Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα Δια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης Αποτύπωση πυθμένα (Υποενότητα 2.3) Ιωάννης Δ. Δούκας Καθηγητής,Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. jdoukas@civil.auth.gr
Πριν από όλα, ας μή ξεχνάμε..!!
Γεωλογία-Ορολογία Αποτύπωση πυθμένα Ορολογία-3D απεικόνιση
European Multidisciplinary Seafloor & water column Observatory
European Multidisciplinary Seafloor & water column Observatory Συμμετέχουσες χώρες ΧΩΡΑ Italy France Germany Greece Ireland Norway Portugal Spain Sweden Turkey UK ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ INGV IFREMER KDM HCMR (ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.) IMI UiT FCT UTM-CSIC UGOT ITU NOCS
Υδρογραφικός εντοπισμός θέσης (εύρεση στίγματος) Απεικόνιση θαλάσσιου βυθού Κατακόρυφος εντοπισμός (προσδιορισμός βάθους) 3D-εντοπισμός εντοπισμός θέσης (π.χ. με συνδυασμό GPS & ηχοβολιστικών συστημάτων) Γενικές κατευθύνσεις υδρογραφίας
Η μέτρηση του βάθους των ωκεανών και η απεικόνιση (τοπογραφία) του πυθμένα τους Το πρώτο εξειδικευμένο πλοίο για τέτοια έρευνα ήταν η κορβέτα HMS Challenger (1858)
Υδρογραφία - Βαθυμετρία Mέθοδοι προσδιορισμού βάθους και αποτύπωσης πυθμένα Οπτικές Ακουστικές Radar τητας θηση τη
1/2 Κλασσικές μέθοδοι μέτρησης βάθους πυθμένα Βολίδα (κοινή ή μηχανική): Αλυσσίδα μήκους περίπου 22 m, βαθμολογημένη ανά 20 cm. Στο ένα άκρο της αναρτάται βάρος γύρω στα 3 Kg, σε κωνικό σχήμα. Ικανή για βάθη έως 20m ( βολιδοσκόπηση). β η η) Είναι η ΚΥΡΙΑΡΧΗ μέθοδος ως τον 20ο αιώνα!!! Και για τα επόμενα περίπου 50 χρόνια, το μονοπώλιο ήταν η Sigsbee Sounding Machine (1875) Βολιστικός κοντός: Ράβδος μήκους 4m m, διαμέτρου 6 cm, με υποδιαιρέσεις ανά 20 cm (για βάθη έως 4 m, συνηθέστερα από βάρκα)
2/2 Κλασσικές μέθοδοι μέτρησης βάθους πυθμένα Γρίπιση: Έρευνα εντοπισμού (μετά από ηχοβόληση) ανωμαλιών-αντικειμένων του βυθού, με το σύρσιμο συρματόσχοινου, δοκού ή σωλήνα (που καλείται λί γρίπος ). Παρόμοια τεχνική χρησιμοποιείται και στα ναρκαλιευτικά σκάφη, γρι-γρι (..της παλιάς εποχής.)
Υδρογραφία - Βαθυμετρία Σύγχρονες μέθοδοι προσδιορισμού βάθους και αποτύπωσης πυθμένα Αποτύπωση πυθμένα Ηχοβολιστικές (Υδροακουστικές) έ μέθοδοι (σε αυτές δίνεται μεγαλύτερη έμφαση, επειδή είναι «επί τόπου») I/V
Προσδιορισμός βάθους Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ΔΕΝ διαδίδονται στο νερό της θάλασσας! Επομένως, η λύση είναι τα ηχητικά κύματα (τα οποία ΔΙΑΔΙΔΟΝΤΑΙ στο νερό με Ταχύτητα: 1,484 m/s). Το νερό έχει αυξημένες ελαστικές ιδιότητες Ο ήχος διαδίδεται με τη δημιουργία παλμού ή κύματος. Πρόκειται για διάδοση ενέργειας και όχι διάδοση μάζας! Eνεργά (active)-παθητικά (passive)
Η ταχύτητα διάδοσης των ακουστικών κυμάτων εντός της θάλασσας (υπέρηχοι), και Η μέτρηση του χρόνου εκπομπής και λήψης αυτών των κυμάτων ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΒΑΘΟΥΣ
Ηχοβόληση: Η μέτρηση του βάθους με τη χρήση ηχητικής ενέργειας Ο χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός καλείται ηχοβολιστικός ή ηχοβολιστικές συσκευές Ηχοβολιστική γραμμή: Η γραμμή πλεύσης, κατά μήκος της οποίας γίνονται ΣΥΝΕΧΕΙΣ προσδιορισμοί βάθους. Τέτοιες γραμμές μπορούν να είναι: Παράλληλες, Δέσμη ευθειών, ομόκεντροι κύκλοι, ομοεστιακές υπερβολές
1/3 Αποτύπωση πυθμένα Ηχοβολιστική συσκευή = SONAR = SOund NAvigation and Ranging. Ακρίβεια μέτρησης (ανάλογα του βάθους), της τάξης του 1% Τρεις κατηγορίες SONAR (όλα, και των 3 κατηγοριών,, λέγονται καθέτου δέσμης ) ) Μεγάλου βάθους ( 10,000 m), συχνότητες υπερήχων 1-15 khz, μικρής σχετικά ακρίβειας Μέσου βάθους ( 5,000 m), συχνότητες υπερήχων 20-50 khz, μέσης ακρίβειας Μικρού βάθους ( 300 m), συχνότητες υπερήχων 30-300 khz, υψηλής ακρίβειας
Περιοχή Βάθος [m] Μορφολογία πυθμένα Κλίμακα απόδοσης Απόσταση [m] μεταξύ γραμμών Λιμάνια, κλειστοί κόλποι <35 Οποιαδήποτε >= 1:1,000 100»» >35, <55»»»» 200»» >55»»»» 400 Ανοικτή παραλία <35 Ομαλή >= 1:50,000 200»» >35, <55»»»» 400»» >55, <300»»»» 800»» <35 Ανώμαλη, απότομες εξάρσεις»» 100»» >35, <55»»»» 400»» >55, <300»»»» 800 Ανοικτή θάλασσα >300, <1,400 Οποιαδήποτε 1:50,00-1:500,000 1,600»» >1,400, <2,800»»»» 3,200»» >2,800»»»» 8,000
2/3 Αποτύπωση πυθμένα Χρησιμοποιείται για την απεικόνιση της μορφολογίας του βυθού και για τον εντοπισμό ανωμαλιών στην επιφάνειά του (για αποστάσεις της τάξης των 500 m) Αποτελείται από: Μονάδα ελέγχου/καταγραφής (στο πλοίο) Μονάδα εκπομπής/λήψης ηχητικών κυμάτων (ρυμουλκούμενη από το πλοίο) Καλώδιο ρυμούλκησης ηλεκτρικής σύνδεσης της μονάδας ελέγχου και καταγραφής με τη ρυμουλκούμενη μονάδα
3/3 Αποτύπωση πυθμένα Συσκευές δύο (2) συχνοτήτων (dual frequency echo sounders): Εκπέμπουν (μέσω ειδικού προβολέα - transmitting transducer) μια υψηλή (που σχηματίζει στενή ηχητική δέσμη) και μια χαμηλή (που σχηματίζει ευρεία ηχητική δέσμη). Kάλυψη μεγαλύτερων επιφανειών του βυθού και καλύτερη διακριτική ικανότητα ανωμαλιών. Συσκευές πολλαπλής ηχητικής δέσμης (multi-beam sonar): Η ηχητική ενέργεια εκπέμπεται ταυτοχρόνως από πολλούς προβολείς στενής ηχητικής δέσμης, με ακόμη καλύτερα οφέλη.
Απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο
Σφάλμα βυθίσματος προβολέα εκπομπής ηχητικών κυμάτων Σφάλμα καταγραφής Σφάλμα λόγω κυματισμών μ Σφάλμα λόγω διαχωρισμού προβολέων Σφάλμα καθίζησης του σκάφους Σφάλμα δυναμικής κατάστασης του σκάφους Σφάλμα στην ταχύτητα διάδοσης του ήχου
Γεωμετρική εξάπλωση (geometrical spreading): Βαθμιαία αποδυνάμωση του ηχητικού κύματος με την απομάκρυνση της ηχητικής πηγής. Η εξάπλωση είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα. Δεν είναι παντού ίδια, λόγω της διάθλασης Αραίωση (attenuation): Απώλεια ήχου, λόγω γεωμετρικής εξάπλωσης σε συνδυασμό με απορρόφηση από το θαλάσσιο νερό Διακόρπιση (scattering): Λόγω διάθλασης του ηχητικού κύματος από μικροσωματίδια, σμήνη ψαριών, φυσαλλίδες
Υδρογραφία - Βαθυμετρία Σύγχρονες μέθοδοι προσδιορισμού βάθους και αποτύπωσης πυθμένα Αποτύπωση πυθμένα Φωτοβυθομετρία: Χρήση φωτογραμμετρικών τεχνικών (για βάθη έως 30 m), με βάση εξαιρετικής ανάλυσης/ακρίβειας αεροφωτογραφίες II/V
Θέση ειδικής κάμερας
Υδρογραφία - Βαθυμετρία Σύγχρονες μέθοδοι προσδιορισμού βάθους και αποτύπωσης πυθμένα Αποτύπωση πυθμένα Δορυφορικές μέθοδοι (σε αβαθή ύδατα, βάθους 20-40m) Αλτιμετρία (Satellite altimetry) (αποστολές Seasat, Geosat, ERS-1,TOPEX/Poseidon, ERS-2, Jason-1, Envisat, Jason-2, SWOT). Από το 1978!! Τηλεπισκόπηση (Remote Sensing) III/V
Η παρατήρηση & μελέτη των ιδιοτήτων του θαλάσσιου περιβάλλοντος, της μεταβολής της στάθμης της θάλασσας, των μετακινήσεων των πάγων, της ταχύτητας των ανέμων, του ύψους των κυμάτων και της θερμοκρασίας του νερού Τα ανακλώμενα κύματα, μαζί με τον προσδιορισμό της θέσης του τεχνητού δορυφόρου με μεγάλη ακρίβεια (μέσω συστημάτων GPS, DORIS-Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite, SLR- Satellite Laser Ranging) δίνουν μετρήσεις υψηλής ακρίβειας για τις θαλάσσιες μεταβολές Βυθομετρικοί (ή Βυθομετρικοί) χάρτες ως 11 km βάθος! Θεωρία κίνησης πλακών, ανίχνευση & εντοπισμός κοιτασμάτων.
Η παρατήρηση και μελέτη των χαρακτηριστικών της γήινης επιφάνειας από απόσταση, με βάση την αλληλεπίδραση των υλικών που βρίσκονται επάνω σε αυτή με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Χρήση ψηφιακών σαρωτών (ανιχνευτών), που: Είτε βρίσκονται σε δορυφόρους, οι οποίοι βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη, είτε σε αερομεταφερόμενα μέσα (αεροσκάφη, ελικόπτερα) Ανιχνεύουν την αντανάκλαση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας της γήινης επιφάνειας και αποδίδουν αυτήν ως ψηφιακή εικόνα
ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ & ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑΣ
Υδρογραφία - Βαθυμετρία Σύγχρονες μέθοδοι προσδιορισμού βάθους και αποτύπωσης πυθμένα Αποτύπωση πυθμένα Από αέρος βαθυμετρία (LiDAR) IV/V
LiDAR - Προτερήματα & Χαρακτηριστκά Ίδιας τάξης ακρίβεια με τις άλλες σύγχρονες μεθόδους Υψηλή διακριτική ικανότητα και ταχύτητα Ικανό για βάθη 30-40m, με ύψος πτήσης 200-500m Δυνατότητα εστίασης σε περιοχές που ενδιαφέρουν Αποτύπωση πυθμένα Δυνατότητα επιλογής συγκεκριμένων σημείων (cleaning) Σάρωση μεγάλων περιοχών Συνδυάζεται με προηγμένα συστήματα προσδιορισμού θέσης (στίγματος), με GIS, με Radar (βρισκόμενο επί του σκάφους) Προσφέρει τη λεγόμενη αυτοματοποιημένη υδρογραφική αποτύπωση.
Υδρογραφία - Βαθυμετρία Σύγχρονες μέθοδοι προσδιορισμού βάθους και αποτύπωσης πυθμένα Αποτύπωση πυθμένα Υποβρύχια σκάφη/βαθυσκάφη, υποβρύχια ρομπότ (UUV-Unmanned Underwater Vehicles, Submersibles) - Remotely Operated Vehicles (ROV) V/V