Кратко по специфике морской геодезии при нанесении подводного рельефа и сооружений на карты судоходных путей — требования, методы и взаимодействие гидрографии, приливных коррекций, эхолокации и спутниковых технологий.
1) Вертикальные и горизонтальные системы отсчёта (даты)
- Вертикальная привязка: в гидрографии обычно используют «Chart Datum» (например, Lowest Astronomical Tide — LAT) как уровень, к которому приводят все глубины. Для привязки GNSS/эллипсоидных высот к чарточной высоте применяется геоид/сепарация и смещение до CD.
- Формула преобразования высот (упрощённо):
$$H_{CD}=h_{ell}-N-{\Delta }_{CD}$$ где $h_{ell}$ — эллипсоидная высота GNSS, $N$ — геоидная сепарация, ${\Delta }_{CD}$ — смещение между MSL/геоидом и Chart Datum.
- Точное определение и документирование датумов обязательно (IHO-рекомендации, национальные стандарты).
2) Снятие глубин и преобразование измерений
- Основная акустическая формула (двухпутевой ход):
$$d=\frac{ct}{2}$$ где $t$ — время хода, $c$ — скорость звука в воде (зависит от Т, солёности, глубины).
- Для лучшего результата в MBES/SBES применяется профиль звуковой скорости (SVP) и лучевая трассировка; учитывают преломление луча и углы сканирования:
$$d_{vert}=\frac{ct}{2}\cos {\theta }_{corr}$$ где ${\theta }_{corr}$ — скорректированный угол луча после учёта преломления.
- Обязательные поправки: положение датчика относительно ватерлинии/киля ($h_{tr}$), качка и волнения (heave), крен/тангаж (roll/pitch), и поправка на осадку для подвижных судов (squat в мелководье).
3) Приведение глубин к Chart Datum (приливные коррекции)
- Измеренная глубина на момент съёмки приводится к CD с учётом фактического уровня воды:
$$d_{CD}=d_{meas}+h_{tr}-h_{heave}+(WL(t)-CD)$$ где $WL(t)$ — уровень воды в момент съёмки.
- Уровень воды получают из:
- местных мареграфов (приливы/отливы), с гармоническим анализом для расчёта состава приливов;
- моделей в реальном времени или прогнозных (tidal models, TPXO, HAMTIDE и т. п.);
- локальных корректировок (методы выравнивания мареграфа и рейков).
- Для безопасной навигации применяют консервативные подходы (например, приводить к LAT/наименьшему астрономическому уровню) и учитывать временные неастрономические явления (штормовые нагоны).
4) Методы эхолокации и их роль
- Однолучевые эхолоты (SBES): хороши для профилирования трасс, локальных измерений; ограничены покрытием.
- Многолучевые эхолоты (MBES): обеспечивают полное поперечное покрытие, дают многолучную батиметрию и акустическое обратное рассеяние (backscatter) для классификации грунта; требуют точной навигации и SVP.
- Sidescan sonar: детектор объектов и текстуры дна, не даёт прямой глубины, но прекрасно выявляет препятствия, обломки, береговые и прибрежные конструкции.
- Sub-bottom profiler: определяет залегание осадков и подповерхностные объекты (трубы, корни).
- Дополнительно: магнитометры для металлических объектов; ROV/AUV и визуальная инспекция для подтверждения.
5) Позиционирование и кинематика
- Современные съёмки требуют GNSS-RTK/PPP для субметровой/сантиметровой точности в плане; интеграция с IMU/INS для устранения вращений/колебаний.
- Коррекции позиционной и угловой в обработке данных необходимы для точных гео-привязок каждого луча.
6) Обработка, стандарты и оценка качества
- Софт: батиметрическая фильтрация, удаление выбросов, корректировка по SVP, таргетная сборка лучей, генерация сетки DTM/BAG.
- Стандарты: IHO S-44 (требования к точности/плотности съёмки), IHO S-57/S-101 (форматы ENC), BAG (Bathymetry Attributed Grid) для хранения.
- Оценка неопределённости: протоколы на уровне точности глубины, плотности точек, вероятностная оценка минимальной глубины (для безопасного плавания).
7) Спутниковые методы — возможности и ограничения
- Спутниковая батиметрия (SDB) — использование мультиспектральных снимков для оценки глубины через ослабление сигнала в воде; применима в прозрачной воде и мелководьях (около прибрежной зоны), требует валидации эхолотными измерениями.
- Спутниковая альтиметрия и гравиметрия (для глобальной схемы): полезны для крупномасштабной реконструкции рельефа океанского дна, но с низким пространственным разрешением — не годится для навигационных карт малых масштабов.
- GNSS/altimeter/optical данные интегрируются для предварительной картографии и мониторинга изменений береговой зоны; всегда необходима локальная проверка акустикой для точных навигационных чартофф.
8) Нанесение подводных сооружений и объектов на карты
- Отображают: наименьшие глубины (spot depths), изобаты (safety contour), зоны опасности, обозначения сооружений/трубопроводов/судовых рубежей, зоны запрета.
- Для сооружений требуется указание вертикальных зазоров (air draft), размеров и датумов измерения; при отметках над водой — привязка к CD и моменту съёмки.
- При наличии риска — обязательные обследования (MBES, ROV) и регулярные реперные наблюдения (особенно в динамичных районах: устья рек, дельты, мельи).
9) Взаимодействие гидрографии, приливных коррекций и методов наблюдений
- Корректные картографические продукты получаются при слаженной работе:
- гидрографы определяют датумы, ведут мареграфы и модели приливов;
- акустические кампании дают детальную картину дна и объектов;
- GNSS/INS обеспечивают точную геопривязку;
- спутниковые данные дают контекст/предварительную карту и помогают в планировании съёмок.
- Все слои обрабатываются с учётом временных изменений уровня воды и неопределённостей, чтобы гарантировать требуемую навигационную безопасность (минимальная глубина, запас по точности).
Ключевые практические требования: строгая привязка к датумам, корректная обработка SVP и движений, применение MBES/side-scan для полноты покрытия и обнаружения объектов, использование мареграфных данных и гармонического анализа приливов для приведения глубин к Chart Datum, а также верификация спутниковых продуктов акустикой и визуальным обследованием.