Τηλεπισκόπηση στο Θαλάσσιο Περιβάλλον Ενότητα 3: Το Πολυδεσμικό Βυθόμετρο Γιώργος Παπαθεοδώρου Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα CC BY-NC-ND 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λπ.., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Σύμφωνα με αυτήν την άδεια ο δικαιούχος σας δίνει το δικαίωμα να: Μοιραστείτε — αντιγράψετε και αναδιανέμετε το υλικό Υπό τους ακόλουθους όρους: Αναφορά Δημιουργού — Θα πρέπει να καταχωρίσετε αναφορά στο δημιουργό, με σύνδεσμο της άδειας Μη εμπορική χρήση — Δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το υλικό για εμπορικούς σκοπούς Μη παράγωγα έργα — Μπορείτε να αναδιανείμετε το υλικό ως έχει, χωρίς να προβείτε σε αλλαγές (ανάμιξη, τροποποίηση) 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Σύγκριση μεταξύ του Μονοδεσμικού και του Πόλυδεσμικου βυθομέτρου Αναφορά των περιορισμών του μονοδεσμικού βυθομέτρου Ανάλυση των εννοιών της κατακόρυφης και της οριζόντιας διακριτικής ικανότητας Παρουσίαση των διάφορων τύπων πολυδεσμικών βυθομέτρων και των βυθομετρικών χαρτών που αυτά παράγουν 4

Περιεχόμενα ενότητας Σφάλματα και περιορισμοί του μονοδεσμικού βυθομέτρου. Κατακόρυφη και οριζόντια διακριτική ικανότητα. Βασικές αρχές λειτουργίας των πολυδεσμικών βυθομέτρων. Διάφοροι τύποι πολυδεσμικών βυθομέτρων. 5

Μονοδεσμικό Βυθόμετρο Το μονοδεσμικό βυθόμετρο δημιουργεί ένα ηχητικό «αποτύπωμα» στον πυθμένα όπου κάθε ηχοβολισμός αντιστοιχεί σε μία κωνική δέσμη 6

Χάρτες βυθομετρίας με χρήση δεδομένων μονοδεσμικού βυθομέτρου 7

Περιορισμοί και πηγές σφαλμάτων 1 Σφάλμα λόγω κεκλιμένου πυθμένα: Σε περιοχές όπου ο πυθμένας παρουσιάζει αυξημένες κλίσεις και λόγω του εύρους της δέσμης, καταγράφονται πρώτα οι περιοχές με το μικρότερο βάθος. Σφάλμα λόγω ανώμαλου ανάγλυφου: Σε περιοχές όπου ο πυθμένας παρουσιάζει ανώμαλο ανάγλυφο, λόγω του φαινόμενο της περίθλασης, ο πυθμένας καταγράφεται υπό την μορφή υπερβολικών ανακλάσεων. 8

Περιορισμοί και πηγές σφαλμάτων 2 Σφάλμα λόγω κυματισμού: Στην περίπτωση έντονου κυματισμού το σκάφος δεν ακολουθεί ευθεία πορεία και υπόκειται σε σχετικές κινήσεις (κατακόρυφες και πλάγιες), που μπορούν να δημιουργήσουν σφάλματα στην καταγραφή. Περιορισμός λόγω δέσμης: Η κωνική δέσμη που εκπέμπει το βυθόμετρο όσο αυξάνει το βάθος αυξάνει και το μέγεθος της, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η επιφάνεια του ηχοβολισμού και να μειώνεται η διακριτική ικανότητα. 9

Διακριτική ικανότητα Διακριτική ικανότητα : Η ικανότητα του οργάνου να ξεχωρίσει και να καταγράψει 2 αντικείμενα στον πυθμένα ή στην υδάτινη στήλη ως μοναδικά και εξαρτάται από την ελάχιστη απόσταση που πρέπει να έχον μεταξύ τους Αντικείμενα μικρότερα του μήκους κύματος Αντικείμενα μικρότερα του μήκους του παλμού Αντικείμενα μικρότερα της περιοχής ηχοβολισμού «ακουστικό αποτύπωμα» 10

Κατακόρυφη διακριτική ικανότητα Διαστήματα εκπομπής Χρονική διάρκεια παλμού δx = pl/2 δx = διακριτική ικανότητα pl = μήκος παλμού Εξαρτάται από τη χρονική διάρκεια του παλμού & συνεπώς το μήκος του παλμού 11

Διακριτική ικανότητα Εάν 2 στόχοι απέχουν (κατακόρυφα) μεταξύ τους 1m αυτοί θα καταγραφούν ως ένας ή ως δύο στόχοι; (δχ = pl/2) Συχνότητα f = 15 kHz Ταχύτητα ήχου U = 1500m/s Χρονική διάρκεια παλμού 1ms H f δηλώνει ότι σε χρόνο ίσο με 1 ms, που είναι η διάρκεια του παλμού, το κύμα θα διανύσει απόσταση ίση με 15 κύκλους ( 150001/s X 0.001s) και το μήκος του θα είναι ίσο με 15 λ όπου λ είναι το μήκος κύματος λ = U/f = 1500m/s / 150001/s = 0.1 m Άρα 15λ = 1.5 m είναι το μήκος του παλμού pl δχ = pl/2 = 1.5m / 2 = 0.75 m Άρα εφόσον η διακριτική ικανότητα είναι 0.75 m οι δύο αυτοί στόχοι θα καταγραφούν ως δύο ξεχωριστοί 12

Μήκος παλμού = 1.5m – δx=0.75m Απόσταση στόχων > δx = 2 διακριτοί Επιφάνεια θάλασσας Επιφάνεια θάλασσας 1.5 m 1.5 m 1ο ίχνος 3 m 1ο ίχνος 3.0 m 2ο ίχνος Επιφάνεια πυθμένα Επιφάνεια πυθμένα Απόσταση στόχων > δx = 2 διακριτοί Απόσταση στόχων < δx = 1 ίχνος οι 2 στόχοι 13

Οριζόντια διακριτική ικανότητα δx = 2 tan (θ/2) D δx D 1.7 10 17 100 170 1000 14

Πολυδεσμικά βυθόμετρα Το πολυδεσμικό βυθόμετρο βασίζεται στον τρόπο λειτουργίας του μονοδεσμικού βυθομέτρου, με την διαφορά ότι εκπέμπει πολλές δέσμες υπό διαφορετικές γωνίες, επιτυγχάνοντας έτσι μεγαλύτερη και πιό λεπτομερή κάλυψη. 15

Πολυδεσμικά βυθόμετρα για όλα τα βάθη Συχνότητα Επιχειρησιακά βάθη  500 kHz 0.2 - 50 m 125, 250, 500 kHz 0.3 - 200 m 0.3 - 100 m 0.3 - 50 m 200 - 400 kHz 0.5 - 490 m 0.5 - 600 m 70 - 100 kHz 3 - 600 m 3 - 1000 m 3 - 2000 m 30 kHz 10 - 7000 m 12 kHz 20 - 11000 m 16

Σχέση συχνότητας – απορρόφησης Όσο αυξάνει η συχνότητα του κύματος τόσο ποιό «εύκολα» απορροφάται από το μέσο διάδοσης, που σημαίνει δεν θα καταφέρει να φτάσει σε μεγάλα βάθη, και αντίστροφα, όσο μειώνεται η συχνότητα τόσο ποιο «δύσκολα» απορροφάται από το μέσο διάδοσης με αποτέλεσμα να φτάνει σε μεγαλύτερα βάθη.

Μονοδεσμικό vs. Πολυδεσμικό βυθόμετρο Στην εικόνα α παρουσιάζεται η βυθομετρία μιας περιοχής όπως δημιουργήθηκε με δεδομένα μονοδεσμικού βυθομέτρου ενώ στην β παρουσιάζεται η βυθομετρία της ίδιας περιοχής όπως δημιουργήθηκε με την επεξεργασία δεδομένων πολυδεσμικού βυθομέτρου α β

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Γεωλογίας, Γιώργος Παπαθεοδώρου. «Τηλεπισκόπηση στο Θαλάσσιο Περιβάλλον». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/GEO346/

Αναφορές Εικόνες στις διαφάνειες 6,15,18 Πηγή: http://www.noaa.gov Όλες οι υπόλοιπες φωτογραφίες της παρουσίασης (χωρίς αναφορές) προέρχονται από προσωπικό αρχείο του διδάσκοντα και του Εργαστηρίου Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας, Τμ. Γεωλογίας, Παν. Πατρών και διατίθενται με την άδεια CC BY-NC-ΝD 4.0. Τα σχήματα και οι πίνακες χωρίς αναφορές έχουν δημιουργηθεί από τους διδάσκοντες του μαθήματος, την ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας, Τμ. Γεωλογίας, Παν. Πατρών και την Τμηματική Ομάδα Εργασίας και διατίθενται με την άδεια CC BYNC-ΝD 4.0.