بخشی از مقاله
چکیده
صحت سنجی و کالیبراسیون برای بررسی عملکرد جریان سنج های دریایی برای کسب داده های صحیح از پارامترهای جریان، امری مهم و ضروری است. در این مقاله روشی ابتکاری برای کالیبراسیون جریان سنج های دریایی از نوع پروانه ای ارائه شده است.
در این روش، جریان سنج به بویه ای مجهز به گیرنده های GNSS متصل شده و در آب دریاچه ای ساکن، کشیده می شود و سرعت و هدینگ دقیق بویه از طریق محاسبات داده های GNSS می تواند ملاکی جهت بررسی شیفت سرعت و هدینگ حاصل از جریان سنج تلقی شود. نتایج حاصل از آزمایش میدانی نشان دهنده ی موفقیت این روش بوده و توانسته است اهداف و انتظارات مورد نظر را برآورده کند. در این آزمایش سرعت جریان سنج دارای خطای نسبی قابل قبولی بوده ولی هدینگ حاصل از قطب نمای آن دارای خطای محسوسی بوده و نیاز به تنظیم دارد.
-1 مقدمه
جریان سنجی و کسب اطلاعات دقیق از جریان های دریایی در اکثر مطالعات و پروژه های مربوط به حوزه دریا از پارامترهای لازم و ضروری به حساب می آید که این امر مستلزم بکارگیری دستگاهها و ابزارهای دقیق جریان سنجی می باشد. در همین زمینه بحث صحت داده های حاصل از جریان سنج ها مطرح می شود به گونه ای که بتوان با استفاده از جریان سنج های موجود، داده هایی صحیح را از پارامترهای جریان - سرعت و جهت جریان - استخراج کرد
اساس کالیبراسیون جریان سنج های دریایی در آزمایشگاههای کالیبراسیون بدین صورت است که جریان سنج بر روی یک حمل کننده نصب و در داخل یک مخزن آب ساکن با سرعتی یکنواخت توسط حمل کننده کشیده می شود و به طور همزمان سرعت دستگاه حمل کننده و جریان سنج ثبت و در نهایت دو سرعت بدست آمده باهم مقایسه می شوند
اما در این مقاله روشی جدید و ابتکاری جهت صحت سنجی میدانی جریان سنج دریایی از نوع پروانه ای ارائه شده است. در این روش بر روی یک بویه، دو گیرنده GNSS نصب و در قسمت زیرین بویه، جریان سنج مورد نظر متصل می شود و با به آب انداختن بویه در یک دریاچه یا استخری بزرگ و کشیدن آن، به طور همزمان داده های سرعت و جهت - هدینگ - بوسیله ی جریان سنج و همچنین داده های موقعیت مکانی بویه توسط گیرنده های GNSS برداشت می شود. حال از طریق داده های موقعیت GNSS می توان پارامترهای سرعت و جهت - هدینگ - بویه را به دقت محاسبه کرد و با پارامترهای جریان سنج مقایسه کرد.
در واقع در این روش داده های سرعت و جهت جریان آب که به واسطه ی نیرویی کششی به بویه در آب ایجاد می شود، توسط دو دستگاه متفاوت یعنی جریان سنج و GNSS استخراج می شود و بدین گونه می توان پارامترهای محاسباتی حاصل از گیرنده های GNSS را با داده های حاصل از جریان سنج مقایسه و ملاکی جهت کالیبراسیون جریان سنج قرار داد.
-2 طراحی و ساخت بویه و انجام عملیات میدانی
برای پیاده سازی روش پیشنهادی، بویه ای به منظور نصب گیرنده های GNSS و اتصال جریان سنج به آن برای برداشت داده های مشابه و همزمان، طراحی و ساخته شد. در طراحی و ساخت این بویه محفظه ای تعبیه شده که گیرنده های GNSS داخل آن قرار می گیرد و دو قسمت برای نصب آنتن های GNSS در نظر گرفته شد. همچنین در قسمت زیرین بویه، محلی برای اتصال جریان سنج پیش بینی شد که بتواند با قرار گرفتن در آب و با کشیده شدن بویه، داده های سرعت و جهت را ثبت کند. جریان سنج مورد نظر برای کالیبراسیون، از نوع مدل 308 پروانه ای متعلق به شرکت Valeport بوده که قابلیت ثبت خودکار داده ها را داشته و از طریق محاسبه تعداد دور در ثانیه، پارامتر سرعت و بوسیله ی قطب نمای نصب شده، جهت جریان را ثبت می کند. مشخصات جریان سنج استفاده شده در این آزمایش در جدول - 1 - آورده شده است.
جدول -1 مشخصات جریان سنج
برای آزمایش، دریاچه ی شهدای خلیج فارس تهران - چیتگر - انتخاب شد که در این انتخاب ملاک هایی همچون: بهترین روز از لحاظ کمینه سرعت باد، ایده آل بودن برای ردیابی ماهواره ها و حتی الامکان بدون جریان بودن آب، مورد توجه قرار گرفته است. بویه ی طراحی شده برای آزمایش، بعد از نصب دو آنتن GNSS مدل 1200 لایکا - دو فرکانسه - بر روی آن و اتصال جریان سنج به قسمت زیرین آن به آب انداخته شد و بوسیله ی طناب از طریق قایقی بر روی آب دریاچه کشده شد. همچنین قبل از شروع برداشت در دریاچه، ایستگاهی ثابت در خارج از دریاچه برای قرار دادن یک گیرنده GNSS برای افزایش دقت موقعیت یابی نقاط از طریق روش نسبی، ایجاد شد. گیرنده مستقر در ایستگاه ثابت در مد استاتیک و دو گیرنده نصب شده بر روی بویه به عنوان Rover در مد کینماتیک با فاصله نمونه برداری 1 ثانیه و 10 Cut of Angle درجه، تنظیم شدند. همچنین جریان سنج با کمینه فاصله نمونه برداری یعنی 5 ثانیه داده های مورد نظر را در طول آزمایش که به مدت حدود یک ساعت و نیم به طول انجامید، برداشت کرد.
شکل -1 آزمایش میدانی بویه طراحی شده به همراه گیرنده های GNSS و جریان سنج
-3 پردازش داده های GNSS
باتوجه به طراحی مرحله ی برداشت داده با ایستگاهی ثابت در خارج از دریاچه و حرکت دو گیرنده در مد کینماتیک، ابتدا موقعیت ایستگاه ثابت به روش تعیین موقعیت نقطه ای با فاز حامل مشخص شد و سپس موقعیت آنتن های کینماتیک در هر اپک نسبت به ایستگاه مرجع محاسبه شد. تمامی پردازش ها برای موقعیت یابی، در نرم افزار Bernese صورت گرفته است. تعیین موقعیت در نرم افزار Bernese بر اساس روش کمترین مربعات بوده و از معادلات تفاضلی دوگانه فاز حامل برای محاسبه ی موقعیت دقیق نقاط استفاده می شود
