệ lớn 33 2.9 Sai số vị trí tầu theo từng tỷ lệ bản đồ 33 2.10 Thông số kỹ thuật một số hệ thống MBES 34 2.11 Kết quả xác định vận tốc chạy tầu với các độ sâu khác nhau 36 2.12 Độ chính xác về vị trí mặt bằng của điểm đo sâu 37 2.13 Độ chính xác yêu cầu của các điểm đo sâu 37 2.14 Độ chính xác yêu cầu đo sâu 40 3.1 Tần số sóng âm sử dụng tương ứng với độ sâu 71 3.2 Một số máy đa tia của hãng Simrad 71 3.3 Danh mục thiết bị kết nối 83 3.4 Quy trình đo chỉnh và tính toán (Patch test) 90 4.1 Khoảng cách giữa các tuyến chạy tầu đo bằng máy đơn tia 115 5.1 Kết quả đo thực nghiệm thiết bị thu C-Nav tại Vũng Áng 120 5.2 Kết quả đo thực nghiệm thiết bị thu C-Nav tại cảng Sihanouk Ville 120 5.3 Kết quả đo thực nghiệm thiết bị thu C-Nav tại cảng Dung Quất 121 5.4 Số liệu gốc để tính toán đo đạc thực nghiệm 130
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2 – Vũng Tàu 8 1.2 Tổ hợp các Turbine điện gió biển Bạc Liêu – Việt Nam 9 1.3 Cảng biển và đê chắn sóng cảng nước sâu Sơn Dương – 9 Hà Tĩnh 2.1 Nguyên lý máy đo sâu hồi âm 20 2.2 Phân loại máy đo sâu đơn tia và đa tia 22 2.3 Mối tương quan giữa tần xuất phát xung, độ sâu và góc kẹp 35 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của phương pháp đo GPS - RTK 42 3.2 Sơ đồ nguyên lý định vị GPS vi phân 44 3.3 Sơ đồ trạm Beacon Control 47 3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống OmniSTAR 48 3.5 Sơ đồ tầm hoạt động của hệ thống OmniSTAR-HP 49 3.6 Hình ảnh máy thu OmniSTAR-HP của FUGRU 50 3.7 Sơ đồ bố trí không gian của hệ thống Starfire 52 3.8 Nguyên lý đo đạc của máy đo sâu hồi âm 53 3.9 Hình ảnh hiển thị trên màn hình của máy đo sâu 54 3.10 Cách hiệu chỉnh mớn nước và cạnh đáy 55 3.11 Một số dạng lắp đặt bộ phát và thu tín hiệu 59 3.12 Hình ảnh một số bộ thu phát tín hiệu đang sử dụng 60 3.13 Hệ qui chiếu cục bộ của tàu khảo sát 61 3.14 Trạng thái của tàu khi đo 62 3.15 Tín hiệu âm thanh sử dụng trong các máy đo sâu hồi âm 64 3.16 Xác định khoảng cách thời gian lan truyền trong đo sâu đơn tia 64 3.17 Thuật toán xác định biên độ trong công nghệ đo sâu đa tia 65
ix 3.18 Thuật toán xác định pha trong công nghệ đo sâu 66 3.19a Tia âm được phát từ hai mảng phụ 67 3.19b Xác định thời gian từ hiệu pha 67 3.20 Quá trình xử lý theo thuật toán FFT 67 3.21 Chồng phủ trong hệ thống MBES 69 3.22 Bố trí góc tia quét bằng nhau 70 3.23 Bố trí khoảng cách tia quét bằng nhau 70 3.24 Giao diện chính của phần mềm QINSy 75 3.25 Qui ước các trục tọa độ X,Y,Z 76 3.26 Sơ đồ kết nối hệ thống đo sâu đơn tia hoặc đa tia 78 3.27 Sơ đồ kết nối máy đo sâu đơn tia 79 3.28 Màn hình hiển thị tình trạng kết nối 80 3.29 Menu kiểm nghiệm máy đo sâu đơn tia 81 3.30 Sơ đồ kết nối hình ảnh 82 3.31 Lắp đặt hoàn thiện 83 3.32 Lắp đặt trên giá 83 3.33 Sơ đồ phương pháp xác định độ lệch phương vị 84 3.34 Hệ tọa độ của tầu đo 84 3.35 Nhập vào phần mềm 7 tham số tính chuyển 85 3.36 Nhập vào phần mềm giá trị mớn nước của tầu đo 85 3.37 Mô đun tính các độ lệch Pitch, Roll, Heading của phần 86 mềm QINSy 3.38 Sơ đồ kiểm tra độ trễ định vị 87 3.39 Sơ đồ kiểm tra độ trễ định vị với địa vật 87 3.40 Sơ đồ kiểm tra độ lắc dọc 88 3.41 Sơ đồ kiểm tra độ lệch phương vị 89
x 3.42 Sơ đồ kiểm tra độ lắc dọc 90 4.1 Đồ thị biểu diễn số liệu quan trắc triều 100 4.2 Mối quan hệ giữa kết quả đo sâu và số liệu quan trắc thủy triều 102 4.3 Quan trắc thủy triều bằng thước đo mực nước biển 103 4.4 Quan trắc thủy triều bằng thiết bị đo triều kí 103 4.5 Đo vẽ BĐ ĐHĐB ven bờ bằng công nghệ GPS-RTK và 105 máy đo sâu hồi âm 4.6 Mô hình Geoid EGM 2008 khu vực ven biển Vũng Tàu 107 4.7 Kết nối phần mềm HcLoader với RoverGPS 109 4.8 Lựa chọn định dạng dữ liệu NMEA 109 4.9 Kết thúc thiết đặt chương trình 110 4.10 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình đáy biển 111 4.11 Bố trí tuyến đo sâu tại cảng Phú Quốc 112 4.12 Bố trí tuyến đo sâu tại Cam Ranh – Khánh Hòa 113 4.13 Bố trí tuyến đo dạng tia 114 4.14 Bố trí tuyến tăng dày 114 4.15 Quan hệ giữa độ sâu và độ rộng dải quét 115 5.1 Đo đạc bằng hệ thống C-Nav tại Vũng Áng 119 5.2 Trạm Base đo RTK 122 5.3 Lắp đặt vị trí ăng ten không trùng cần phát triển 122 5.4 Lắp đặt vị trí ăng ten trùng cần phát triển 123 5.5 Lắp đặt hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm 123 5.6 Đo thực nghiệm máy đo sâu hồi âm đơn tia 124 5.7 Hình ảnh tầu đo sâu tại cảng Hải Phòng 124 5.8 Lắp đặt cần phát biến máy đo sâu trên tầu đo 125 5.9 Lắp đặt ăng ten định vị trên tầu đo 125
xi 5.10 Kiểm định hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm 125 5.11 Ghép nối máy thu GC-GPS với máy đa tia Sonic 126 5.12 Kết nối hệ thống GPS và máy đo sâu đa tia 126 5.13 Kết quả kiểm định độ lắc dọc của tầu đo sâu (Roll) 127 5.14 Kết quả kiểm định độ lắc ngang của tầu đo sâu (Pitch) 127 5.15 Kết quả kiểm định độ nâng hạ của tầu đo sâu (Heading) 128 5.16 Kiểm tra barcheck trước khi đo 128 5.17 Vị trí khu đo thực nghiệm 129 5.18 Trạm hải văn Vũng Tàu 130 5.19 Máy đo sâu đơn tia ECHOTRAC MKIII 131 5.20 Máy đo sâu R2SONIC -2024 131 5.21 Trạm Base số 2 tại điểm tuyến cáp tiếp bờ 132 5.22 Vị trí đặt ăng ten máy thu trên tầu 132 5.23 Định dạng file dữ liệu đo RTK 133
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Việt Nam có diện tích hơn 330000 km² bao gồm khoảng 327480 km² đất liền và hơn 4200 km² biển nội thuỷ, với hơn 4000 hòn đảo, bãi đá ngầm lớn nhỏ gần và xa bờ. Cả vùng nội thuỷ, lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa có diện tích gấp gần ba lần diện tích đất liền, khoảng trên một triệu km²; 28 trong tổng số 64 tỉnh thành phố nước ta nằm ven biển, diện tích các huyện ven biển chiếm 17% tổng diện tích và là nơi sinh sống của hơn 1/5 dân số cả nước. Việt Nam là quốc gia có hai mặt giáp biển, đặc biệt trong đó Biển Đông là một trong 6 biển lớn nhất của thế giới, nối hai đại dương là Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương; với 9 quốc gia bao bọc: Việt Nam, Trung Quốc, Philippines, Indonesia, Brunei, Malaysia, Singapore, Thái Lan và Campuchia. Đây cũng là con đường chiến lược của giao thương quốc tế, có 5/10 tuyến đường hàng hải lớn nhất của hành tinh đi qua. Trong đề cương chiến lược phát triển kinh tế biển Việt Nam đến năm 2020 nêu rõ: Phải phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế - xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường; có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của cả nước. Phấn đấu đến năm 2020, kinh tế biển đóng góp khoảng 53 - 55% GDP, 55 - 60% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, giải quyết tốt các vấn đề xã hội, cải thiện một bước đáng kể đời sống của nhân dân vùng biển và ven biển. Để thực hiện chiến lược này việc đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng để phục vụ cho việc khai thác các nguồn lợi từ biển là rất cần thiết và khẩn trương trong đó phải kể đến như tổ hợp các công trình cảng biển, luồng tàu, đê chắn sóng,
2 cầu cảng, bến cảng, kho chứa; xây dựng các nhà máy sửa chữa và đóng mới tàu biển có công suất lớn; khai thác thế mạnh các khu kinh tế ven biển, cảng nội thủy; mở mới các tuyến giao thông đường thủy để giảm áp lực trung chuyển hàng hóa cho giao thông đường bộ, nâng cấp cơ sở hạ tầng cho vịnh Cam Ranh phục vụ cho mục đích quốc phòng… Bên cạnh đó cần xúc tiến các dự án trọng điểm nhằm khai thác tài nguyên vốn có trên biển như dầu, khí đốt, lắp đặt các turbine để khai thác năng lượng gió biển, các tuyến cáp ngầm trên biển … Như vậy vai trò và nhiệm vụ của công tác trắc địa trong khảo sát phục vụ thiết kế các công trình ven biển là rất quan trọng, cần có một bước phát triển mới về công nghệ để đáp ứng được nhu cầu phát triển thực tế hiện nay về tiến độ, số lượng, chất lượng, độ chính xác và hiệu quả kinh tế. Ở nước ta, đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn phần trên cạn đã cơ bản đáp ứng được yêu cầu của công tác thiết kế (đã thành lập bản đồ đến tỷ lệ 1/500), tuy nhiên với bản đồ địa hình đáy biển nói chung mới tiến hành đo đạc ở tỷ lệ bản đồ lớn nhất là 1/10 000 nên chưa đáp ứng được các yêu cầu cần thiết của công tác khảo sát thiết kế xây dựng các công trình biển ven bờ. Với các bản vẽ thiết kế chi tiết các hạng mục công trình để phục vụ cho bước lập dự án, thiết kế kỹ thuật - thi công theo tiêu chuẩn ngành cần có bản đồ địa hình tỷ lệ lớn từ 1/5000÷1/500 [30]. Hiện nay có rất nhiều dự án liên quan đến biển đang được triển khai và đã được đưa vào sử dụng như: Khu kinh tế biển Nghi Sơn, cảng Vũng Áng, cảng Chân Mây, cảng Lạch Huyện, nhà máy đóng tàu Hạ Long, nhà máy đóng tàu Phà Rừng - Nam Triệu, cảng Sài Gòn, cảng Cát Lái, cảng Đồng Nai, cảng Hải Phòng và gần đây nhất là dự án đường ống dẫn khí Lô B - Ô Môn thành phố Cần Thơ… Nhưng hầu hết công tác đo vẽ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn ven bờ dùng để phục vụ công tác khảo sát, thiết kế các công trình trọng điểm này chúng ta đều thuê các công ty nước ngoài bởi họ có phương tiện, máy móc và chuyên gia kỹ thuật.
3 Vì vậy mà việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ và thiết bị hiện đại dùng cho đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn phù hợp với điều kiện và tiêu chuẩn kỹ thuật của Việt Nam là rất cần thiết. Đó cũng chính là mục tiêu nghiên cứu của đề tài mà chúng tôi thực hiện. Ở Việt Nam cũng có rất nhiều nghiên cứu về công tác đo đạc trên biển nhưng mới chỉ dừng lại ở từng thiết bị cụ thể: Công nghệ định vị GPS hoặc các thiết bị thủy âm, máy đo sâu hồi âm… Chưa có một đề tài nghiên cứu về ứng dụng kết hợp các công nghệ tiên tiến, thành lập quy trình để đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn. Các công ty đo đạc biển ở Việt Nam do không có tàu đo sâu chuyên dụng nên khi đo thường phải thuê thuyền đo, công việc bắt đầu là ghép nối các thiết bị, tích hợp công nghệ, kiểm nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị đo với mục đích đảm bảo độ chính xác theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Khi đo đạc trên biển sử dụng các thiết bị khác so với đo vẽ trên đất liền, vì khi đo sâu thường sử dụng các thiết bị đo đạc có nguyên lý và cấu tạo hoàn toàn khác, vấn đề phải kết nối ra sao để đảm bảo độ chính xác khi đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển. Cũng giống như các nội dung nghiên cứu đo đạc trên đất liền, việc hoàn thiện ghép nối tích hợp các công nghệ đo đạc tiên tiến trên biển dùng cho mục đích thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn có độ chính xác cao về mặt bằng và độ cao vẫn còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết, cần được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng, để đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của sản phẩm đo đạc. Từ những nhu cầu thực tế trên ở nước ta, trong luận án tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu kết hợp công nghệ GPS và thủy âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn phục vụ khảo sát thiết kế các công trình ven biển”.
4 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu của luận án là nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị đo đạc tiến tiến hiện nay nhằm nâng cao hiệu quả công tác đo đạc, thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn. - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu kết hợp công nghệ GPS và thủy âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn. - Phạm vi nghiên cứu của luận án: Các thiết bị thủy âm ứng dụng trong đo vẽ thành lập BĐĐHĐB rất đa dạng như hệ thống thu phát thủy âm dưới đáy biển, thiết bị quét hình bằng sóng siêu âm SSS (Side Scan Sonar)…. Trong giới hạn phạm vi luận án nghiên cứu là ứng dụng công nghệ GPS và máy đo sâu hồi âm phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn ở Việt Nam (phần địa hình đáy biển ven bờ cách đất liền ≤ 10 km). 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu yêu cầu độ chính xác và nội dung đo đạc thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ phục vụ khảo sát thiết kế các công trình xây dựng ven biển. - Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS và đo sâu hồi âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ. - Nghiên cứu mô hình kết hợp công nghệ định vị vệ tinh GPS và đo sâu hồi âm, phương pháp kiểm định hệ thống thiết bị nêu trên dùng trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ ở nước ta. - Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả công tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập tài liệu liên quan, cập nhật thông tin trên mạng Internet và các thư viện. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ định vị vệ tinh GPS và máy đo sâu hồi âm, vấn đề tích hợp công nghệ làm cơ sở lý luận cho việc xử lý số liệu.
5 - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, khả thi và đi đến kết luận. - Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp với vấn đề nghiên cứu. - Phương pháp ứng dụng tin học: Dùng các phần mềm phù hợp để xây dựng các chương trình tính toán xử lý số liệu đo đạc. - Phương pháp chuyên gia: Tiếp thu ý kiến của người hướng dẫn, tham khảo ý kiến các nhà khoa học, đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung của luận án. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Các kết quả nghiên cứu trong luận án góp phần hoàn thiện và nâng cao hiệu quả công tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn ở Việt Nam. Giải pháp ứng dụng công nghệ đo cao GPS - RTK trong công tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn cho phép xác định trực tiếp độ cao đáy biển mà không phải đo thủy triều. Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu trong luận án vào các lĩnh vực chuyển giao công nghệ mới, đào tạo cán bộ chuyên ngành, giảng dạy và nghiên cứu khoa học. 6. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Để đảm bảo chất lượng công tác khảo sát thiết kế các công trình ven biển cần xây dựng các chỉ tiêu kỹ thuật hợp lý, phù hợp với đặc điểm thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn ở Việt Nam. Luận điểm 2: Cần tiến hành ghép nối và kiểm định hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm theo quy trình kỹ thuật phù hợp nhằm đảm bảo độ chính xác thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn.
6 Luận điểm 3: Có thể sử dụng công nghệ GPS-RTK kết hợp với máy đo sâu hồi âm để nâng cao hiệu quả công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn. 7. Các điểm mới của luận án - Đã nghiên cứu xây dựng luận cứ khoa học và đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật trong đo vẽ thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn ở Việt Nam phục vụ khảo sát thiết kế các công trình ven biển. - Xây dựng được mô hình, quy trình phù hợp để ghép nối và kiểm định hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm. - Đã nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ GPS - RTK kết hợp với máy đo sâu hồi âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn không cần đo nghiệm triều. Nghiên cứu này cho phép nâng cao hiệu quả công tác khảo sát thiết kế trong thi công xây dựng các công trình ven biển ở Việt Nam. 8. Cấu trúc và nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: 1. Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan về luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, nêu các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án, trình bày tóm tắt cấu trúc và nội dung luận án. 2. Phần nội dung nghiên cứu được trình bày trong 5 chương Chương 1: Tổng quan về công tác đo vẽ thành lập bản đồ địa hình đáy biển phục vụ khảo sát thiết kế công trình ven biển. Chương 2: Yêu cầu kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn. Chương 3: Nghiên cứu kết hợp công nghệ GPS và thuỷ âm trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn. Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo cao GPS trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn.
7 Chương 5: Phần thực nghiệm. 3. Phần kết luận: Tổng hợp lại những vấn đề nghiên cứu trong luận án, đưa ra những nhận xét, đánh giá khả năng ứng dụng và giải pháp nâng cao hiệu quả của công tác đo đạc trong thành lập bản đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn ở Việt Nam. 9. Lời cảm ơn Trước hết, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến tiểu ban hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Viết Tuấn và PGS.TS Nguyễn Quang Thắng đã luôn động viên, tận tình góp ý và định hướng cho tác giả thực hiện các nghiên cứu khoa học, hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo sau đại học, các thầy cô trong khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai và đặc biệt là bộ môn Trắc địa công trình đã giúp đỡ và có nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn thiện nội dung của luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã luôn động viên tinh thần, tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án.
8 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐO VẼ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN PHỤC VỤ KHẢO SÁT THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH VEN BIỂN 1.1. CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG VEN BIỂN 1.1.1. Khái niệm về các công trình biển và công tác trắc địa công trình biển Công trình biển là các công trình được xây dựng trên biển và ven bờ với mục đích sử dụng và khai thác các nguồn lợi tài nguyên thiên nhiên của biển. Công trình biển có thể được chia làm ba dạng chủ yếu [21]: - Các công trình sử dụng không gian biển: Tầu thuyền giao thông, vận tải, các đường cáp quang, cáp điện, đường ống dẫn khí (hình 1.1) hay các công trình ngầm xuyên biển. Hình 1.1 - Đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2 – Vũng Tàu - Các công trình khai thác tài nguyên thiên nhiên, năng lượng biển: Các công trình khai thác dầu khí, dàn khoan, khai thác khoáng vật, các công trình nuôi trồng thủy hải sản, các công trình khai thác năng lượng thủy triều, năng lượng gió (hình 1.2).
9 Hình 1.2 - Tổ hợp các turbine điện gió biển Bạc Liêu – Việt Nam - Các công trình khai thác biển ven bờ: Đó là hệ thống các công trình cảng biển, hệ thống đê chắn sóng (hình 1.3). Hình 1.3 - Cảng biển và đê chắn sóng cảng nước sâu Sơn Dương, Hà Tĩnh Công tác trắc địa công trình trên biển cũng có nhiệm vụ tương tự như công tác trắc địa công trình trên đất liền. Tuy nhiên do môi trường làm việc có sự khác biệt như: Làm việc trên biển là chủ yếu, môi trường làm việc luôn biến động, ít vật định hướng, chịu tác động của thủy triều ... nên công tác trắc địa trên biển cũng có nhiều điểm khác biệt. Tuỳ thuộc vào đặc điểm, phạm vi, vị trí và giai đoạn xây dựng của từng công trình mà có các nhiệm vụ trắc địa