Side Scan Sonar hay Multibeam? Phân tích kỹ thuật giúp chọn đúng công nghệ khảo sát đáy

Side Scan Sonar phù hợp phát hiện vật thể và nhận dạng bề mặt đáy, trong khi Multibeam chuyên đo sâu và lập bản đồ địa hình đáy 3D. Chọn đúng công nghệ phụ thuộc vào mục tiêu khảo sát, độ chính xác và loại dữ liệu cần thu thập.

Khảo sát đáy biển: Vì sao chọn đúng công nghệ quyết định kết quả dự án?

Trong các dự án liên quan đến khảo sát đáy nước, từ khảo sát tuyến cáp ngầm, kiểm tra luồng hàng hải, đến tìm kiếm vật thể chìm hay thiết kế công trình biển, câu hỏi đầu tiên mà đội kỹ thuật phải trả lời không phải là “mua thiết bị nào đắt nhất”, mà là “loại dữ liệu nào thực sự cần cho mục tiêu khảo sát”. Đây chính là điểm khởi đầu của hành trình ra quyết định: hiểu rõ vấn đề trước khi cân nhắc giải pháp.

Hai công nghệ thường được đặt lên bàn cân là Side Scan Sonar và Multibeam Echosounder. Cả hai đều dùng sóng âm và đều phục vụ khảo sát đáy, nên rất dễ bị xem là thay thế cho nhau.

Trên thực tế, chúng trả lời hai câu hỏi khác nhau. Side Scan Sonar trả lời “đáy biển trông như thế nào và có vật gì nằm trên đó”, còn Multibeam trả lời “đáy biển sâu bao nhiêu và có hình dạng địa hình ra sao”. Chọn sai công nghệ đồng nghĩa với việc thu về một tập dữ liệu không dùng được cho mục tiêu ban đầu, kéo theo chi phí khảo sát lại từ đầu.

Bài viết này không nhằm xếp hạng công nghệ nào tốt hơn, mà phân tích bản chất kỹ thuật của từng loại để bạn xác định: Trường hợp nào nên dùng Side Scan Sonar, trường hợp nào nên dùng Multibeam, và khi nào việc kết hợp cả hai mới là lựa chọn đúng. Đây là cách tiếp cận theo mục tiêu khảo sát thay vì theo cảm tính về thiết bị.

Side Scan Sonar là gì? Tạo ra loại dữ liệu nào?

Side Scan Sonar (viết tắt SSS), hay sonar quét sườn, là hệ thống sonar phát sóng âm sang hai bên sườn của thiết bị thay vì hướng thẳng xuống đáy. Mục tiêu của nó không phải đo độ sâu chính xác từng điểm, mà là dựng nên một hình ảnh chi tiết của bề mặt đáy, gần giống như chụp ảnh đáy biển bằng âm thanh.

Nguyên lý hoạt động:

Thiết bị phát các xung sóng âm tần số cao, thường trong dải 100 đến 900 kHz, theo hai cánh quét sang trái và phải. Khi sóng âm gặp đáy và các vật thể, một phần năng lượng phản xạ ngược trở lại đầu thu. Cường độ tín hiệu phản xạ phụ thuộc vào tính chất bề mặt: Vật cứng như đá hay kim loại phản xạ mạnh và hiện lên sáng, trong khi bùn hay cát mịn phản xạ yếu và hiện lên tối.

Đặc biệt, phía sau mỗi vật thể nhô lên sẽ xuất hiện vùng không có tín hiệu phản hồi, gọi là bóng âm (acoustic shadow). Chính độ dài của bóng âm này cho phép suy ra chiều cao của vật thể, một thông tin rất giá trị khi đánh giá chướng ngại.

Nguyên lý hoạt động Side Scan Sonar: chùm sóng quét hai sườn và bóng âm trên đáy biển.

Dữ liệu thu được:

Sản phẩm cuối cùng của Side Scan Sonar là ảnh hai chiều dạng đen trắng mô tả kết cấu và hình thái bề mặt đáy. Nhờ ảnh độ phân giải cao, công nghệ này phát hiện rất tốt các vật thể nằm trên đáy như xác tàu đắm, tuyến cáp, đường ống, đá ngầm hay các chướng ngại nhỏ.

Tuy nhiên, đây là dữ liệu hình ảnh, không phải dữ liệu độ sâu chính xác. Side Scan cho biết “có cái gì ở đó và nó trông ra sao”, nhưng không trả lời chính xác “điểm đó sâu bao nhiêu mét”.

Multibeam (MBES) là gì? Tạo ra loại dữ liệu nào?

Multibeam Echosounder (viết tắt MBES), hay máy đo sâu hồi âm đa tia, là thiết bị đo độ sâu bằng cách phát ra đồng thời nhiều tia sóng âm trải thành một dải quạt vuông góc với hướng di chuyển của tàu. Nếu Side Scan là “máy chụp ảnh” thì Multibeam là “máy đo đạc”, được thiết kế để dựng bản đồ độ sâu và mô hình địa hình đáy với độ chính xác cao.

Nguyên lý hoạt động:

Thay vì chỉ một tia thẳng đứng như máy đo sâu đơn tia truyền thống, Multibeam phát ra hàng chục đến hàng trăm tia trong một lần đo, mỗi tia ghi lại thời gian sóng âm đi và về tại một góc xác định. Từ thời gian truyền và góc phát, hệ thống tính ra độ sâu tại từng điểm dọc theo dải quạt. Khi tàu di chuyển, các dải quạt liên tiếp ghép lại thành một dải dữ liệu độ sâu phủ kín đáy, cho độ phủ rộng hơn nhiều so với đo đơn tia.

Nguyên lý Multibeam Echosounder: quạt nhiều tia đo độ sâu, tạo đám mây điểm và mô hình địa hình đáy DTM.

Để đạt độ chính xác cần thiết, Multibeam phải tích hợp chặt với các cảm biến phụ trợ: Hệ thống định vị vệ tinh độ chính xác cao, cảm biến chuyển động (đo lắc dọc, lắc ngang, nhấp nhô của tàu) và cảm biến đo tốc độ âm trong nước. Thiếu hiệu chuẩn tốt ở các khâu này, dữ liệu độ sâu sẽ bị sai lệch dù thiết bị tốt đến đâu.

Dữ liệu thu được:

Multibeam tạo ra đám mây điểm độ sâu dày đặc, từ đó dựng nên mô hình số địa hình đáy (DTM) và bản đồ độ sâu phục vụ lập hải đồ. Đây là loại dữ liệu định lượng, đo được, đáp ứng các chuẩn thủy đạc quốc tế cho khảo sát luồng hàng hải hay thiết kế công trình.

Ngoài độ sâu, dữ liệu cường độ phản hồi của Multibeam (backscatter) cũng cung cấp một phần thông tin về tính chất bề mặt đáy, dù mức độ chi tiết hình ảnh không sánh được với Side Scan Sonar.

Bản chất khác biệt: “Camera âm thanh” và “Máy đo địa hình 3D”

Cách hiểu nhanh và ít sai nhất là gắn mỗi công nghệ với một vai trò:

• Side Scan Sonar giống như một chiếc camera dùng âm thanh: Nó cho hình ảnh chi tiết và trực quan về bề mặt đáy, mạnh về khả năng “nhìn thấy” và nhận dạng vật thể.
• Multibeam giống như một máy đo địa hình ba chiều: Nó cho con số độ sâu chính xác và hình dạng địa hình, mạnh về khả năng “đo đạc”.

Từ sự khác biệt vai trò này, Side Scan ưu thế về độ phân giải hình ảnh và phát hiện vật thể nhỏ, nhưng không cho độ sâu tin cậy theo từng điểm. Multibeam ưu thế về độ chính xác độ sâu và mô hình địa hình, nhưng hình ảnh bề mặt không đủ sắc nét để giám định chi tiết một vật thể. Hai thế mạnh này không loại trừ nhau, mà bổ sung cho nhau, và đó là lý do trong nhiều dự án chúng được dùng song song.

Bảng dưới đây tóm tắt khác biệt cốt lõi trước khi đi vào từng trường hợp sử dụng cụ thể.

Trường hợp nào nên dùng Side Scan Sonar?

Side Scan Sonar là lựa chọn phù hợp khi mục tiêu là quan sát và nhận dạng những gì nằm trên bề mặt đáy, chứ không phải đo độ sâu. Nói cách khác, khi cần giải đáp “trên đáy có gì” thì Side Scan thường là công nghệ đúng và tiết kiệm nhất.

Tìm kiếm và trục vớt là nhóm ứng dụng kinh điển. Khi cần định vị xác tàu chìm, thiết bị rơi xuống nước, phương tiện không người lái hay nạn nhân trong các vụ việc dưới nước, khả năng tạo ảnh độ phân giải cao và phát hiện vật thể nhỏ của Side Scan phát huy tối đa. Bóng âm phía sau vật thể còn giúp đội khảo sát ước lượng chiều cao và hình dáng vật, hỗ trợ nhận dạng trước khi cử thợ lặn hay thiết bị xuống kiểm tra.

Dữ liệu thu được từ Side Scan Sonar.

Khảo sát chướng ngại và đánh giá bề mặt đáy trước thi công cũng là thế mạnh của Side Scan Sonar. Trước khi rải cáp, lắp đặt đường ống hay nạo vét, đội kỹ thuật cần biết trên tuyến có đá ngầm, vật cản hay địa vật bất thường nào không. Ảnh Side Scan cho cái nhìn liền mạch về kết cấu đáy trên một dải rộng, giúp phát hiện sớm rủi ro.

Ngoài ra, khảo cổ học dưới nước và kiểm tra tuyến cáp, đường ống hiện hữu cũng thường dựa vào Side Scan vì cần độ chi tiết hình ảnh hơn là số liệu độ sâu.

Ví dụ thực tế: Khảo sát tuyến cáp trước khi thi công để phát hiện chướng ngại, hoặc tìm kiếm xác tàu và thiết bị rơi trong vùng nước có diện tích lớn nhưng độ sâu không phải yếu tố quyết định.

Xem thêm: Ứng dụng của Side Scan Sonar trong phát hiện vật thể dưới nước

Trường hợp nào nên dùng Multibeam?

Multibeam là lựa chọn đúng khi sản phẩm cuối cùng của dự án là con số độ sâu chính xác và mô hình địa hình đáy. Khi cần giải đáp “đáy sâu bao nhiêu và hình dạng thế nào”, không công nghệ nào thay thế được vai trò đo đạc của Multibeam.

Lập hải đồ và khảo sát luồng hàng hải là nhóm ứng dụng bắt buộc dùng Multibeam. Các sản phẩm này phải tuân thủ chuẩn thủy đạc quốc tế về độ chính xác và độ phủ, điều mà chỉ dữ liệu độ sâu định lượng, dày đặc của Multibeam mới đáp ứng được. Tương tự, mọi công tác kiểm tra độ sâu luồng, xác định điểm cạn nguy hiểm cho tàu thuyền đều dựa trên dữ liệu này.

Dữ liệu thu được từ Multibeam.

Thiết kế và giám sát công trình biển cũng đòi hỏi Multibeam. Khi tính toán khối lượng nạo vét, theo dõi xói lở quanh chân cầu hay trụ điện gió ngoài khơi, kiểm tra hiện trạng đập, kè, bến cảng, đội kỹ thuật cần mô hình địa hình đáy chính xác để so sánh theo thời gian và tính toán khối lượng. Đây đều là bài toán định lượng mà ảnh bề mặt của Side Scan không giải quyết được.

Ví dụ thực tế: Lập hải đồ cho một khu vực cảng, khảo sát luồng tàu để công bố độ sâu an toàn, hoặc đo khối lượng nạo vét trước và sau thi công để nghiệm thu.

Xem thêm: Lập bản đồ đáy biển 3D với máy đo sâu hồi âm đa tia (Multibeam Echo Sounder – MBES)

Trường hợp nên dùng cả Side Scan Sonar và Multibeam – Tiêu chuẩn trong khảo sát hiện đại

Phần lớn các dự án quy mô lớn hoặc yêu cầu cao đều dùng đồng thời cả hai công nghệ. Đây đã trở thành tiêu chuẩn vàng trong khảo sát biển hiện đại.

Lý do là Multibeam cho bạn biết bức tranh tổng thể về độ sâu và hình dạng địa hình, phát hiện được những điểm bất thường nhô lên hay lõm xuống, nhưng thường không đủ chi tiết để xác định bản chất của vật thể. Side Scan thì ngược lại: Cho hình ảnh sắc nét để nhận dạng chính xác vật đó là gì, nhưng không cho độ sâu tin cậy. Kết hợp lại, Multibeam trả lời “có cái gì ở đó và cao thấp ra sao”, còn Side Scan trả lời “nó chính xác là cái gì”.

Sự kết hợp này đặc biệt quan trọng trong các dự án có rủi ro cao hoặc giá trị lớn, nơi một vật thể bị bỏ sót hay nhận dạng sai có thể gây hậu quả nghiêm trọng như: Khảo sát tuyến đường ống dẫn dầu khí, kiểm tra an toàn luồng hàng hải trọng yếu, hay điều tra sự cố dưới nước. Khi đó, chi phí trang bị cả hai công nghệ là khoản đầu tư hợp lý so với rủi ro phải gánh nếu dữ liệu thiếu sót.

Quy trình kết hợp Multibeam và Side Scan Sonar trong thực tế

Một quy trình điển hình thường diễn ra theo 4 bước sau:

Quy trình khảo sát đáy kết hợp Multibeam và Side Scan Sonar theo 4 bước.

1. Chạy Multibeam trước để quét toàn bộ khu vực, dựng bản đồ độ sâu và mô hình địa hình đáy tổng thể. Đây là bước thiết lập “bức tranh nền” cho cả dự án.
2. Phân tích dữ liệu Multibeam để khoanh vùng các điểm bất thường: Vật thể nhô lên, hố lõm, kết cấu lạ hoặc khu vực nghi ngờ có chướng ngại.
3. Chạy Side Scan Sonar tập trung vào các vị trí đã khoanh vùng, thu ảnh độ phân giải cao để xác định bản chất từng vật thể.
4. Đối chiếu hai nguồn dữ liệu: Dùng tọa độ và độ sâu từ Multibeam ghép với hình ảnh nhận dạng từ Side Scan để ra kết luận đầy đủ về vị trí, kích thước và loại vật thể.

Cách phối hợp này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian khảo sát: Thay vì quét Side Scan Sonar độ phân giải cao trên toàn bộ diện tích (rất tốn thời gian), đội kỹ thuật chỉ tập trung nguồn lực vào những vị trí thực sự cần làm rõ. Multibeam đóng vai sàng lọc diện rộng, Side Scan đóng vai kiểm tra chi tiết, và kết quả cuối cùng vừa đầy đủ về định lượng vừa rõ ràng về nhận dạng.

Bảng chọn nhanh công nghệ theo loại dự án

Để hỗ trợ định vị nhanh trường hợp của bạn, bảng dưới đây gợi ý công nghệ phù hợp cho các loại dự án phổ biến:

Trên đây là khuyến nghị mang tính định hướng, quyết định cuối cùng vẫn nên dựa trên yêu cầu cụ thể về độ chính xác, ngân sách và điều kiện hiện trường.

Những sai lầm thường gặp khi chọn sai công nghệ khảo sát

Dưới đây là 4 sai lầm khi chọn công nghệ khảo sát – Side Scan Sonar và Multibeam:

1. Dùng Side Scan Sonar để lấy số liệu độ sâu: Vì Side Scan cho hình ảnh trực quan rất thuyết phục, không ít người lầm tưởng có thể suy ra độ sâu từ ảnh. Trên thực tế, dữ liệu này không đạt độ chính xác cần thiết cho hải đồ hay tính khối lượng, và việc dùng nó cho mục đích định lượng sẽ dẫn đến sai số không kiểm soát.
2. Kỳ vọng Multibeam nhận dạng được vật thể nhỏ như Side Scan: Multibeam mạnh về độ sâu, nhưng hình ảnh bề mặt của nó không đủ chi tiết để giám định một vật thể nhỏ hay đánh giá tình trạng một tuyến cáp. Dựa hoàn toàn vào Multibeam trong bài toán tìm kiếm có thể khiến vật thể quan trọng bị bỏ sót.
3. Bỏ qua khâu xử lý hậu kỳ và hiệu chuẩn: Dù chọn đúng công nghệ, dữ liệu thô vẫn cần xử lý: ảnh Side Scan cần hiệu chỉnh để loại nhiễu và dựng hình đúng tỷ lệ, còn Multibeam phụ thuộc nặng vào hiệu chuẩn cảm biến chuyển động, định vị và tốc độ âm trong nước. Xem nhẹ khâu này khiến dữ liệu đẹp trên màn hình nhưng sai khi đưa vào tính toán.
4. Chọn công nghệ theo ngân sách thay vì theo mục tiêu: Tiết kiệm bằng cách chỉ dùng một công nghệ trong khi dự án thực sự cần cả hai thường đắt hơn về lâu dài, vì chi phí huy động thiết bị và nhân lực ra hiện trường lần hai vượt xa khoản tiết kiệm ban đầu.

Side Scan Sonar và Multibeam không phải hai lựa chọn cạnh tranh để chọn một, mà là hai công cụ trả lời hai câu hỏi khác nhau. Side Scan mạnh về “nhìn thấy”, giúp bạn quan sát và nhận dạng những gì nằm trên đáy. Multibeam mạnh về “đo đạc”, cho con số độ sâu và mô hình địa hình chính xác. Quyết định đúng luôn bắt đầu từ việc xác định rõ mục tiêu khảo sát, chứ không phải từ thông số hay giá thiết bị.

Nếu bạn đang cân nhắc đầu tư hoặc cần tư vấn cấu hình thiết bị phù hợp với loại dự án cụ thể của mình, đội ngũ kỹ thuật về giải pháp thủy đạc có thể hỗ trợ bạn lựa chọn đúng theo mục tiêu và ngân sách thực tế. Liên hệ HOTLINE 0983 206 789.