بخشی از مقاله
ایران، جزیره کیش، آبان ماه ۱۳۸۸ مقایسه اندازه گیریهای میدانی بویه موج نگار ایرانی و بویه شرکت Oceanor نروژ
چکیده
بویه های موج نگار نقش بسیار مؤثری در تأمین داده های موردنیاز صنایع دریایی دارند. این دادهها عمدتا به دو دسته داده های هواشناسی و اقیانوس شناسی مربوط می شوند. در طی چند سال اخیر با حمایت و پشتیبانی سازمان بنادر و دریانوردی تلاش های گوناگونی در جهت بکارگیری و نگار در آبهای شمالی و جنوبی کشور شده است. به همین منظور علاوه بر خرید بویه های خارجی از شرکت اوشنور نروژ به بهینه سازی بویه های ساخت داخل کشور نیز مبادرت شده است. بدلیل نو بودن صنعت اندازه گیری مشخصه های دریایی توسط بویه های موج نگار داخلی، ضرورت مقایسه و ارزیابی داده های بویه موج نگار طراحی شده در داخل کشور با بویه های ساخت خارج کشور ضروری بوده و به همین دلیل در طی یک دوره اندازه گیری همزمان داده های بویه های فوق مورد مقایسه همزمان واقع شدند. مقاله حاضر به مقایسه پارامترهای هواشناسی شامل دما، فشارهواء رطوبت، سرعت باد، جهت باد) و پارامترهای موج نگاری (شامل ارتفاع موج شاخص، دوره تناوب موج و جهت موج) دو بویه موج نگار که در بندر چابهار به آب اندازی شده بودند، می پردازد. مقایسه انجام شده بیانگر همخوانی بسیار زیاد اندازه گیری دو بویه و قابلیت اطمینان در اندازه گیریهای بویه داخلی دارد.
کلمات کلیدی: بویه موج نگار - اندازه گیری میدانی - اندازه گیری مشخصه های دریایی - بندر چابهار
مقدمه شرکتهای مختلفی به ساخت بویه می پردازند که از جمله آنها می توان از
نام برد اما به دلیل آنکه خرید بویه در ایران از طریق برگزاری مناقصه انجام گردید تنها شرکت Oceanor توانست برنده مناقصه باشد و سه دستگاه از این بویه به سازمان بنادر و دریانوردی تحویل شد. خوشبختانه این بویه ها از لحاظ شکل و ساخت بسیار شبیه به بویه ایرانی می باشد به همین دلیل مبنای مقایسه این مقاله بویه دیسکی Oceanor است. در مقاله حاضر به بررسی و مقایسه عملکرد بویه ساخت پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیردریا دانشگاه صنعتی اصفهان (IUT) و بویه Wave Scan ساخت شرکت Oceaner کشور نروژ پرداخته شده است. مقایسه انجام شده بر اساس عملکرد هر کدام از بویه ها در مدت یک ماه و ده روز در بندر چابهار و در موقعیت
صورت گرفته است شکل ۱[۱-۲]
(۱) فهرست سنسورهای بکار رفته در هر کدام از بویه ها را نشان می دهد. در مدت یاد شده داده های سنسور های ذیل مورد مقایسه یک به یک واقع شده است. ضمنا در طی آزمون مقایسه ای یاد شده ، بویه های مورد مطالعه با یکدیگر ۱٫۲ کیلومتر فاصله داشته اند.
در بویه های Oceanor از آی سی های شتاب سنج برای اندازه گیری حرکت های بویه بر روی موج استفاده شده است در صورتی که در بویه ایرانی از سنسور مکانیکی و آنالوگ 40 Hippy استفاده شده است و دیتا خروجی آن توسط پردازنده خوانده می شود. تفاوت عمده ساختار دو بویه در نحوه پردازش اطلاعات موج می باشد به این صورت که در بویه Oceanor پردازش اطلاعات موج در داخل بویه انجام می شود و فقط مقادیر اسکالر پارامتر های موج که در ابتدا برای بویه تعریف شده است به ایستگاه فرستاده می شود. در بویه ایرانی تمام اطلاعات خام موج شامل سری های زمانی رول، پیچ و هیو موج همراه با اطلاعات قطب نما در هر لحظه نمونه برداری به ایستگاه مخابره می شود و سپس عملیات پردازش توسط نرم افزار قدرتمند مطلب انجام می شود به این ترتیب در بویه ایرانی این امکان فراهم شده است که انواع طيف های سه بعدی و دو بعدی موج محاسبه شده و در اختیار کاربر قرار گیرد. در شکل ۲ (الف و ب) دو نمونه از این طیف ها نشان داده شده است. در بویه Oceanor عملا امکان پردازش حجیم طیف های فرکانسی به دلیل پایین بودن قدرت پردازنده داخلی بویه و همچنین محدودیت در ارسال اطلاعات غیر ممکن بوده و در نتیجه امکان نمایش این گونه طیف ها در نرم افزار ایستگاه آن دیده نشده است.
هر دو بویه قابلیت نمونه برداری با فرکانس های مختلف را دارا می باشند و می توانند محاسبات را بر روی ۱۰۲۴ و یا ۲۰۴۸ نمونه انجام دهند. هر دو بویه در باند UHF توسط رادیو مودم های مشابه اطلاعات خود را به ایستگاه می فرستند.
١- مقایسه نتایج پارامترهای اندازه گیری شده
۱ - ۱ - پارامترهای مورد بررسی
در مطالعه انجام شده دو دسته از داده های هواشناسی و موج نگاری مطابق با دسته بندی زیر مورد مقایسه قرار گرفته اند:
اطلاعات هواشناسی:
و سرعت باد بر حسب متر بر ثانیه ) (m/ sو جهت باد بر حسب درجه و افزایش ساعتگرد با مرجع شمال مغناطیسی زمین
با وزش باد از شمال و وزش باد از شرق و -
و دمای هوا بر حسب درجه سانتیگراد
• فشار هوا بر حسب پاسکال (Pa)
• رطوبت هوا بر حسب درصد
اطلاعات موج نگاری:
: ارتفاع موج شاخص بر حسب متر) (m
: بیشترین ارتفاع موج در یک دوره نمونه برداری) (m
: میانگین جهت موج بر حسب درجه متناظر با ماکزیمم نمودار طیفی در یک دوره زمانی • : میانگین جهت موج بر حسب درجه
۲ - ۱ - نتایج مقایسه کارکرد بویه ها:
۱ - ۲ - ۱ - سنسور موج نگاری:
شکل (۳) و (۴) ارتفاع موج شاخص و بیشترین ارتفاع موج را در دوره های زمانی مختلف نشان می دهد. شكل (۳): نشان دهنده ارتفاع موج در دوره زمانی برای هر دو بویه IUT و Oceanor میباشد. ارتفاع موج ثبت شده توسط بويه IUT به رنگ آبی و ارتفاع موج ثبت شده توسط بویه Oceanor به رنگ صورتی است. همانطور که دیده میشود انطباق خوبی بین دو نمودار وجود دارد. کمترین ارتفاع موج ثبت شده توسط بویه ۴۰cm ، IUT است و قابلیت تشخیصموج هایی با ارتفاع زیر cm۴۰ را ندارد و ارتفاع این گونه امواج ضعیف را صفر داده است. اما در بويه Oceanor جاهایی که بویه IUT میزان صفر را داده است، ارتفاع ۲۰cm ثبت شده که این نشان میدهد که بویه Oceanor در وضعیت های که دریا صاف است حداقل ارتفاع ۲۰cm را نشان میدهد. شکل (۴): نشان دهنده بیشترین ارتفاع موج در یک دوره زمانی نمونه برداری توسط هر دو بویه است در این نمودار نیز انطباق نتایج ثبت شده دیده میشود در شکل (۵) میانگین زاویه جهت موج نشان داده شده است. تعاریف این زاویه برای هر دو بویه یکسان نبوده و به همین دلیل لازم است به تفاوت تعریف های به کار رفته اشاره کرد. در بویه IUT زاویه موج متناظر با ماکزیمم نمودار طیف موج- Thtp - محاسبه می شود این در حالی است که در بویه Oceanor بر روی پارامتر Thtp میانگین گیری شده و پارامتر Mdir بدست می آید تعریف دوم کمک می کند تا افت و خیزهای شدید در تغییرات زاويه فيلتر شود. شكل ( مقایسه بین پارامتر Thtp و Mdir را نشان می دهد. در این نمودار به وضوح افت و خیزهای زاویه موج که توسط بویه IUT ثبت شده توسط نمودار زاویه موج ہویه Oceanor تعقیب شده است. لازم به ذکر است بویه Oceanor قابلیت محاسبه پارامتر Thip را دارا است اما در تنظیمات موجود بویه این پارامتر گنجانده نشده است. به همین دلیل امکان مقایسه یک به یک بین متغییر های Thtp یا Mair دو بویه فراهم نگردیده است .
۲ - ۲ - ۱ - سنسورهای هواشناسی
شکلهای (۶)(7) و (۸) به ترتیب زاویه وزش باد، سرعت باد و سرعت تندباد را نشان می دهند. همانطور که دیده می شود در اکثرموارد انطباق بسیار زیادی بین اندازه گیریها وجود دارد. در مورد جهت وزش باد، اکثرا زاویه وزش بین ۲۵ تا ۲۰۰ درجه از سمت جنوب است که با اقلیم منطقه سازگاری دارد
شكل (۹):اندازه گیری نشان می دهد. در این مورد نیز در اکثر نقاط نمودار اندازه گیری هر دو بويه مطابقت خوبی دارد. در چندین نقطه مقدار سنسور دمای بویه IUT مقادیر پایین را ثبت کرده که ناشی از خطای
خواندن سنسور توسط مالتی پلکسر این بویه است. هر دو بویه دمای منطقه در ماههای February و March را بین ۳۵°C تا۲۰°C ثبت کرده اند،
شکل (۱۰): نمودار رطوبت هوای ثبت شده توسط هر دو بویه را نشان می دهد، هر دو بويه رطوبت را در دوره زمانی نمونه برداری درمحدود ۸ تا ۵۵ درصد ثبت کرده اند نهایتا شکل (۱۱) نیز نمودار فشار هوای منطقه را نمایش میدهد. همانطور که دیده می شود اگرچه نمودار فشار هوای بویه IUTکمی پایین تر از نمودار فشار هوای بویه Oceanor قرار گرفته است با این وجود به خوبی روند تغییرات فشار جو که توسط هر دو بویه ثبت گردیده یکسان است. این اختلاف ثابت که حدود 4pa است به علت عدم مطابقت کالیبراسیون دو سنسور می باشد. این اختلاف ثابت را می توان به راحتی در ضرایب کالیبراسیون هر کدام از سنسورها که مقدار درست را نشان نمیدهد اضافه و یا کم نمود تا هر دو نمودار روی هم منطبق گردند.
