Эхолоты

Технические характеристики эхолотов

Самыми распространенными и достаточно простыми гидроакустическими приборами , используемыми для съемки дна, являются одночастотные однолучевые эхолоты . Наряду с развитием однолучевых эхолотов в настоящее время разработан новый класс приборов — многолучевые эхолоты, которые позволяют получать значение глубин не только под килем судна, но и сбоку от него в полосе до 3-4 глубин. Эти эхолоты находят широкое применение при построении карт глубин для решения таких задач, как обеспечение безопасности плавания, выбора трасс прокладки кабелей связи, трубопроводов, при проведении изыскательских работ при строительстве портовых сооружений и т. д. В этих акустических системах с помощью специальной конструкции приемо-передающей антенны и дальнейшей обработки эхо-сигналов получается много (более сотни) узких лучей, расположенных веером по направлению вбок от линии движения носителя антенн (как правило, это само судно).

Для определения планового положения излучателя в момент съемки (т. е. для привязки точек съемки) часто используют спутниковую аппаратуру, которая может работать в режимах DGPS RTCM или RTK. Для высокоточных измерений используют режим RTK, который позволяет также учитывать в реальном времени изменения уровня воды. Как уже отмечалось, в большинстве случаев для выполнения съемок используют одночастотный однолучевой эхолот, который портативен и быстро развертывается в рабочее положение. Более высокую производительность обеспечивают многолучевые и сканирующие эхолоты, которые более продуктивны и позволяют охватывать широкую полосу вдоль определяемого профиля. Сетка съемочных профилей создается для обеспечения полного покрытия снимаемого участка, так как морское дно не видно невооруженным глазом.

При съемке эхолотом измерение глубины осуществляется относительно уровня водной поверхности, отметка которой для внутренних водоемов меняется в зависимости от осадков. При работе в акватории моря, вследствие отливов и приливов, отметка уровня водной поверхности может изменяться на 10 м в течение 12 часов. Поэтому текущий уровень воды определяют относительно марки водомерного поста либо используют способ повторной съемки дна, то есть повторяют съемку через некоторое время, строят еще одну цифровую модель местности (ЦММ) и сравнивают ее с предыдущей ЦММ, построенной относительно того же исходного уровня. При работе спутниковой системы, установленной непосредственно на судне, в качестве основной системы навигации в режиме RTK автоматически учитываются изменения текущего уровня воды. При этом отпадает необходимость в установке берегового уровенного поста. Карты участка дна и другая информация, полученная при съемке, используется при работах по углублению дна, монтаже инженерных конструкций, строительстве трубопроводов, резервуаров и др. инженерных сооружений, исследованиях окружающей среды, мониторинга состояния подводных трубопроводов, для безопасной навигации и т. д. По результатам съемки заказчик может получить информацию в виде файла с трехмерными координатами (XYZ), карты глубин с нанесенными изобатами и в виде пространственного ЗD-изображения участка дна.

Для этих работ обычно используют эхолоты SonarLite ( рис. 5.69 ).

Рис. 5.69. Эхолот SonarLite, выпускаемый фирмой Ohmex Instruments (Англия)

Этот однолучевой эхолот предназначен для выполнения прибрежной съемки рек и водоемов совместно с использованием тахеометров и GPS-приемников. Эхолот SonarLite разрабатывался для совместного использования с электронными тахеометрами и GPS оборудованием. Данные промеров интегрируются с топографическими данными. SonarLite имеет в комплекте внутренние аккумуляторные батареи, зарядное устройство, кабели передачи данных, внутреннее программное обеспечение для записи данных и программное обеспечение для последующей обработки данных съемки. Прибор может быть использован в качестве традиционного эхолота с выводом данных на встроенный серийный порт (RS232C) или как самостоятельная система с маркировкой данных по времени и сохранением результатов во внутренней памяти для последующей обработки. Эхолот обладает малыми потерями сигнала и обеспечивает получение высокоточного цифрового контура рельефа дна. Графический жидкокристаллический дисплей непрерывно отображает изменения данных совместно с текстовой информацией. Масштаб изображения на дисплее может быть увеличен или уменьшен простым нажатием клавиш на передней панели инструмента. В комплект эхолота входит водонепроницаемый транспортировочный кейс.

Этот прибор комбинирует в себе функции эхолота и накопителя. В дополнение к электронике брызгозащитный по стандарту IP65 кейс содержит аккумуляторные батареи, достаточные для работы в течение нескольких дней, и монохромный ЖК-дисплей. Излучатель объединяет в себе генератор звуковых импульсов, приемный усилитель и процессор цифровых сигналов (ПЦС). Он заключен в небольшой обтекаемый пластиковый корпус длиной менее 100 мм. При работе устройство потребляет около 0,35 Ватт от внутренних перезаряжаемых батарей или внешней 12 В батареи. Погрешность измерения глубины характеризуется средней квадратической ошибкой порядка 2 см. Данные измерений выводятся с интервалом раз в секунду.

Технические характеристики эхолота SonarLite

Частота	235 кГц
Угловая расходимость зондирующего сигнала	8-10°
Диапазон глубин	от 0,30 м до 75 м 0,025 м
Средняя квадратическая ошибка	2,5 см
Внутренняя память	512 Кб/20000 точек
Скорость вывода измерений	1 Гц
Дисплей	240×128 пикселей (110×70 мм) монохромный жидкокристаллический
Питание	12 В × 2 Ач
Потребляемая мощность	70 миллиампер — 120 ма
Продолжительность работы батарей	от 4 до 8 часов беспрерывной работы
Габариты	140 мм × 220 мм × 100 мм
Вес	2,5 кг

Эхолот SonarLite может импортировать данные о местоположении, собранные автоматическими и полуавтоматическими электронными тахеометрами, которые могут отслеживать призму, обычно закрепленную на лодке вертикально над излучателем. Эти данные содержат временные метки тахеометров, получаемые при регистрации. Временные метки используются совместно с временным интервалом SonarLite для объединения данных промеров глубин и местоположения. Так как отслеживается трехмерное положение призмы, то нет необходимости применять приливные или гидравлические градиентные поправки к данным. Система работает и с DGPS системами: эхолот может быть напрямую подключен к GPS-приемнику и сохранять данные в формате NМЕА в своей памяти вместе с глубинами. В приливных областях система DGPS обычно используется совместно с ручными или с уровнемерными измерениями прилива, а значения высот по GPS игнорируются. К тому же из-за малой скорости лодок задержка дифференциальной поправки на больших расстояниях имеет малое влияние на допуски к общей точности определения координат.

Программное обеспечение Sonar2000 поставляется как составная часть комплекта SonarLite и предназначено для использования на ПК под ОС Windows 95/98, NT, 2000 или ХР (только не для Win3.1x). Программное обеспечение позволяет импортировать широкий диапазон форматов файлов и выгружать данные из SonarLite. Файл может содержать следующие типы данных с временными метками:

• глубины — от низа излучателя до дна плюс заглубление излучателя;
• координаты — или координаты XYZ, или широта/долгота;
• временные метки — метки в данных, когда кнопка события была нажата;
• данные о приливе — высоту прилива по уровнемерным данным.

Каждый элемент данных хранится с упорядочиванием по времени с точностью до миллисекунды. Пропущенные данные линейно интерполируются по соседним элементам пропорционально времени. Программное обеспечение Sonar2000 позволяет пользователю графически редактировать и удалять данные точек любого типа, используя выделение мышью в любом из видов: план «Position» или профиль «Time Series» всего набора данных. Программа позволяет пользователю прямо преобразовывать данные из GPS в прямоугольные координаты, используя фиксированное UTM преобразование или определенное пользователем. Пользователь также может задать время и величины смещений любого из трех главных типов данных, позволяя компенсировать разность часов или смещений между эхолотом и, например, электронным тахеометром.

Обработанные данные хранятся совместно с любыми использованными поправками и смещениями как окончательные координаты, глубины и уровень воды при съемке. Эти данные могут быть экспортированы в различные форматы, включая ASCII и DXF для импорта в другие программные продукты. Полная эхограмма может быть распечатана на том количестве страниц, которое требуется для используемого системного принтера под Windows. Также доступна клиентская версия ПО, которая позволяет просматривать сырые данные и выводить их на печать как необходимо, но неспособная редактировать или изменять их каким-либо образом.

Глубина эхолот. Методы измерения глубин

Глубины на море измеряют специальными приборами — лотами.
В зависимости от измеряемой глубины лоты разделяются на:
— глубоководные;
— навигационные.
Навигационные предназначаются для измерения сравнительно небольших глубин. Ими снабжают все морские суда для обеспечения безопасности плавания. Устройство навигационных лотов позволяет измерять глубины на ходу судна с достаточной для судовождения точностью. По принципу действия и устройству навигационные лоты подразделяются на:
— ручные;
— механические;
— гидроакустические.

Ручной лот. Основными частями ручного лота являются свинцовая (или чугунная) гиря 1 и лотлинь 2 (рис. 1). Гиря имеет форму усеченной пи-рамиды или конуса высотой около 30 см и весом от 3 до 5 кг. Верхняя часть гири оканчивается ушком с продетой в него стропкой из стального троса, обшитого кожей. В нижней, более широкой части гири сделана выемка, в которую перед замером глубины вмазывают смесь сала с толченым мелом. При опускании гири на дно частицы грунта прилипают к замазке. Это позволяет определить характер грунта после подъема лота на палубу.

Гиря соединена с лотлинем, который делают из линя длиной более 50 м и толщиной около 25 мм. Перед разметкой лотлинь хорошо вытягивают. При разбивке за нуль принимают место соединения лотлиня с гирей, так как она при измерении глубины моря обычно ложится на грунт. На расстоянии 2-3 м от гири в лотлинь вплеснивают клевант — колышек из твердой породы дерева, а затем через каждые 10м флагдуки (разноцветные кусочки материи) со следующей последовательностью цветов: красный-10 м, синий-20 м, белый-30 м, желтый — 40 м, бело-красный- 50 м. Каждый десятиметровый участок делят пополам кожаной маркой с «топориками». Марку с одним «топориком» вплеснивают на отметке 5 м, с двумя — 15 м и т. д. Каждый пятиметровый участок разбивают на пять равных частей кожаными марками в виде зубцов: марку с одним зубцом вплеснивают в местах, соответст-вующих 1; 6; 11; 16; 21; 26; 31 и 46 м; марку с двумя зубцами — на 2; 7; 12; 17; 22; 27; 32; 37; 42 и 47 м и т. д. Иногда метровые участки лотлиня разбивают не более мелкие деления небольшими кожаными марочками (для шлюпочного промера).
Лот бросают с наветренного борта, чтобы лотлинь не попал под корпус судна. Ручной лот используют лишь при скорости судна до 5 узлов и глубине моря не более 50 м. При глубинах до 150 м применяют диплот, устройство которого аналогично устройству ручного лота. Измерять глубины диплотом можно только на стоянке.
Ручной лот и диплот используют не только для измерения глубины. Ими определяют дрейф судна, стоящего на якоре, высоту прилива в месте якорной стоянки и др.
Механический лот. Действие механического лота (рис. 2 а) основано на принципе гидростатического давления. Основными частями механического лота являются:- батометрическая трубка, — гиря 1 и лебедка (рис.2 б) с лотлинем 3, снабженная автоматическим тормозом, срабатывающим в момент касания гирей грунта. При помощи гири в море погружают медный пенал 2 с вложенной в него стеклянной трубкой (рис. 2 а), запаянной с одного конца.
По мере погружения заключенный в трубке воздух сжимается под давлением заполняющей ее воды. Глубину погружения трубки определяют по формуле:
Н = h*p0 / δ (l — h)
где h — высота подъема воды в трубке;
р0 —атмосферное давление воздуха на поверхности воды;
δ — вес единицы объема морской воды;
l — длина трубки.
Внутренние стенки трубки покрыты специальной краской, которая смывается морской водой. Это позволяет легко определить величину h. Трубки лотов имеют стандартные размеры. Поэтому глубину определяют при помощи специальной шкалы, рассчитанной по формуле. Прикладывая трубку к шкале 4, глубину определяют по отсчету, совпадающему с границей смытой краски в трубке.
Недостатком механического лота являются трудоемкость процесса из-мерения глубины и возможность использования лишь при скорости судна до 12 узлов.
Гидроакустический лот. Гидроакустическими лотами измеряют глубину до 2000 м при неограниченной скорости судна. Специальные приборы лота — самописцы дают наглядное представление о рельефе морского дна. Большие преимущества гидроакустических лотов способствовали их широкому распространению на морских судах.
Большинство моделей эхолотов определяют плотность дна, вернее его отражающую способность. Простые и дешевые модели эхолотов имеют один зондирующий луч. Ширина луча, как правило, находится в диапазоне от 9 до 24 градусов. Простота конструкции не подразумевает никакого расширения возможностей этих приборов. Таких моделей эхолотов достаточно для поиска ям, перекатов, гряд и просмотра особенностей рельефа дна, над пройденным Вами участком. Поиск же рыбы этими приборами малоэффективен, т.к. зона действия луча крайне узкая. Так например, ширина луча на глубине 10 метров у 9 градусного эхолота составляет всего 1.6 м, а у 24 градусного — 4.3 м. Более дорогие модели эхолотов имеют два или три зондирующих луча. Суммарный угол обзора этих приборов достигает 45-90 градусов. На той же глубине 10 м ширина зоны поиска у дна составляет для прибора с лучом 45 градусов — 8.5 метров, а для 90 градусного — уже 20 м. Эти приборы, как правило, имеют возможность для подключения дополнительных датчиков: бокового обзора, температуры и скорости. Дополнительные датчики позволяют просматривать водную поверхность на расстоянии до 50 метров по бортам судна и определять скорость и пройденный путь за определенное время. Обладая всеми возможностями дешевых моделей приборов, они наиболее приспособлены для поиска рыбы, а по отношению цена/возможности являются наиболее оптимальными. Одними из самых дорогих являются трехмерные эхолоты. Незначительно отличаясь по техническим характеристикам от приборов второй группы, они позволяют более подробно отображать расположение подводных объектов и рельеф дна, представляя полученную информацию в виде трехмерной картинки. С ними можно определить на каком удалении, слева или справа от лодки находится рыба. В комплектацию этих приборов обычно входит датчик температуры и скорости, при подключении которого возможно и определение расстояния до оставленных позади судна объектов. Приборы этой группы имеют улучшенный жидкокристаллический экран больших размеров.
Если вы захотите купить эхолот, то должны знать следующее.
Любой эхолот состоит из четырех основных частей. Передатчик – служит для формирования и посылки ультразвукового сигнала. Излучатель – служит для «фокусировки» ультразвуковых волн. Приемник – служит для приема сигналов отразившихся от поверхности предметов. Микрокомпьютер, который предназначен для обработки полученных данных и вывода их на дисплей.
Для достижения максимальной точности необходимо использовать современные типы эхолотов, которые модернизируют с учетом развития технологий и потребности покупателя. Это достигается путем повышения мощности передатчика, качественным изготовлением излучателей, повышением чувствительности приемника и, конечно же, модернизацией программного обеспечения микрокомпьютера. В современных моделях эхолотов на высококачественном мониторе, можно увидеть различную информацию: глубину, скорость Вашего движения, температуру воды, барометрические данные, размеры затонувших предметов, а самое главное практически «реальную» картинку исследуемого участка дна. Отображение на дисплее подробной информации поможет при навигации и ориентировании в пространстве, и Вы всегда будите в курсе своего местоположения.

Эхолоты делятся на два вида:
Для малых глубин. Для больших глубин.
В первом случае используют частоту ультразвука равную 192 КГц, и узкий конический угол излучателя. Это позволяет точно определить и отличить мелкие предметы, например дух плывущих рядом рыб. Такой эхолот обладает наименьшей чувствительностью к помехам. Во втором случае используют передатчик большой мощности с частотой излучения 50 КГц. У него широкий конусообразный излучатель, плохое разделение и определение предметов и высокая чувствительность к помехам. Глубинные эхолоты используют для обнаружения больших объектов, к примеру, нахождения точного места затонувших судов.

(11 оценок, среднее: 1,73 из 5)