FAQ

HYPACKに関する質問

１６．データ処理（Data Processing）

レイトレーシング（音線追跡）は、マルチ‐ビーム水深測量の音線屈折を補正します。レイ・トレーシングの基本は音速度層を含むウォーターカラムを経た、音線のパスの十分な計算です。

SVプロファイル

音線計算は、音速度プロファイル(ウォーターカラムにおける各層の音速度の計測)で始まる。左下で示されたプロファイルは、河口において1.5フィート位毎で計測された典型例です。

第2のプロファイル(下記、右)においては、後続する計算を簡略化するために、おおよそ3ポイントにしています。

そのテーブルは、概略のプロファイルを与える。

最終の層厚は無制限です。測定された深さがプロファイルの限界より大きい場合、無制限に底層が伸びるように、仮定されます。

深い水域において、圧力は、支配的要素となり、そして、音速度は、深さの関数として計算されます。

音線ダイアグラム:

音線ダイアグラムは、屈折のためのパス変更を含む音線のプロファイルビューです。それらの数値は、真の測深点に通じるレイ・トレーシングに必要とされる中間計算である。

V : 層の音速度。
Beam Angle q:鉛直に対する角度
Range r:各層の進行方向の距離
Depth d:各層の鉛直方向の距離
Offset s:各層の音線の水平位置
h : SV層高さ。

例において、水線(ドラフト)以下のソーナ深さは、4フィートです。屈折させられた音線は、グリーン、直線で結ばれた音線は赤で示されています。

上図は垂直-水平方向が１：１で描かれたものです。１つ明白なことは:深さは、レイ・トレーシングの対比とは異なって測定されていることです。

計算の前に非同種の弾力のある物質中の波の伝送を制御スネルの法則の基礎を理解することが必要です。:

sin(θ₁) / V1 = sin(θ₂) / V₂ = sin(θ_n) / V_n = p

θ　鉛直方向に対する角度
V　音速度
p　(一定の)音線パラメータである。

まず、ソナーによって供給された2つの測定を考察する; (1)スラントレンジr = 80.06フィート、及び、(2)初期ビーム角θ= 45度。(もちろん、ピッチ、ロール、マウンティングオフセットが加味されたものである)。

この例の場合、初期ビーム角45度、及び、表面音速度4730、音線パラメータp = 1.4949E-4を鳴らす。ダイアグラムにしめされた角度は簡単に計算できます。:

θ_n= p * Vn
θ₁= p * V₁= 45.00度。
θ₂= p * V₂= 45.55度。
θ₃= p * V₃= 45.77度。

次のステップは、各層を進行する傾斜距離rnを計算することです。:

rn = hn / cos(θ_n)

その式は、最初の2つの層で使用されます。第3の層は、我々は、トータルの傾斜範囲からの最初の2つの層で進行した距離を単に減じることで求められます。

r₁ = h₁ / cos(θ₁)= 8.49 feet (h₁ はドラフト6 feetが調整済み)
r₂ = h₂ / cos(θ₂)= 28.56 feet
r₃ = r – (r₁ + r₂) = 43.01 feet

測深値を計算するために、我々は、各層を進行する垂直方向の距離dを必要とします。最初の2つの層においてそれは、容易です。–単に層の高さとなります。第3の層では再び三角法に頼ることになります。:

d_n = r_n * cos(θ_n)
d₃ = r₃ * cos(θ₃) = 30.00 feet

層の加算は、56.00フィート+ 4フィートドラフト修正=60.00フィートの補正されていない深さを導きます。

水平の距離sが各層において進行する様子も同時に必要とします。:

s_n = r_n * sin(θ_n)
s₁ = r₁ * sin(θ₁) = 6.00 feet
s₂ = r₂ * sin(θ₂) = 20.39 feet
s₃ = r₃ * sin(θ₃) = 30.82 feet

加算によりトータルのオフセットs = 57.21フィートが導かれます。

いかにレイ・トレーシングが深さに、計算の相殺に影響をもたらすかを示すために、以下の表は、レイ・トレーシングを行った場合と行わない場合の比較を行っています。

最終的に、ソーナヘッドのXYポジション、及び、ボートの方向のデータが得られれば、最終測深ポイントXYZは、計算することが可能です。

結論:

２つの結果が得られます。:
(1)マルチ‐ビームを使用した測深ではレイトレースが必須であること。
(2)レイトレースの計算にはコンピュータが最適であるということ。