Nghiên Cứu Mô Hình 3D Địa Hình Đáy Biển Hỗ Trợ Tàu Ngầm Tại Việt Nam

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng mô hình 3d địa hình đáy biển phục vụ cho hoạt động của tàu ngầm, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Tác giả: Nguyễn Đình Hải
• Người hướng dẫn: PGS.TS Dương Vân Phong
• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa - Bản Đồ
• Đề tài: Mô Hình 3D Địa Hình Đáy Biển Cho Tàu Ngầm Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mô hình 3D địa hình đáy biển

Mô hình 3D địa hình đáy biển là một công cụ quan trọng trong việc hỗ trợ hoạt động của tàu ngầm Việt Nam. Mô hình này không chỉ giúp xác định chính xác địa hình mà còn cung cấp thông tin cần thiết cho việc điều hướng và hoạt động của tàu ngầm. Việc xây dựng mô hình địa hình 3D giúp cải thiện khả năng nhận thức về môi trường dưới nước, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống tàu ngầm. Theo nghiên cứu, mô hình này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ quân sự đến nghiên cứu khoa học, giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên biển.

1.1. Tầm quan trọng của mô hình 3D

Mô hình 3D địa hình đáy biển đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho tàu ngầm trong quá trình hoạt động. Việc có được thông tin chính xác về địa hình đáy biển giúp tàu ngầm tránh được các chướng ngại vật và nguy hiểm tiềm ẩn. Hơn nữa, mô hình này còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch tác chiến và thực hiện các nhiệm vụ chiến lược. Theo một nghiên cứu gần đây, việc sử dụng mô hình địa hình 3D đã giúp giảm thiểu rủi ro cho tàu ngầm trong các hoạt động huấn luyện và thực chiến.

II. Công nghệ mô phỏng địa hình

Công nghệ mô phỏng địa hình đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đặc biệt là trong lĩnh vực hải quân. Việc áp dụng công nghệ 3D trong mô hình hóa địa hình đáy biển cho phép tạo ra các bản đồ chi tiết và chính xác hơn. Các phương pháp như quét sườn và đo sâu hồi âm đã được sử dụng để thu thập dữ liệu cần thiết cho việc xây dựng mô hình. Những công nghệ này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác của mô hình mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình thu thập dữ liệu.

2.1. Các phương pháp thu thập dữ liệu

Để xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển, việc thu thập dữ liệu là rất quan trọng. Các phương pháp như đo sâu trực tiếp, quét sườn và hồi âm đa tia đã được áp dụng để thu thập thông tin về độ sâu và cấu trúc đáy biển. Những dữ liệu này sau đó được xử lý và phân tích để tạo ra mô hình địa hình 3D chính xác. Việc sử dụng các công nghệ hiện đại trong thu thập dữ liệu không chỉ giúp tăng cường độ chính xác mà còn nâng cao khả năng phân tích và dự đoán tình hình dưới nước.

III. Ứng dụng của mô hình 3D trong hoạt động của tàu ngầm

Mô hình 3D địa hình đáy biển có nhiều ứng dụng trong hoạt động của tàu ngầm Việt Nam. Nó không chỉ giúp tàu ngầm điều hướng an toàn mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch tác chiến. Các thông tin từ mô hình này có thể được sử dụng để phân tích các khu vực tiềm năng cho các hoạt động quân sự, từ đó đưa ra các quyết định chiến lược hiệu quả hơn. Hơn nữa, mô hình còn giúp cải thiện khả năng huấn luyện cho các thủy thủ, giúp họ làm quen với các điều kiện thực tế dưới nước.

3.1. Tăng cường khả năng tác chiến

Việc sử dụng mô hình địa hình 3D giúp tăng cường khả năng tác chiến của tàu ngầm. Thông qua việc phân tích địa hình, các chỉ huy có thể đưa ra các quyết định chiến lược chính xác hơn. Mô hình này cũng giúp các thủy thủ nắm bắt được các khu vực nguy hiểm và lập kế hoạch di chuyển an toàn. Theo các chuyên gia, việc áp dụng mô hình 3D trong tác chiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của hải quân Việt Nam trong bối cảnh tình hình biển Đông ngày càng phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

B퐃⌀ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TR¯àNG ĐẠI HàC Mâ - ĐÞA CHÀT NGUYỄN ĐÌNH H¾I NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN PHỤC VỤ CHO HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU NGẦM TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM LUÀN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH Kþ THUÀT TRÂC ĐÞA- B¾N Đà Hà Nßi - Năm 2024 B퐃⌀ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TR¯àNG ĐẠI HàC Mâ - ĐÞA CHÀT NGUYỄN ĐÌNH H¾I NGHIÊN CỨU CƠ Sâ KHOA HàC XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D ĐÞA HÌNH ĐÁY BIỂN PHỤC VỤ CHO HOẠT ĐÞNG CỦA TÀU NGẦM TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM Ngành: Kÿ thuÁt TrÃc đßa - B¿n đá Mã sß: 9520503 Ng°ái h°ßng d¿n khoa hác: 1. DƯƠNG VÂN PHONG 2. DƯƠNG THÀNH TRUNG Hà Nßi - 2024 LàI CÀM ¡N LuÁn án này đưāc thąc hián t¿i Bá môn TrÃc đáa Cao cÃp - Khoa TrÃc đáa BÁn đß và quÁn lý đÃt đai - Tr°ång Đ¿i hãc Mß - Đáa chÃt, d°ãi są hưãng d¿n khoa hãc cąa PGS.TS D°¢ng Vân Phong, TS. D°¢ng Thành Trung.

Nghiên cću sinh xin bày tß lòng biÃt ¢n sâu sÃc đÃn hai thÅy đã h°ãng d¿n tÁn tình, hiáu quÁ trong suát quá trình nghiên cću và thąc hián LuÁn án. Nghiên cću sinh cũng xin gāi låi cÁm ¢n chân thành tãi: Các ThÅy cô khoa TrÃc đáa BÁn đß và QuÁn lý đÃt đai đặc biát các thÅy cô Bá môn TrÃc đia Cao cÃp, Hái đßng khoa hãc đã có nhăng ý kiÃn đóng góp vÅ khoa hãc, chuyên môn rÃt sâu sÃc đßng thåi t¿o điÅu kián thuÁn lāi cho nghiên cću sinh trong quá trình thąc hián LuÁn án. Thą tr°çng Bá T° lánh, Thą tr°çng Bá Tham m°u quân chąng HÁi quân, Thą tr°çng Đoàn Đo đ¿c biên vÁ hÁi đß Và Nghiên cću biÇn - Bá Tham m°u HÁi quân, lãnh đ¿o chß huy Lă đoàn tàu ngÅm 189 - Vùng 4 Quân chąng HÁi quân đã t¿o mãi điÅu kián, giúp đÿ đÇ nghiên cću sinh hoàn thành LuÁn án cąa mình. Cũng nhân dáp này, nghiên cću sinh xin bày tß lòng biÃt ¢n vãi các thành viên trong gia đình, đßng chí đßng đái cũng nh° các đßng nghiáp, nhăng ngưåi đã không quÁn ng¿i khó khăn, hÃt lòng giúp đÿ, đáng viên, t¿o điÅu kián thuÁn lāi trong suát thåi gian qua đÇ nghiên cću sinh có đưāc c¢ hái hoàn thành tát LuÁn án cąa mình.

Tác giÁ luÁn án Nguyßn Đình HÁi LàI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cću cąa riêng tôi. Các kÃt quÁ nghiên cću đ°āc trình bày trong luÁn án là chính xác, trung thąc, khách quan và ch°a tÿng đ°āc công bá trong công trình nào khác. Hà Nái, ngày tháng năm 2024 Tác giÁ luÁn án Nguyßn Đình HÁi iii MĀC LĀC LäI CÀM ¡N. iii DANH MĂC CÁC KÍ HIàU VIÂT TÂT.

viii DANH MĂC CÁC BÀNG BIÆU. ix DANH MĂC CÁC HÌNH VÀ. Tính cÃp thiÃt cąa đÅ tài. Đái t°āng và ph¿m vi nghiên cću.

Ph°¢ng pháp nghiên cću. Ý nghĩa khoa hãc và thąc tißn. C¢ sç tài liáu, sá liáu. TàNG QUAN VÄ TÌNH HÌNH NGHIÊN CĆU, XÂY DĄNG MÔ HÌNH 3D ĐàA HÌNH ĐÁY BIÆN .1 Mô hình 3D đáa hình đáy biÇn.2 Mát vài nét vÅ tàu ngÅm và ho¿t đáng cąa tàu ngÅm.1 Tàu ngầm và vai trò cÿa tàu ngầm .2 Các phương pháp dẫn đường cho tàu ngầm .3 Yêu cÅu vÅ dă liáu trÃc đáa, hÁi văn đÁm bÁo ho¿t đáng cho tàu ngÅm .1 Yêu cầu đối với dữ liệu trắc địa .2 Yêu cầu đối với dữ liệu hÁi văn .4 Tình hình nghiên cću, xây dąng mô hình 3D đáa hình đáy biÇn trên thà giãi .5 Tình hình nghiên cću, phân lo¿i trÅm tích bÅ mặt đáy biÇn trên thà giãi .6 Tình hình công tác thu thÁp dă liáu đáa hình đáy biÇn, nghiên cću xây dąng mô hình 3D và phân lo¿i trÅm tích ç Viát Nam.

32 KÂT LUÀN CH¯¡NG 1. C¡ Sæ KHOA HâC CĄA PH¯¡NG PHÁP XÂY DĄNG MÔ HÌNH 3D ĐàA HÌNH ĐÁY BIÆN .1 Ląa chãn c¢ sç toán hãc trong thành lÁp mô hình 3D đáa hình đáy biÇn .2 Phép chiếu tọa độ phẳng .3 Hệ quy chiếu độ cao .2 Các ph°¢ng pháp thu thÁp dă liáu đáa hình đáy biÇn.1 Thu thập dữ liệu địa hình đáy biển từ nguồn dữ liệu có sẵn .2 Thu thập bằng phương pháp đo sâu trực tiếp bằng sào, quÁ rọi kết hợp máy kinh vĩ, toàn đ¿c điện tử.3 Thu thập bằng phương pháp đo sâu hồi âm đơn tia .4 Thu thập bằng phương pháp đo sâu hồi âm đa tia .5 Thu thập bằng phương pháp quét sườn .6 Thu thập bằng phương pháp xác định độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực .3 Yêu cÅu vÅ dă liáu sā dăng đÇ thành lÁp mô hình 3D đáa hình đáy biÇn .1 Một số đặc điểm thu thập dữ liệu độ sâu cÿa máy đo sâu đa tia .2 Māc độ chi tiết cÿa điểm đo sâu trong thành lập mô hình 3D.3 Đặc điểm về hình Ánh cÿa máy thÿy âm quét sườn.4 Yêu cầu biểu diễn đối với các đối tượng địa lý .4 Ph°¢ng pháp xây dąng mô hình 3D đáa hình đáy biÇn.1 Một số thuật toán nội suy .2 Phương pháp xây dựng mô hình 3D bằng lưới đa độ phân giÁi .3 Phương pháp xây dựng mô hình 3D bằng lưới tā giác không gian với các c¿nh là đường cong tham số .5 Yêu cÅu vÅ đá chính xác mô hình sau khi thành lÁp .1 Đánh giá độ chính xác mô hình .2 Tính toán tỷ lệ mô hình cần thành lập .6 Ph°¢ng pháp trąc quan hóa mô hình 3D đáa hình đáy biÇn.1 Trầm tích và phương pháp phân lo¿i trầm tích .2 Dữ liệu tán x¿ ngược .3 Dữ liệu thÿy âm quét sườn .4 Phương pháp phân lo¿i trầm tích .5 GiÁi pháp kết hợp các lo¿i dữ liệu xây dựng mô hình 3D lớp phÿ .6 GiÁi pháp thể hiện trầm tích và các đối tượng địa lý trong mô hình 3D .7 ĐÅ xuÃt s¢ đß quy trình xây dąng mô hình 3D đáa hình đáy biÇn cho ho¿t đáng cąa tàu ngÅm .1 Thu thập dữ liệu ngo¿i nghiệp .2 Xử lý dữ liệu đầu vào .3 Phân tích yêu cầu đối với mô hình 3D cho tàu ngầm .4 Xây dựng CSDL 3D địa hình đáy biển .5 Xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển. 109 KÂT LUÀN CH¯¡NG 2. XÂY DĄNG MÔ HÌNH 3D ĐàA HÌNH ĐÁY BIÆN PHĂC VĂ CHO HO¾T ĐàNG CĄA TÀU NGÄM .1 Khu vąc và dă liáu thąc nghiám .1 Giới thiệu về khu vực thực nghiệm.2 Giới thiệu về phương pháp thu nhận .2 Thąc nghiám xây dąng mô hình 3D đáa hình đáy biÇn.1 Xử lý dữ liệu đầu vào .2 Xây dựng mô hình 3D bằng lưới đa độ phân giÁi.3 Xây dựng mô hình lưới tā giác với các c¿nh là đường cong tham số .4 Xử lý và hiển thị kết quÁ phân lo¿i trầm tích từ dữ liệu thÿy âm quét sườn, dữ liệu tán x¿ ngược đa chùm tia.5 Hiển thị trực quan mô hình 3D địa hình đáy biển .6 Đánh giá độ chính xác .3 Xây dąng phÅn mÅm thành lÁp mô hình 3D đáa hình đáy biÇn .1 Thiết kế hệ thống .2 Mô tÁ hệ thống .3 Mô tÁ chāc năng.

Sơ đồ quy trình thành lập .5 Thiết kế giao diện. 138 KÂT LUÀN CH¯¡NG 3. 141 KÂT LUÀN VÀ KIÂN NGHà. 143 CÔNG TRÌNH KHOA HâC Đà CÔNG Bà.

144 TÀI LIàU THAM KHÀO. 156 Phă lăc 1 - Dă liáu đo sâu đa tia đÅu vào t¿i khu vąc đÁo Song Tā-Tr°ång Sa. 156 vii Phă lăc 2 - Dă liáu đo sâu đa tia đÅu vào t¿i khu vąc Nha Trang-Khánh Hoà. 158 Phă lăc 3 - Dă liáu đo sâu đa tia đÅu vào t¿i khu vąc Ninh ThuÁn.

160 Phă lăc 4 - To¿ đá các điÇm mÃt l°ãi đa phân giÁi khu vąc biÇn Song Tā-Tr°ång Sa. 162 Phă lăc 5 - To¿ đá các điÇm mÃt l°ãi đa phân giÁi khu vąc biÇn Nha Trang - Khánh Hoà. 164 Phă lăc 6 - To¿ đá các điÇm mÃt l°ãi đa phân giÁi khu vąc biÇn Ninh ThuÁn. 166 Phă lăc 7 - To¿ đá các điÇm mÃt l°ãi tć giác không gian khu vąc biÇn Song Tā- Tr°ång Sa.

168 Phă lăc 8 - To¿ đá các điÇm mÃt l°ãi tć giác không gian khu vąc biÇn Nha Trang- Khánh Hoà. 170 Phă lăc 9 - To¿ đá các điÇm mÃt l°ãi tć giác không gian khu vąc biÇn Ninh ThuÁn 172 Phă lăc 10 - KÃt quÁ tính toán sai sá trung ph°¢ng các mô hình sá khu vąc biÇn Song Tā-Tr°ång Sa. 174 Phă lăc 11 - KÃt quÁ tính toán sai sá trung ph°¢ng các mô hình sá khu vąc biÇn Nha Trang-Khánh Hoà. 176 Phă lăc 12 - KÃt quÁ tính toán sai sá trung ph°¢ng các mô hình sá khu vąc biÇn Ninh ThuÁn.

178 Phă lăc 13 - KÃt quÁ tính toán sai sá nái t¿i mô hình l°ãi đa đá phân giÁi. 180 Phă lăc 14 - KÃt quÁ tính toán sai sá nái t¿i mô hình l°ãi tć giác không gian. 184 Phă lăc 15 - GiÁ mã ch°¢ng trình. 188 viii DANH MĀC CÁC KÍ HIàU VI¾T TÀT Chă vi¿t tắt Chă vi¿t đÁy đủ Nghĩa đÁy đủ 3D Three dimensions Ba chiÅu Best Linear Unbiased ¯ãc l°āng tuyÃn tính BLUE Estimator không chách tát nhÃt CSDL C¢ sç dă liáu DEM Digital Elevation Model Mô hình sá đá cao ENC Electronic Navigation Chart HÁi đß đián tā Mặt biÇn trung bình đáng MDT Mean Dynamic Topography ląc MSL Mean Sea Level Mặt n°ãc biÇn trung bình LAT Lowest Astronomical Tide TriÅu thiên văn thÃp nhÃt Sound Navigation And Kỹ thuÁt lan truyÅn âm SONAR Ranging thanh Công nghá sonar quét SSS Side Scan Sonar s°ån Sai sá bình ph°¢ng trung RMSE Root Mean Squared Error bình Trãng sá nghách đÁo IDW Invert Distance Weight khoÁng cách International Hydrographic IHO Tá chćc thąy đ¿c quác tà Organization Quantum Geographic Há tháng thông tin đáa lý QGIS Informmation System l°āng tā M¿ng tam giác không TIN Triangular irregular networks đÅu ix DANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU BÁng 1.

1 Yêu cÅu kỹ thuÁt trong điÅu tra, khÁo sát hÁi văn, môi tr°ång biÇn và lÃy m¿u chÃt đáy. 2 Yêu cÅu kỹ thuÁt yÃu tá hÁi văn vãi ph°¢ng pháp đánh vá thąy âm. 1 MÁt đá điÇm đá sâu cąa há tháng đo sâu đa tia Seabeam 3030. 2 Đặc tính kỹ thuÁt cąa mát sá há tháng đo sâu đa tia.

3 BÁng yêu cÅu vÅ mÁt đá điÇm đá sâu chi tiÃt tr°ãc khi thành lÁp mô hình 3D đáa hình đáy biÇn. 4 Phân vùng theo đá dác (Ngußn: Spatial Hydrology). 5 Tiêu chuẩn phân lo¿i trÅm tích cąa Nga. 6 Tiêu chuẩn phân lo¿i trÅm tích t¿i Hoa Kỳ.

7 Tiêu chuẩn ISO 14688-1:2002 vÅ phân lo¿i trÅm tích. 8 Phân lo¿i trÅm tích theo tiêu chuẩn cąa Tá chćc Thąy đ¿c quác tÃ. 9 So sánh xā lý phân lo¿i trÅm tích giăa Hypack và Hips & Sips .