Кіріспе

Теңіз қызметіне әсер ететін ерекшеліктерді өлшеу және сипаттау ғылымы. Гидрографиялық зерттеу – теңізде жүзуге, теңіз құрылысына, дүмпуге, жағалаудағы жел электр станцияларына, жағалаудағы мұнайды барлауға және бұрғылауға, сондай-ақ осыған байланысты қызметтерге әсер ететін ерекшеліктерді өлшеу және сипаттау ғылымы. Зерттеулер телекоммуникациялық кабельдер, жел электр станцияларына қатысты кабельдер және жоғары кернеулі тұрақты ток кабельдері сияқты теңіз асты кабельдерінің бағыттарын анықтау үшін де жүргізілуі мүмкін. Жоғарыда аталған іс-шараларға қатысты сондаулар, жағалау сызықтары, су тасқындары, ағыстар, теңіз түбі және су астындағы кедергілерді зерттеуге ерекше назар беріледі. Гидрография термині теңіз картографиясын сипаттау үшін синоним ретінде қолданылады, ол гидрографиялық процестің соңғы кезеңдерінде гидрографиялық зерттеулер арқылы жиналған шикі деректерді соңғы пайдаланушыға қолдануға ыңғайлы ақпаратқа айналдырады. Гидрографиялық мәліметтерді жинау қабылдау органына байланысты әртүрлі ережелерге сәйкес жүзеге асырылады. Дәстүрлі түрде кемелермен, сондау желісі немесе эхолотты пайдалана отырып жүргізілетін зерттеулер, енді ұшақтардың және күрделі электрондық сенсорлық жүйелердің көмегімен жақын суларда жиі жүргізіледі. Теңіздегі зерттеу – гидрографиялық зерттеудің арнайы саласы, ол негізінен теңіз түбінің жағдайын және онымен өзара әрекеттесетін теңіз асты мұнай кен орындарының инфрақұрылымын сипаттауға бағытталған.

Ұлттық және халықаралық кеңселер

Гидрографиялық кеңселер теңіздік дәстүрден пайда болды және әдетте ұлттық теңіз күштері құрамында орналасады, мысалы, Испанияның Instituto Hidrográfico de la Marina. Осы ұйымдардың координациясы және өнімдерді стандарттау, гидрографияны жақсарту және қауіпсіз навигацияны қамтамасыз ету мақсатымен Халықаралық гидрографиялық ұйым (IHO) тарапынан жүзеге асырылады. IHO өз мүше мемлекеттері қолдайтын стандарттар мен ережелерді, сондай-ақ гидрографиялық зерттеулерге қатысты тараптармен өзара түсіністік туралы меморандумдар мен ынтымақтастық туралы келісімдерді жариялайды. Мұндай гидрографиялық жұмыстардың нәтижесі көбінесе ұлттық агенттіктер басып шығаратын және Халықаралық теңіз ұйымы (IMO), «Теңіздегі адам өмірінің қауіпсіздігі» (SOLAS) және ұлттық регламенттер кемелерде қауіпсіздік мақсатында болуын талап ететін теңіз карталарында көрінеді. Бұл карталар көбінесе IHO стандарттарына сәйкес электрондық форматта ұсынылады және қолданылады.

Ұлттық емес агенттіктер

Ұлттық деңгейден төменгі мемлекеттік органдар өздерінің құзыретіндегі сулардың гидрографиялық зерттеулерін жүргізеді немесе оларды жүргізу үшін ішкі және шарттық ресурстарды пайдаланады. Мұндай зерттеулер көбінесе ұлттық ұйымдар тарапынан немесе олардың бақылауымен, немесе олар бекіткен стандарттарға сәйкес жүргізіледі, әсіресе карта жасау және тарату, сондай-ақ мемлекеттік бақылаудағы суларды тереңдету мақсатында қолданылған жағдайда. АҚШ-та зерттеулерді жинау және жариялау кезінде Ұлттық гидрографиялық деректер жинағымен үйлестіру жүзеге асырылады. Мемлекеттік экологиялық ұйымдар өздерінің қызметіне қатысты гидрографиялық деректерді жариялайды.

Жеке ұйымдар

Коммерциялық ұйымдар гидрографиялық және геофизикалық зерттеулерді, әсіресе, дәнекерлеу, теңіз құрылысы, мұнай барлау және бұрғылау салаларында кең көлемде жүргізеді. Су асты коммуникациялық кабельдерді немесе электр желілерін орнататын өнеркәсіптік ұйымдар орнату алдында кабельдік маршруттарды егжей-тегжейлі зерттеуді қажет етеді және зерттеулерді жүргізу кезінде бұрын тек әскери қолданыста болған акустикалық бейнелеу жабдықтарын жиі пайдаланады. Мұндай зерттеулерді жүргізу үшін коммерциялық және мемлекеттік ұйымдармен келісімшарт жасасуға қабілетті жабдықтары мен тәжірибесі бар мамандандырылған компаниялар бар. Компаниялар, университеттер және инвестициялық топтар көбінесе осы су жолдарымен жақын орналасқан аумақтарды дамытуға кіріспес бұрын, қоғамдық су жолдарының гидрографиялық зерттеулерін қаржыландырады. Ірі мемлекеттік жобаларға байланысты жобалау және инженерлік фирмаларға қолдау көрсету үшін зерттеу фирмаларымен де келісімшарттар жасалады. Дәнекерлеу жұмыстарына кіріспес бұрын және олар аяқталғаннан кейін жеке зерттеулер де жүргізіледі. Ірі жеке тұрақтары, кемежайлары немесе басқа да жағалау құрылыстары бар компаниялар өз нысандары мен оларға жақын ашық судың жағдайын үнемі тексеріп отырады, сондай-ақ Мальдив сияқты эрозияға бейім аймақтардағы аралдар да тексеріледі.

Сым желілері мен сондау бағаналары

Гидрографиялық зерттеулер тарихы теңіз жүзу тарихымен шамалас. Көп ғасырлар бойы гидрографиялық зерттеулер үшін қорғасын сызықтары – кеме немесе қайықтың бортынан түсірілгенде түбіне дейін батып, тереңдік белгілері бар арқандар немесе сызықтар, сондай-ақ түбіне тигізгенше бортына итеріп жіберуге болатын тереңдік белгілері бар бағаналар қажет болды. Екі жағдайда да өлшенген тереңдіктер мен картадағы белгілі нүктелерге қатысты өлшеу орны қолмен оқылып, тіркелуі керек еді, бұл үш нүктелі секстанты арқылы анықталды. Бұл процесс көп еңбек пен уақытты қажет етті. Әрбір жеке тереңдік өлшемі дәл болғанымен, тіпті мұқият зерттеулер де зерттелетін аумаққа қатысты шектеулі сандағы өлшеулерді қамтуы мүмкін еді, бұл зерттеулер арасындағы кеңістіктерге әкеп соқтыратын. Сым сүйреу әдісінде екі кемеге немесе қайыққа бекітілген сым, салмақтар мен буйлар жүйесімен белгілі бір тереңдікте орнатылып, екі нүкте арасында сүйреліп жүргізілді. Егер сым кедергіге тап болса, ол керіліп, "V" пішінін қалыптастыратын. "V" пішінінің орны су астындағы тастардың, кемелердің құлау орындарының және басқа да кедергілердің орнын көрсетті, ал сым орнатылған тереңдік кедергіге кездескен тереңдікті көрсетті. 1906 және 1916 жылдар аралығында Хек сым сүйреу жүйелерінің мүмкіндіктерін салыстырмалы түрде шектеулі аумақтан, арналарды қамтитын кеңістіктерге дейін кеңейтті. Сым сүйреу техникасы 20 ғасырдың көп бөлігінде гидрографиялық зерттеулерге маңызды үлес қосты. АҚШ-та сыммен суға тарту зерттеулерінің құндылығы соншалықты жоғары болды, сондықтан ондаған жылдар бойы АҚШ Жағалау және геодезиялық қызметі, кейіннен Ұлттық мұхит және атмосфера басқармасы, мұндай зерттеулерде бірлесіп жұмыс істеу үшін бірдей конструкциядағы екі кемені пайдаланды. USC&GS Marindin және USC&GS Ogden 1919 жылдан 1942 жылға дейін бірге сым сүйреу зерттеулерін жүргізді, USC&GS Hilgard (ASV 82) және USC&GS Wainwright (ASV 83) 1942 жылдан 1967 жылға дейін, ал USC&GS Rude (ASV 90) (кейін NOAAS Rude (S 590)) және USC&GS Heck (ASV 91) (кейін NOAAS Heck (S 591)) 1967 жылдан бастап сым сүйреу операцияларында бірлесіп жұмыс істеді. 1950-ші, 1960-шы жылдардағы жаңа электрондық технологиялардың – жақтық сканерлік сонар және көп сәулелі белдеу жүйелерінің пайда болуы сым сүйреу жүйесін ескірген. Sidescan сонары су астындағы кедергілерді әуе суретімен бірдей сенімділікпен бейнелей алды, ал көп сәулелі жүйелер зерттелген аумақтың 100 пайызының тереңдігі туралы деректерді жасауға мүмкіндік берді. Бұл технологиялар сым сүйреу зерттеуі үшін екі кеме қажет болғанда, бір кемемен орындауға мүмкіндік берді, ал сым сүйреу зерттеулері 1990 жылдардың басында аяқталды. MBES технологиясын қолданудан туындайтын пайданы қабылдап, акустикалық кері шағылыс деректерін ұсынатын MBES-ті сауданың құнды құралы деп мойындау, келісімшарттық зерттеу талаптарының жиынтығында гидрографиялық қоғамдастықтың кең қабылдауының айқын көрсеткіші болып табылады. Көп спектрлі көп сәулелі эхосандарды енгізу гидрографиялық зерттеу қауымдастығына бірнеше мақсатта жақсы деректерді жылдам алу үшін жақсы құралдармен қамтамасыз ететін технологиялық инновациялардың жолын жалғастырады. Көп спектрлі көп сәулелі эхозондер – гидрографиядағы акустикалық зондтаудың алғашқы күндерінен бастап, түбінен қайтып келетін эхоның күшіне қатысты басты алаңдаушылық – олар байқауға (анықтауға) жеткілікті үлкен бола ма, жоқ па, деген сұрақтардан бастап, көптеген прогрессивті жетістіктердің нәтижесі. Алғашқы акустикалық зондердің жұмыс жиіліктері, негізінен, физикалық өлшемдері электр тогы немесе кернеуі арқылы өзгертілетін магниттік-стриктивті және пьезоэлектрлік материалдардың қабілетіне негізделген. Ақырында, ертедегі бір тік сәулелі акустикалық сондарлардың жұмыс істеу жиілігі түбінің қатты болғанда (негізінен құмнан, қиыршықтан, тас тастан, тас тастан немесе тастан құралған) өлшенген тереңдіктерге әсер етпесе де, түбінің жұмсақ болғанда (негізінен лайдан, саздан немесе флоккулянтты суспензиялардан құралған) өлшенген тереңдіктердің жиілікке тәуелділігі бар екендігі анық болды. Жоғары жиіліктегі бір тік сәулелі эхосандар, тіпті төменгі жиіліктерде бұл тұнбалар акустикалық мөлдір болып көрінсе де, жоғары сұйық тұнбалардан анықталатын эхо амплитудасын қамтамасыз ете алатыны байқалды. 1960 жылдардың соңында бір сәулелі гидрографиялық зерттеулер кең арақашықтықты жол сызықтарын қолдану арқылы жүргізілді, ал түбіндегі ең шалғайлы (пик) тереңдіктер зерттеу тіркемесіндегі терең тереңдіктерге қарағанда ұсталды. Сол уақыт аралығында, ертедегі жақтық сканерлік сонар шалшық су гидрографиялық зерттеулерінің операциялық тәжірибесіне енгізілді. Алғашқы жақтық сканерлік сонарлардың жиіліктері инженерлік дизайн ыңғайлылығының мәселесі болды және жақтық сканерлеу эхосының ең маңызды аспектісі олардың амплитудасының мәні емес, керісінше, амплитудалардың кеңістікте өзгеруі болды. Шындығында, түбінің пішіні және түбіндегі жасалған заттар туралы маңызды ақпарат, анықталатын эхо амплитудасының болмауы (көлеңкелер) бар аймақтарға негізделген. 1979 жылы "қалқып жатқан лайда" зерттеулер жүргізу мәселесіне технологиялық шешім табу үмітімен Ұлттық мұхитты зерттеу директоры (NOS) NOS зерттеу тобын құрды, ол жаңа шалшық су тереңдігін анықтау үшін функционалдық сипаттамаларды анықтау үшін зерттеулер жүргізуге міндеттелді. Зерттеудің нәтижесінде әлі де кеңінен қолданылатын тік сәулелі тереңдік сондарының класы пайда болды. Ол бір уақытта 2 октавадан астам айырмасы бар екі акустикалық жиілікте дыбыстады, кеңістіктік және уақыттық жағынан бірдей, бірақ тік градиенттік бұрышта тереңдік және эхо амплитудасын өлшеді. Бірінші MBES буыны теңіз түбін терең суда картографиялауға арналған. Бұл пионерлік MBES амплитуданы тікелей пайдаланбады, өйткені олардың мақсаты батиметрияның дәл өлшемдерін алу болды (пиктер мен тереңдіктерді көрсетеді). Сонымен қатар, олардың техникалық сипаттамалары эхо амплитудаларындағы кеңістіктік өзгерістерді байқауды жеңілдетпеді. Алғашқы MBES батиметриялық зерттеулерінен кейін және бір жиілікті жақтық сканерлік сонар теңіз түбінің жоғары сапалы суреттерін жасаған кезде, олардың әртүрлі тұнбаларды ажыратуға қабілеттілігін ескере отырып, MBES-тен алынған эхо амплитудасының әлеуеті танылды. Марти Кляйннің номиналды 100 кГц және 500 кГц жиілікті жақтық сканерлік сонарды енгізуімен, кез келген теңіз түбінен алынған кеңістіктік және уақыттық сәйкес кері шағылыс, осы екі кеңістікте бөлінген акустикалық жиіліктерде екі бөлек және бірегей суреттерді ұсынуы мүмкін екендігі анық болды. Әрине, трассалық инсонификация және қабылдау сәулелерінің үлгілері әртүрлі болды және батиметриялық деректердің болмауына байланысты нақты кері шағылыс бұрыштары белгісіз болды. Алайда, екі жиіліктегі жақтық сканерлеудің өзара қиылысатын жиынтығы әрқашан бірдей болды. 1992 жылы "Queen Elizabeth 2" Массачусетс штатының Кейп-Кодта жерге қонғаннан кейін, шалшық су зерттеулеріне басымдық MBES-ті қолдану арқылы толық түбін қамтуға ауыстырылды, бұл дыбыстардың кеңістіктік ажыратымдылығын одан әрі жақсартуға мүмкіндік берді. Жақтық сканерлік сонар, оның трассалық жақтағы инсонификациясының сәулесімен, кеңістіктік амплитудалардың өзгеруін пайдаланып, теңіз түбінің жоғары сапалы суреттерін жасағандықтан, жаңа монотонды жоғары жиілікті шалшық су MBES-імен байланысты жақтық инсонификация үлгісін де теңіз түбінің суреттері үшін пайдалану табиғи прогресс сияқты көрінді. MBES түбін бейнелеуге жасалған алғашқы әрекеттерде алынған суреттер...

Көпшілік ресурстар

Кродсорсинг сонымен қатар OpenSeaMap, TeamSurv және ARGUS сияқты жобалар арқылы гидрографиялық зерттеулерге еніп келеді. Бұл жобаларда ерікті кемелер стандартты навигациялық құралдарын пайдаланып, орналасқан жері, тереңдігі және уақыт туралы деректерді жазады, содан кейін деректер дыбыс жылдамдығы, толқын және басқа түзетулерге сәйкес өңделеді. Осы тәсілмен арнайы зерттеу кемесіне немесе кәсіби білікті зерттеушілердің бортында болуына қажеттілік жоқ, себебі сараптама сапардан кейін деректер серверге жүктелгеннен кейін жүзеге асырылатын деректерді өңдеуде жатыр. Көзге түсетін үнемдеуден басқа, бұл аумақтың үздіксіз зерттелуін қамтамасыз етеді, бірақ кемшіліктері – байқаушыларды іздеуге жұмсалатын уақыт және жеткілікті тығыздық пен сапалы деректерді алу. Шамамен 0,1–0,2 метрге дейін дәлдікке жетсе де, бұл тәсіл қажет болған жағдайда жүйелі және мұқият зерттеуді толықтай алмастыра алмайды. Дегенмен, нәтижелер жоғары ажыратымдылықты және жоғары дәлдікті зерттеулер қажет емес, қолжетімді емес немесе әлі жүргізілмеген көптеген талаптар үшін жеткілікті болып табылады.

Заманауи интеграцияланған гидрографиялық зерттеу

Тиісті, терең емес су аймақтарында лидар (жарық табу және қашықтықты анықтау) қолданылуы мүмкін. Жабдықтар үрлейтін кемелерде, мысалы, Zodiac, шағын кемелерде, автономды су асты аппараттарында (AUV), ұшқышсыз су асты аппараттарында (UUV), қашықтан басқарылатын аппараттарда (ROV) немесе ірі кемелерде орнатылуы мүмкін, сондай-ақ, оларға бүйірлік сканерлеу, бір сәулелі және көп сәулелі жабдықтар кіруі мүмкін. Бұрын теңіз қауіпсіздігі үшін және ғылыми немесе инженерлік батиметриялық карталар жасау үшін гидрографиялық деректерді жинауда әртүрлі әдістер мен стандарттар қолданылған, бірақ қазіргі кезде жақсартылған деректерді жинау техникасы мен компьютерлік өңдеудің арқасында деректер бір стандарт бойынша жиналады және нақты мақсатта қолдану үшін ізделіп алынады. Деректер жиналғаннан кейін оларды пост-өңдеуден өткізу қажет. Типикалық гидрографиялық зерттеу кезінде көп көлемде деректер жиналады, көбінесе бір шаршы футқа бірнеше зондтаулар жасалады. Деректердің түпкі мақсатына байланысты (мысалы, навигациялық карталар, Жердің цифрлық моделі, дноуглубление үшін көлемді есептеу, топография немесе батиметрия) осы деректерді сирету қажет. Сондай-ақ, оларды қателерге (мысалы, нашар зондтауларға) және судың құбылуына, көтерілуіне, су деңгейінің тұздылығына және термоклинге (су температурасының айырмашылығына) түзету керек, себебі дыбыс жылдамдығы температура мен тұздылыққа байланысты өзгереді және дәлдікке әсер етеді. Әдетте, зерттеушіде зондтауларды өлшеу және түзету үшін қажетті деректерді тіркеуге арналған қосымша жабдықтар болады. Карталардың соңғы нұсқасы арнайы карта жасау бағдарламалық қамтамасы немесе компьютерлік жобалау (CAD) жүйесі, әдетте Autocad арқылы жасалуы мүмкін. Халықтан жиналған зерттеулердің дәлдігі сирек болса да дәстүрлі әдістердің стандарттарына жете алады, бірақ қолданылатын алгоритмдер жоғары дерек тығыздығына сүйенеді, бұл жеке өлшемдерге қарағанда дәл нәтижелерді қамтамасыз етеді. Халықтан жиналған зерттеулерді көп сәулелі зерттеулермен салыстырғанда, халықтан жиналған зерттеулердің дәлдігі шамамен плюс немесе минус 0,1-0,2 метр (4-8 дюйм) құрайды.