zx, zy — определяемые симметричные (т. е. одинаково удаленные от предыдущих)
глубины смежных галсов X, Y;
ZY — глубина, измеренная на галсе Y;
x ,
y — среднее квадратическое уклонение глубин на галсах X, Y;
zx ,
z y — средние глубины на этих же галсах;
r — коэффициент взаимной корреляции глубин.
Для расчета величин r, x , y , zx ,
z y , воспользуемся формулами (4.12). Эти
расчеты могут быть выполнены в процессе проложения галсов основного покрытия в районе работ на судовой ЭВМ или даже с помощью простых счетных устройств по числовой матрице.
Средняя квадратическая погрешность интерполирования глубин по (13.2) рассчитывается согласно (4.13)
1 r
2
n
y
где
y — среднее квадратическое уклонение глубин на выполненном галсе.
С использованием указанных зависимостей прием определения междугалсовых расстояний потребует проложения, по существу, лишь одного дополнительного галса и заключается в следующем. Придя в район работ, прокладывают первый запланированный галс основного покрытия. Второй галс прокладывают на ориентировочного междугалсового расстояния Lop, выбранного, например, по табл. 4. Третий галс — на расстоянии Lop относительно первого, а четвертый и т.д. на расстоянии Lop относительно друг друга.
Выбирают симметричные глубины непосредственно с эхограмм, вычисляют коэффициенты корреляции r12, r13, r14 и по результатам расчетов строят график зависимости коэффициента корреляции r от междугалсового расстояния L, соединяя плавной линией точки, относящиеся к указанным галсам
(рис. 74).
Рис. 74
В связи с тем, что галсы располагаются недалеко друг от друга, средние
квадратические погрешности
x
,
y
могут быть заменены средним
квадратическим уклонением глубин
z
,
полученным для всей выборки. Будем
понимать под
n
в
(4.13)
допустимую
погрешность интерполяции
доп
и,
разделив обе части уравнения на
z , напишем
доп
1 r
2
.
z
Обозначим
доп
/
я
и,
решив
последнее
равенство относительно
r,
получим
r
1
2
(13.3)
По смыслу использованных величин коэффициент r в (13.3) представляет
собой степень корреляции глубин на смежных галсах,
обеспечивающую их
интерполяцию с погрешностью не более
доп .
Практически достаточно, чтобы
1
или
доп
0,5m
z0 (допустимой
доп
3
z
средней квадратической погрешности измерения глубин).
Задаваясь величиной λ, рассчитаем по (13.3) достаточный коэффициент
корреляции
rдоп
и, войдя с ним на график, определим уточненное
междугалсовое расстояние, обеспечивающее обнаружение форм рельефа в соответствии с назначением съемки. В этом приеме наиболь шая погрешность интерполирования относится к середине между двумя галсами, поэтому уточненное междугалсовое расстояние L будет равно удвоенному значению Lдon,
снятому с графика L = 2Lдon.
В дальнейшем при проложении очередных съемочных галсов полученное уточненное значение L может контролироваться и при необходимости изменяться.
При инструментальной оценке рельефа с помощью эхографов бокового обзора
расстояния LИ между галсами назначаются так, чтобы перекрывалась малоинформативная зона. При производстве промера с одновременной инструментальной оценкой в качестве междугалсового расстояния выбирают меньшее из L и LИ.
§ 53. ПРОЛОЖЕНИЕ ГАЛСОВ
1. Направление галсов
Промер остается ведущим способом и применяется для съемки рельефа дна в любых геоморфологических зонах Мирового океана.
Оптимальная система галсов промера должна выбираться таким образом, чтобы рельеф был надежно выявлен при наименьшем их количестве. Чем сложнее рельеф, чем быстрее он изменяется, тем меньшие междугалсовые расстояния должны быть выбраны, и наоборот. Вдоль изобат изменение глубин равно нулю, поэтому наиболее выгодно располагать галсы по линиям, нормальным к их общему направлению.
Всилу сказанного, в районах с четко выраженным уклоном дна, у прямых отмелях и открытых с моря берегов, а также на участках, где побережье характеризуется аккумулятивными формами рельефа, галсы промера располагают нормально к общему направлению изобат или береговой линии. Такое же направление галсов целесообразно при обследовании материкового склона, материкового подножья, зоны островных дуг и срединно-океанических хребтов.
По аналогичным соображениям при обследовании небольших заливов и бухт, имеющих вытянутую форму, а также на каналах и фарватерах галсы располагают по нормали к их продольным осям.
Если район промера характеризуется равнинным или холмистым рельефом и на значительных площадях не выявляется заметный уклон дна, галсы можно располагать произвольно, учитывая другие факторы, например направление течений и волнения, особенности определения места, отсутствие излишних поворотов и т.п.
Втех районах, где ожидается грядовый рельеф, подводные валы, а также у ровных берегов, где аккумулятивные формы чередуются с абразионными, для надежного выявления рельефа галсы должны прокладываться под углом 30 - 45° к общему направлению изобат или берега.
Вобщем случае, когда требуется равномерное покрытие с одинаковой подробностью всей обследуемой площади, промерные галсы следует располагать параллельно друг другу. Так, систему параллельных галсов целесообразно применять
врайонах с постепенно понижающимся дном, на равнинных участках, усеянных абиссальными холмами, грядами или другими монотонными формами рельефа.
Кроме параллельных применяют зигзагообразные, радиальные и взаимно перпендикулярные галсы.
Зигзагообразными галсами обследуются вытянутые участки промера, на которых необходимо уточнить перегибы или изломы основных форм рельефа (участки материкового склона, глубоководные впадины, желоба, каньоны).
Радиальными галсами (веером) обследуют такие районы, где увеличение междугалсовых расстояний согласуется с увеличением глубин и уменьшением подробности промера (подводные горы, вулканы), а также у мысов, вокруг небольших островов и на других участках, рельеф которых выражен круто изогнутыми изобатами.
Взаимно перпендикулярные галсы прокладываются в местах, где промером обнаружено резкое изменение направления изобат и они пересекаются с основными галсами под углами менее 30°. Кроме того, перекрестные галсы прокладываются при обследовании отличительных глубин, банок и вершин подводных гор.
Галсы площадного обследования, выполняемого с помощью многолучевых гидроакустических комплексов (МГК) или эхотралов ГЭТ-2, располагают таким образом, чтобы судно могло свободно маневрировать. При этом желательно располагать галсы под углами 90—45° к общему направлению изобат и стремиться, чтобы число поворотов было минимальным.
При равнинном или холмистом рельефе и в других случаях, когда направление общего уклона выражено слабо, галсы площадного обследования располагают произвольно относительно изобат, стремясь выбрать наиболее благоприятные условия
ивыполнить съемку наименьшим их числом.
Ввытянутых заливах, бухтах, а также на каналах и фарватерах галсы площадного обследования прокладывают вдоль оси узкостей и параллельно им.
Галсы инструментальной оценки, выполняемой совместно с промером на одном судне, прокладывают, подчиняя их направление требованиям промера. Если инструментальная оценка осуществляется отдельно от промера, галсы располагают, как правило, вдоль общего направления изобат и лишь в случаях, когда из-за конфигурации района это выполнить затруднительно, прокладывают галсы, нормальные к изобатам.
Относительно друг друга галсы инструментальной оценки и площадного обследования располагают параллельно. У мысов, небольших островов и в других случаях, когда рельеф выражен изометричными изобатами, галсы прокладывают веерообразно.
С целью контроля съемки и для последующей оценки ее качества первыми прокладываются контрольные галсы. При всех способах съемки их располагают нормально к системе галсов основного покрытия не реже чем через 10 - 15см на планшете. На материковом и островном склоне галсы прокладывают в верхней, средней и нижней частях, а на вытянутых поднятиях и грядах — по оси поднятия и на противоположных склонах.
2. Способы и точность проложения галсов Чем точнее реализована запланированная система галсов, тем достовернее
результаты съемки. Следовательно, забота о надежных и точных способах проложения галсов является важным элементом технологии съемки. При съемке подводного рельефа и выполнении гидрографического траления применяют следующие способы проложения галсов:
—по компасу;
—по приборам бортовых автоматизированных систем;
—с помощью специальных приборов радионавигационных систем (изофазометры, индикаторы пути);
—по створам;
—по направлениям, указываемым с берега;
—по линиям выставленных вех;
—по линям (тросам).
Способ проложения галсов по компасу является основным и применяется при всех типах и способах съемки рельефа дна. Его сущность заключается в том, что после выхода судна в начальную точку очередного галса назначают курс по компасу, соответствующий направлению линии галса. Для удержания судна на линии галса курс должен назначаться с учетом всех поправок, дрейфа и сноса. В процессе движения по галсу производят определение места с расчетом, чтобы расстояние между точками определений не превышало 3 - 4см в масштабе планшета.
Определение места производят также в начальной и конечной точ ках галса, в моменты появления отличительных глубин или резких перегибов рельефа. Для правильного определения места глубин, измеренных в промежутках между обсервациями, курс и скорость судна на галсе должны сохраняться постоянными. При обнаружении уклонений судна от заданного направления галса производят корректуру курса. Однако не допускается изменять курс более 3°. При больших изменениях курса или скорости обязательно производят определение места.
Выбор способов определения места зависит от наличия сил и средств, удаления района от берега и других факторов. Однако определяющим критерием является необходимая точность проложения галсов в соответствии с типом и назначением съемки.
Точность определения места оценивается обычно при помощи средней квадратической погрешности М0. Если определяемые точки наносят на планшет графическими приемами, необходимо учитывать также погрешности прокладки Мгр. Тогда средняя квадратическая погрешность М обсервованных точек может быть представлена выражением
М
М о2 М гр2
(13.4)
Положение точек измерения глубин в промежутках между обсерва циями получают путем линейного интерполирования по приращению времени t.
Рис. 75
Обратимся к рис. 75, где показан отрезок галса со смежными точками обсерваций i, j, а также промежуточной точкой k, определяемой линейной интерполяцией. Обозначим:
Т — время перехода судна из точки i в точку j; t — время перехода судна из точки i в точку k;
(xi, yi), (xj, yj) — абсциссы и ординаты обсервованных точек.
При условии неизменного курса и скорости отрезок i - j будет представлен прямой линией, а координаты точки k (x, у) могут быть получены по очевидным формулам:
x x
(x
x
)
t
;
i
j
i
T
y y
( y
y
)
t .
i
j
i
T
(13.5)
Обозначим отношение (t:T)=n, подставим в (13.5) и, объединив подобные члены, получим:
xxi (1 n) nx
yyi (1 n) ny
j j
(13.6)
Обозначим через тх и ту средние квадратические погрешности координат точек k, а через mxi, туi, тхj, myj — соответствующие погрешности координат исходных точек. Пользуясь формулой средней квадратической погрешности функции, получим оценку погрешностей х, у в (13.6):
Сложив почленно первое и второе уравнение, отыщем выражение для средней квадратической погрешности М положения любой промежуточной точки галса
М
М
2
(1
n)
2
2
n
2
i
М
j
(13.7)
Проведем простое исследование выражения (13.7). Если t=0, то п=0 и средняя квадратическая погрешность М=Мi, при t=T, n=1 и M=Mj. Положим Mi=Mj=Mo, а n=0,5. Тогда
М 0,25М 02 0,25М 02 0,7М 0
Следовательно, при точном соблюдении постоянных скорости и курса средние
квадратические погрешности промежуточных точек галса всегда меньше погрешностей обсерваций.
Для оценки точности проложения всего галса принимают погрешность, относящуюся к наиболее слабой его точке. Такой точкой, как следует из проведенного анализа, будет обсервация, где средняя квадратическая погрешность Mi(Mf;) окажется максимальной. Таким образом, нигде на галсе средние квадратические погрешности положения измеренных глубин не будут большими, чем Mi(Mf;).
Однако идеальное сохранение прямолинейного и равномерного движения судна обеспечивать на практике не удается, так как возникают отклонения под воздействием целого ряда причин. Главными среди них являются гидрометеорологические условия, нестабильность режимов судовых механизмов, инерционность индикаторов курса, скорости и воздействие на них внешних помех, а также индивидуальные особенности рулевых. Совокупность этих источников определяет степень управляемости судна на галсе. Внешне это проявляется в виде рыскания судна, которое представляют синусоидальным колебанием центра тяжести судна относительно линии галса. При этом поперечное смещение относительно линии промерного галса может быть оценено
средним квадратическим уклонением mр, полученным по формуле
mp = 0,177VTsinαmax
(13.8)
где V — скорость судна, уз; Т — период рыскания, с;
αmax — максимальный угол рыскания.
Более сложное влияние оказывает рыскание при ведении площадной съемки многолучевыми комплексами. Здесь боковые лучи испытывают не только поперечное, но и продольное смещение, среднюю квадратическую величину тД которого можно оценить по формуле
mД = 0,707Rsinαmax
(13.9)
где R — горизонтальное расстояние от вертикального луча до наклонного на
горизонте измерения глубины.
Средняя квадратическая погрешность Му
смещения судна здесь может быть
представлена выражением
mД m2p m2Д
Следовательно, средняя квадратическая погрешность MГ глубины, измеренной в промежутке между определениями места на галсе, в общем случае может быть оценена с помощью формулы
М
М
2
М
2
М
2
Г
0
ГР
y
(13.10)
При площадном обследовании, а также при гидрографическом тралении вместо погрешности МГ целесообразно использовать среднюю квадратическую погрешность Ен по направлению нормали к линии галса
E
H
(V cos )2
(V
cos )2 m2
(13.11)
1
2
p
где V1, V2 — векториальные погрешности линий положения;
α, β — углы между направлением линии галса и векториальными погрешностями. В автоматизированных системах удержание судна на галсе осуществляется с
помощью ЭВМ, сравнивающих текущие координаты судна с координатами заданной линии галса. Рассогласование устраняется следящей системой, передающей соответствующие команды на устройства управления. Полуавтоматические системы управления по результатам анализа информации о пути или координатах судна вырабатывают данные о величине уклонения (лево-право) и передают их на световое табло рулевому.
Проложение галсов по изофазометру целесообразно в тех случаях, когда их направление совпадает с направлением изолинии одного из каналов РНС. Судно удерживается на заданной изолинии по показаниям стрелочного индикатора.
Если направление галсов не совпадает с направлением изолиний, для непрерывного контроля и удержания судна на галсе используются индикаторы пути. С этой целью линии галсов переносят на миллиметровую бумагу, которая накладывается затем на барабан индикатора. Для движения по галсу в этом случае необходимо удерживать руль в таком положении, при котором указатель индикатора не смещается с заданной линии на миллиметровке.
Проложение галсов по створам применяют при детальной съемке рельефа, когда междугалсовые расстояния меньше 50м, а в районах со значительными течениями — меньше 100м. Этот способ используют также при гидрографическом тралении и в других случаях, когда необходимо обеспечить наиболее точное воспроизведение на местности всей запланированной системы галсов.
С этой целью на берегу разбивают специальную магистраль, которая обычно представляет собой прямую линию, перпендикулярную направлению галсов. Вдоль этой линии через промежутки L, равные междугалсовым расстояниям, устанавливают пикеты. У каждого пикета намечают и закрепляют кольями точки установки створных знаков. Разнос створных знаков d должен быть не менее 0,04 расстояния D от переднего знака до конца галса.
Если местность не позволяет проложить прямую магистраль, ее заменяют ломаной линией, направленной под различными углами 90°±γ относительно направления галсов. Тогда расстояние S между смежными пикетами находят по формуле
S = Lsecγ.
Расстояния вдоль магистрали измеряют мерными лентами или оптическими дальномерами, а углы 30-секундным теодолитом.
При необходимости прокладки радиальных галсов створы разбивают веером, наметив передний или задний створный знак в качестве полюса, через определенный угловой интервал ΔΘ равный
57,3 Dl ,
где l — расстояние между галсами у внешней кромки района; D — расстояние от полюса до конца галса.
Определение места производится и в этих условиях высокоточными способами, а линия галса представляется на планшете путем соединения смежных точек обсерваций. При тралении, где главная цель проложения галсов состоит в обеспечении неразрывности тральных полос, за линию галса принимают осевую линию створа.
Точность проложения галса по створу оценивается с помощью средней квадратической погрешности Е уклонения судна по нормали к галсу
ЕЕ 2 Е 2 Е 2
ЧУ
(13.12)
где ЕЧ — погрешность, зависящая от чувствительности створа; Еу— погрешность, возникающая из-за уклонения судна от линии створа;
Погрешность ЕЧ, вносимая чувствительностью створа, может быть получена по известным элементам створа:
EЧ
D
D
1
d
Приняв угловую чувствительность α, для глаза равной 2', получим
E
0,59D
Ч
точечных створов и невооруженного
D
,
d
1
где ЕЧ в метрах, a D и d в километрах.
Погрешность Еу можно вычислить по формуле
Еу = 0,009Vсtmc
где Vc — скорость судна на галсе, уз;
t — время от момента начала уклонения судна со створа до момента его максимального удаления от оси створа, с;
тc — средняя квадратическая погрешность удержания судна на оси створа, градусы.
Величины t и тс определяются экспериментально в районе работ. Погрешность, вызываемая ориентированием створа Ел, вычисляется по формуле
Εα = 0,29D3ma,
где тα — средняя квадратическая погрешность измерения углов при установке створов, мин. дуги;
D3 — удаление от заднего створного знака, км.
Средняя квадратическая погрешность Мr положения глубин в точках между обсервациями оценивается по формуле
M
0,5M
2
E
2
r
0
(13.13)
Проложение галсов по направлениям, указываемым с теодолитного поста, заключается в том, что с помощью теодолитов или кипрегелей ведется непрерывное наблюдение за судном. Через каждые 30 - 40 с на судно передают направление, на котором оно находится в данный момент, для корректировки курса судна.
Этот способ применяется в случаях, когда по характеру местности не удается оборудовать створы, а также при выполнении детальной съемки в гаванях, в узкостях, у причалов и пристаней.
Величину d уклонения судна от линии галса можно получить по формуле d = 0,29ΔαD,
где Δα — разность заданного и наблюденного направлений, мин. дуги;
D — расстояние до теодолитного поста, км. Точность проложения оценивают по формуле
ЕЕ 2 Е 2 Е 2
Ну
(13.14)
где Ен = 0,29Dm'И — смещение судна в конечной точке галса из-за инструментальных и методических погрешностей измерения направлений, м;
Еα = 0,29Dт'α — смещение судна в конечной точке галса, обусловленное погрешностью тα ориентирования теодолита, м;
Е —смещение судна от линии галса в зависимости от управляемости и гидрометеорологических условий, м.
Средняя квадратическая погрешность Мг положения глубин в этом способе может быть получена по (13.13), но величина Е здесь определяется по (13.14).
Проложение галсов по вехам применяется в том случае, когда необходимо строгое соблюдение перекрытия между смежными полосами, а другие способы не позволяют осуществить его с надлежащей точностью. Чаще всего такая ситуация создается в процессе гидрографического траления.
Сначала на границах участка выставляются фундаментальные вехи, закрепляющие на местности площадь, подлежащую тралению. Места установки фундаментальных вех назначают с таким расчетом, чтобы было обеспечено перекрытие за границу участка на расстояние, не меньшее средней квадратической погрешности определения их места. Затем вдоль стороны участка, где пройдет первый галс, устанавливают ряд вех. Судно идет с тралом по выставленным вехам, имея на ноках выстрелов с каждого борта по шлюпке. С одного борта подбираются первоначально выставленные вехи, а с другого выставляются новые вехи, отбивающие границу протраленной полосы. На обратном галсе судно идет вдоль этой линии вех, обозначая внешнюю кромку протраливаемой полосы следующим рядом вех. Тральные вехи устанавливаются обычно через 300 - 500м и фиксируют фактическое положение границ тральных полос. В качестве фундаментальных и тральных вех целесообразно использовать панерные вехи.
Применение этого способа возможно при отсутствии течений и на небольших глубинах, когда вехи стоят на своих местах устойчиво и обеспечивают надежное закрепление границ тральной полосы.
Определение места производится в начальной и конечной точках каждого галса, а также в случаях, когда возникает сомнение в неизменности положения вех.
Погрешность проложения галса по линии фундаментальных вех на границах района вычисляется по формуле
ЕЕ 2 Е 2 Е 2
НЦ у
(13.15)
где Ен — погрешность определения места вехи по направлению, нормальному к линии галса (с учетом погрешности прокладки), вычисляемая по формуле (13.11);
Ец — погрешность, вызванная уклонением вехи по нормали к тральному галсу под воздействием циркуляции;
Еу — погрешность, обусловленная уклонением тралящего судна по нормали к тральному галсу при движении вдоль линии вех.
Погрешность Ец, вносимая уклонением вех на циркуляции, в свою очередь, может быть подсчитана по формуле
0,25М 
