Методы акустического распознавания донного грунта

Традиционно гидрографические работы проводятся в интересах безопасности мореплавания и включают в себя: съёмку рельефа дна, гидрографическое траление, грунтовую съёмку, топографическую съёмку береговой полосы, сбор сведений для лоций, а также сопровождающие их работы по сгущению геодезической основы и уровенные наблюдения. Основным методом картографирования дна продолжают оставаться однолучевые эхолоты (ОЛЭ), многолучевые эхолоты (МЛЭ), гидролокаторы бокового обзора (ГБО) и многоканальные эхолоты (эхотралы). Действие этих приборов полностью основано на акустических методах. Отметим, что помимо данных батиметрии современные МЛЭ позволяют собирать данные обратного рассеивания (ОР). Технологии записи и обработки этих данных МЛЭ за последние годы претерпели значительные изменения, что позволяет достаточно достоверно распознавать тип донного грунта при гидрографических работах. Данные обратного рассеивания позволяют получить информацию о грунтах морского дна (поверхностных донных осадках) дистанционно и без использования средств морской грунтовой съёмки, таких как дночерпатели и драги. Это обстоятельство позволяет обеспечить относительно быстрый охват обширных зон морского дна и, следовательно, повысить экономическую эффективность гидрографических работ. Данные подобного рода крайне важны при комплексном обследовании морского дна. Например, характер грунта должен определяться при обследовании зон будущих якорных стоянок на портовых акваториях или же в местах, где предполагается гидротехническое строительство и иных зонах, где суда могут встать на якорь. Более того, определение типа донных осадков имеет важное значение при разведке и бурении на морских месторождениях углеводородов, при прокладке и обслуживании трубопроводов и кабелей. Данные технологии востребованы также в рыбопромышленной индустрии для промысловых судов, позволяя в процессе лова определить места обитания рыб и избежать зон, где рыболовные тралы могут быть повреждены. Методы акустического распознавания донного грунта исследуются достаточно давно как отечественными, так и зарубежными исследователями. Можно отметить следующие отечественные труды: «Акустика моря» А. П. Сташкевича, где пятая глава посвящена акустическим свойствам морского грунта и методам их определения; «Акустика океана» Л. М. Бреховских и многочисленные публикации Акустического института им. академика Н.Н. Андреева. Из зарубежных исследователей можно отметить Кристиана Де-Мустье, который одним из первых увидел большой потенциал данных обратного рассеивания, собранных при помощи МЛЭ Sea Beam в целях распознавания донных осадков. Другие исследовательские работы позволили развить методы обработки данных ОР. Эти методы были разработаны и испытаны, в первую очередь для низкочастотных МЛЭ (менее 100 кГц), наиболее распространённых в то время. Морское дно обладает разнообразным геологическим составом и стратификацией и всегда неоднородно. В спецификациях к гидрографическим съёмкам типы донных осадков определяются как «пески» (крупные, средние, мелкие), «камни» и «валуны». А более мелкие материалы чем песок классифицируются как «ил» и «глина». Если в рамках гидрографических работ поставлена задача проведения комплексных инженерно-геологических изысканий, то начинают действовать иные нормативные документы. На данный момент существует пять возможных способа записи данных обратного рассеивания, применяемых в современных многолучевых системах и соответствующие им методы обработки, посредством которых можно получить представление о типе донного грунта в исследуемой зоне. Важно понимать, что выбор метода сбора данных обратного рассеивания зависит от цели исследования морского дна. Исходя из вышесказанного, определение характеристик морского дна по данным ОР (которые не искажены собственными параметрами МЛЭ или неверно выбранным способом записи этих данных) имеет очень важное прикладное значение. Следовательно, для эффективного и верного сбора данных ОР важно не только применить подходящий метод обработки данных, но и необходимо отлично знать все параметры МЛЭ, имеющие отношение к данным обратного рассеивания и методику записи этих данных у конкретной многолучевой системы. Помимо этого, важно учесть ошибки и артефакты, которые могут возникнуть при обработке данных обратного рассеивания. Целью настоящей работы является обобщение и анализ способов записи данных ОР, реализуемых в современных высокочастотных МЛЭ, а также рассмотрение методов обработки этих данных, реализуемых в современной электронно-гидрографической информационной системе (ЭГИС) «HYPACK MAX» (HYPACK Inc., США) и в программе постобработки и трёхмерной визуализации данных съёмки «Fledermaus» (QPS, Нидерланды).