Усі книги і методички

связанными с точностью определения места.

Погрешности mz и mzМ независимы и должны складываться квадратически. Тогда окончательно получим

Глава 13

СЪЕМКА РЕЛЬЕФА ДНА

§ 51. СПОСОБЫ СЪЕМКИ

Съемкой рельефа дна называются гидрографические работы, выполняемые с целью получения информации о подводном рельефе, позволяющей создавать его картографическое изображение или цифровую модель.

Материалы съемки используются, кроме того, для корректуры картографических материалов и оперативного оповещения мореплавателей о навигационных опасностях, а также для решения экономико-технических и научных задач, связанных с освоением

морских акваторий.

В соответствии с существом и назначением гидрографических исследований можно выделить следующие основные задачи, которые должны быть решены в процессе съемки рельефа дна:

—определение форм рельефа с заданной степенью детализации;

—выявление и обследование навигационных опасностей;

—обследование фарватеров, гаваней, пунктов временного базирования и якорных мест;

—выявление участков, удобных для подхода и высадки на берег;

—выявление характерных форм рельефа, пригодных для навигационного ориентирования;

—определение и обследование участков, удобных для покладки на грунт или установки технических средств.

Съемка рельефа дна выполняется путем планомерного покрытия обследуемого района системой определенным образом расположенных галсов съемки. Кроме того, в малообследованных районах с целью пополнения сведений о рельефе дна используют плавания океанографических и других судов для выполнения маршрутного промера, измерение глубин в котором ведется одиночными галсами по пути следования судна.

По степени детализации съемка рельефа дна делится на общую, подробную и детальную.

Общая съемка имеет целью выявить основные черты рельефа дна Мирового океана и определить его наиболее крупные формы.

Подробная съемка предназначена для изучения макро- и мезоформ рельефа в пределах обособленных акваторий и обнаружения характерных (аномальных) форм с целью последующего навигационного ориентирования.

Детальная съемка предназначена для изучения подводного рельефа с такой

степенью детализации, при которой могут быть выявлены любые формы рельефа в соответствии с конкретным назначением гидрографических исследований. Результаты детальной съемки используются для создания планов и карт крупного масштаба.

Сложность и трудоемкость детальной съемки вынуждают применять ее только для ограниченных, особо важных акваторий, что и подчеркивается ее синонимом —

локальная съемка.

Следует иметь в виду, что достижение целей в каждом из названных типов съемки возможно при соблюдении целого ряда технических требований, совокупность которых определяет, в конечном итоге, существо и методику изучения рельефа дна. Главными среди этих требований являются:

—междугалсовые расстояния (при дискретной съемке);

—перекрытие смежных полос (при сплошной съемке);

—масштаб отчетных планшетов;

—точность определения места и точность проложения галсов;

—дискретность и точность измерения глубин;

—разрешающая способность съемочной аппаратуры.

Указанные требования взаимозависимы и это приводит к необходимости рассматривать их в комплексе, четко определяющем конкретные признаки отдельных типов съемки, равно как и общие черты методики изучения подводного рельефа.

Способы съемки рельефа непосредственно связаны с принципом работы, конструктивными особенностями и тактико-техническими возможностями средств для измерения глубин. По этим причинам съемка может быть дискретной и сплошной.

При дискретной съемке рельеф изучается, как правило, путем измерения глубин вдоль отдельных профилей или в точках, разнесенных на некоторые расстояния.

Сплошная съемка предусматривает изучение рельефа дна такими способами и средствами, которые позволяют получать практически сплошную его модель. Следовательно, сплошная съемка создает предпосылки выявления всех форм рельефа и обнаружения навигационных опасностей в пределах разрешающей способности применяемых средств.

К дискретной относятся следующие способы съемки:

—промер;

—промер с инструментальной оценкой рельефа дна;

—промер со льда.

Промером называют способ съемки, заключающийся в измерении глубин эхолотами на галсах, планомерно расположенных в районе работ на заданных расстояниях.

Промер с инструментальной оценкой рельефа дна представляет сочетание собственно промера с акустическим обзором дна в промежутках между смежными галсами с помощью эхографов, эхотралов с наклонными лучами или других гидролокационных средств.

Промер со льда производят в районах покрытых льдом большую часть навигационного периода, или в местах, где иные способы съемки применить невозможно. Соответственно различают:

—промер со льда в прибрежных или открытых частях полярных морей;

—подробный промер на относительно небольших, но важных в навигационном отношении акваториях замерзающих морей (гавани, порты, рейды, каналы, фарватеры).

Промер в полярных районах на больших глубинах осуществляют с помощью специально оборудованных эхолотов или методом сейсмозондирования.

На прибрежных участках глубины измеряются преимущественно с помощью ручных или механических лотов в заранее намеченных точках, расположенных в вершинах сети квадратов.

Сплошная съемка выполняется путем площадного обследования, которое заключается в проложении взаимно перекрывающихся съемочных полос, обеспечивающих получение глубин в любой точке изучаемой акватории с заданной точностью.

Площадное обследование может выполняться следующими способами:

—аэрофотосъемкой;

—надводной гидроакустической съемкой;

—подводной фотосъемкой.

При аэрофотосъемке изображение подводного рельефа получают фотографированием в процессе движения летательных аппаратов вдоль запланированной системы маршрутов. Сплошное обследование всей акватории обеспечивается здесь продольным и поперечным перекрытием фотоснимков.

Надводная гидроакустическая съемка рельефа дна осуществляется с помощью многолучевых гидроакустических комплексов (МГК) и эхотралов типа ГЭТ-2. Между полосами, обследованными на каждом галсе, предусматривается перекрытие Р, гарантирующее неразрывность съемки в пределах всего района.

Подводное фотографирование рельефа дна производится с подводных исследовательских аппаратов.

Как уже отмечалось в гл. 2, в организационном плане съемку рельефа целесообразно разделить на три этапа: подготовку, непосредственные работы по съемке рельефа в море, обработку полученных результатов.

Непосредственный процесс съемки в море, независимо от конкретных способов, должен включать следующие основные элементы, обеспечивающие сбор, обработку и последующее использование информации о подводном рельефе для составления карт или создания цифровых моделей:

—планомерное обследование района по намеченной системе съемочных галсов с непрерывным или дискретным измерением глубин;

—определение координат носителей съемочной аппаратуры с дискретностью и точностью, соответствующей назначению съемки;

—контроль и поддержание заданного режима работы всей измерительной аппаратуры;

—сбор и обработку информации об источниках погрешностей с целью определения поправок к измеряемым параметрам;

—документирование результатов измерений в журналах или с помощью

технических средств в едином времени для всех систем и приборов;

—проложение галсов и отображение результатов съемки на рабочих планшетах или кальках;

—непрерывное управление судном (самолетом) с целью удержания на заданных галсах (маршрутах) и обеспечения навигационной безопасности;

—анализ результатов съемки; принятие решений о дополнительном обследовании участков, где выявлены опасности или сложные формы рельефа;

—оперативное оповещение о вновь обнаруженных навигационных опасностях. Указанный процесс съемки организационно обеспечивается оборудование

командного пункта и целого ряда постов, каждый из которых предназначен для своевременного, надежного и точного измерения одного или нескольких параметров, входящих в комплекс съемки. Слаженная работа и взаимодействие всех постов и командного пункта должны быть достигнуты заблаговременными тренировками.

Способ съемки и соответствующие средства для его реализации выбираются на этапе подготовки в зависимости от расположения и важности района, ожидаемого характера рельефа, диапазона глубин и, следовательно, от необходимой точности и детальности съемки.

На глубинах 0 - 50м применяются следующие способы съемки, которые должны обеспечить надежное обнаружение всех навигационных опасностей:

а) от береговой линии до глубин естественной прозрачности производится площадное обследование аэрофотосъемкой (АФС). По результатам АФС определяются участки, на которых рельеф дна необходимо уточнять площадным обследованием многолучевыми гидроакустическими комплексами (МГК) или эхотралами ГЭТ-2;

б) от глубин естественной прозрачности до 30м па участках, имеющих важное навигационное значение, производится площадное обследование с помощью МГК или эхотралов ГЭТ-2, а в особых случаях гидрографическое траление. В остальных районах этой зоны производится промер с инструментальной оценкой подводного рельефа. Если при этом будут выявлены участки с признаками навигационных опасностей, то они обследуются путем сгущения промерных галсов или эхотралами ГЭТ-1;

в) на глубинах 30-50м в районах интенсивного судоходства и в других районах, имеющих важное значение, съемку производят способом промера с инструментальной оценкой подводного рельефа в междугалсовых промежутках. Остальные акватории этой зоны обследуются промером и лишь на участках с признаками навигационных опасностей производится сгущение галсов промера (в том числе с инструментальной оценкой рельефа дна).

На глубинах более 50м съемка рельефа дна выполняется промером. Участки с признаками навигационных опасностей обследуются сгущением галсов промера, который в диапазоне глубин 50 - 200м осуществляется в сочетании с инструментальной оценкой рельефа дна.

Дополнительное обследование всех акваторий, на которых обнаружены навигационные опасности, является обязательным элементом съемки рельефа. Основная цель такого обследования состоит в уточнении местоположения, характера

навигационных опасностей и наименьших глубин на них, в детальном изучении характерных форм н выявлении участков со сложным подводным рельефом.

Для установления признаков опасностей или характерных форм рельефа в процессе съемки на рабочие планшеты прокладывают съемочные галсы, анализируют результаты измерения глубин эхолотами, дешифрируют эхограммы, полученные с помощью эхографов или эхотралов. Участки, где выявлено существенное повышение дна, отличительные глубины или места со сложным рельефом, должны быть дополнительно обследованы путем сгущения съемочных галсов или способами площадной съемки.

Количественными признаками повышения дна и наличия навигационных опасностей полагают глубины, существенно отличающиеся в меньшую сторону от окружающих. По нормативам, принятым в Правилах гидрографической службы, признаками наличия опасностей считают глубины, отличающиеся в меньшую сторону от окружающих на величины:

—в диапазоне от 3 до 10м более 0,9м;

сильно расчлененном рельефе.

Однако эти формальные признаки необходимо оценивать, учитывая общую тенденцию изменения глубин и геоморфологическую характеристику района. Если в процессе съемки вычисляются коэффициенты корреляции между глубинами смежных галсов, то признаком более сложного рельефа служит их заметное уменьшение.

Сгущение промерных галсов или использование средств обзора рельефа и площадного обследования позволяют с надлежащей полнотой изучить выявленные участки сложного рельефа. При этом должна быть установлена конфигурация соответствующих форм рельефа (опасностей), определены наименьшие глубины и их координаты.

§ 52 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДРОБНОСТИ СЪЕМКИ

1. Сущность задачи

Подводный рельеф представляет совокупность различных по очертанию и размерам форм. В методологических целях среди этих форм выделяют простые и сложные, а по размерам — нано-, микро-, мезо-, макро- и мегаформы. В природе рельеф являет собой практически непрерывное многообразие форм, каждая из которых имеет только ей присущий размер и очертания. Таков рельеф и по степени расчлененности, изменяясь от плоских горизонтальных равнин до дробно расчлененных шхерных зон и срединно-океанических хребтов.

Совокупность типов и способов съемки предназначена для надежного изучения всех форм рельефа и обнаружения всех навигационных опасностей.

Средства площадной съемки позволяют выявить любые формы рельефа в пределах разрешающей способности и точности измерения глубин. Для обеспечения неразрывности здесь галсы прокладывают таким образом, чтобы смежные полосы съемки перекрывались на некоторое расстояние Р. Следовательно, расстояние L между галсами в этом случае будет равно

где Пi, ПJ — ширина полосы, обследуемой на смежных i-м и j-м галсах.

Иные обстоятельства возникают при дискретной съемке рельефа. Расстояния L между галсами при производстве промера, а в случае дискретного измерения глубин и расстояния l между ними определяют возможности выявления форм рельефа. Степень детальности изучения рельефа, характеризуемую расстояниями между галсами и глубинами, называют подробностью промера. Единственным критерием подробности промера при измерении глубин эхолотами является величина междугалсовых

расстояний L.

Очевидно, расстояния между галсами должны быть такими, чтобы можно было представить не только общую картину рельефа, но и отдельные характерные его формы, а также обнаружить признаки наличия мелей или других повышений дна, опасных для плавания. Таким образом, сложность подводного рельефа в пределах обследуемой акватории является первым определяющим элементом при выборе подробности промера.

Диапазон глубин — другой элемент, характеризующий районы промера в смысле навигационной безопасности. Вполне понятно, что чем ближе глубины к критическим, при которых еще возможно плавание надводных кораблей с данной осадкой или подводных лодок при заданной глубине погружения, тем меньшие неровности дна должны быть выявлены в процессе промера. Последнее достигается уменьшением расстояния между промерными галсами.

При установлении междугалсовых расстояний необходимо учитывать также возможную точность определения места судна на галсах промера.

Наконец, при назначении подробности промера необходимо исходить из значимости района в навигационном, экономическом, военном или научном отношении.

В § 50 было показано, что погрешности глубин, показанных на карте, связаны с точностью их измерения эхолотами и точностью определения места. Очевидно, не имеет смысла определять такие формы рельефа, размеры которых равны или меньше указанных погрешностей, свойственных данному способу съемки.

Невозможность непосредственного восприятия подводного рельефа требует заранее планировать сеть съемочных галсов с целью выявления определенных его форм и обнаружения навигационных опасностей. Естественно, чем меньше расстояния L, тем с большей достоверностью может быть решена эта задача. Однако уменьшение междугалсовых расстояний ведет к увеличению стоимости гидрографических работ и требует большего времени на их выполнение.

Изложенные соображения показывают, что при планировании промера должна быть решена задача выбора оптимальных расстояний между галсами, позволяющих

Указанные исходные сведения группируют в виде компактной таблицы и для каждого диапазона глубин в каждой категории рельефа указывают ориентировочный диапазон междугалсовых расстояний Lop, обеспечивающих необходимую подробность изучения рельефа современными способами.

Выбор междугалсовых расстояний Lop по таблице осуществляют на основе предварительного определения планетарной морфоструктуры, геоморфологической зоны, особенностей рельефообразующих процессов и оценки расчлененности рельефа в районе съемки. Основанием для отнесения района к соответствующей категории служат геоморфологические карты, морские карты прежних лет издания и другие справочные материалы. Выбранные по таблице междугалсовые расстояния принимаются как ориентировочные для назначения подробности общего покрытия.

3.Вероятностный принцип

Кнастоящему времени выявились два главных направления в определении подробности промера с помощью вероятностных характеристик.

Первое из них заключается в использовании большого объема выполненных гидрографических исследований. Статистическая обработка этих исследований позволяет выявить существенные закономерности в рельефе дна и на их основе составить обобщенные количественные оценки. Эти оценки можно переносить на другие районы гидрографических исследований, если имеются данные, например, о их генетической родственности или другие сведения относительно общности форм рельефа. Если таких данных нет, то назначаются рекогносцировочные галсы, по которым вычисляются конкретные морфометрические показатели. Сопоставляя эти

показатели с имеющимися, можно выработать рекомендации относительно подробности промера.

Второе направление базируется на представлении о глубинах как о случайной функции. Обработка профилей способами, рекомендуемыми теорией вероятности или теорией случайных функций, позволяет решить задачу определения подробности промера для заданного района.

Перейдем к описанию некоторых приемов, предложенных сторонниками первого и второго направлений.

Гистограммы Л. В. Новожилова [24]. Анализ большого числа морских карт и карт-сеток позволил сделать вывод, что горизонтальные размеры мезоформ рельефа океанического дна изменяются в довольно ограниченных пределах — порядка 30 - 70 миль. Взяв величину 30 миль в качестве исходного междугалсового расстояния и произведя статистическую обработку морских карт наиболее изученных районов, автор показал, что это расстояние позволяет достаточно полно обследовать макроформы рельефа. Оказалось также, что при таких междугалсовых расстояниях могут быть выявлены с определенной вероятностью мезоформы и отдельные аномалии макроформ. Так, например, в Атлантическом океане 30-мильные междугалсовые расстояния позволили обнаруживать положительные мезоформы с вероятностью 83%, а отрицательные с вероятностью 80%; в Тихом океане соответствующие вероятности оказались равными 82 и 93%.

По имеющимся картографическим материалам были также собраны данные о горизонтальных размерах и высоте мезоформ рельефа океанического дна различных морфологических провинций и строились соответствующие гистограммы. Задаваясь вероятностью обнаружения отдельных форм рельефа, по таким гистограммам можно установить необходимое междугалсовое расстояние L.

В табл. 5 приводятся междугалсовые расстояния, полученные указанным приемом, для обнаружения с вероятностью 0,95 некоторых мезоформ подводного рельефа в открытых океанических районах.

Таблица 5

Использование уравнения регрессии [14]. Вдоль съемочных галсов рельеф дна записывается непрерывно, что позволяет восстановить действительный профиль на каждом из них. В промежутках между галсами любой новый профиль будет новой непохожей реализацией случайного поля рельефа. Однако чем ближе будут проходить смежные галсы, тем меньше отличия будут между ними.

Прием уточнения подробности съемки основан на использовании уравнения регрессии (4.11), которое применительно к нашей задаче можно записать в следующем