Батиметрическая карта — это тип изарифмической карты , на которой изображены подводная батиметрия и физико-географические особенности океанского и морского дна. [1] Их основная цель — предоставить подробные контуры глубины топографии океана, а также размер, форму и распределение подводных объектов.
Топографические карты отображают высоту над землей ( топографию ) и дополняют батиметрические карты. Батимерические диаграммы отображают глубину с помощью серии линий и точек через равные интервалы, называемых изобатами глубины (разновидность горизонталей ) . Замкнутая форма со все более мелкими фигурами внутри может указывать на океанскую впадину, подводную гору или подводную гору, в зависимости от того, увеличивается или уменьшается глубина по мере продвижения внутрь. [2]
Батиметрические исследования и карты связаны с наукой океанографией , особенно морской геологией , подводной инженерией или другими специализированными целями.
Батиметрические данные, используемые для создания карт, также можно преобразовать в батиметрические профили , которые представляют собой вертикальные сечения объекта.
Использование батиметрии и разработка батиметрических карт восходят примерно к 19 веку до нашей эры, в Древнем Египте . Изображения на стенах гробниц, такие как резные барельефы Дейр аль-Бахри, выполненные по заказу царицы Хатшепсут в 16 веке до нашей эры, показывают древних мореплавателей, использующих длинные тонкие шесты в качестве измерительных шестов для определения глубины реки Нил и ее дельты . [3]
Первые письменные отчеты и картографированные записи зондирования появились только через 1000 лет после того, как египтяне начали зондировать и картировать Нил. Греческий историк Геродот пишет о зондировании на глубине 66 футов устья Нила в дельте реки. Он пишет о том, что поднималась желтая грязь, похожая на ту, которая откладывалась во время ежегодных наводнений. [4] Эти отчеты показывают повышенную осведомленность древних мореплавателей о региональных глубинах и характеристиках морского дна и демонстрируют, что открытия в области батиметрии и использования батиметрических карт значительно продвинулись вперед.
В Новом Завете в Книге Деяний рассказывается о промерах, сделанных во время кораблекрушения Павла на острове Мальта . Глава 27, стихи 27-44 [5] описывают этот опыт:
27 "...когда нас гоняли туда и сюда по Адрии, около полуночи корабельщики подумали, что они приближаются к какой-то стране";
28 И вымерили, и нашли двадцать сажен; и, пройдя немного дальше, вымерили еще раз, и нашли пятнадцать сажен.
29 «Тогда, опасаясь, чтобы мы не упали на камни, бросили с кормы четыре якоря…»
39 «И когда настал день, они не узнали земли...»
40 «И, взяв якоря, они отдались морю… и направились к берегу».
41 И, попав на место, где сходились два моря, посадили корабль на мель; и передняя часть прилипла и осталась неподвижной, а задняя часть разбилась под натиском волн.
В стихе 39 говорится, что «они не знали земли», что указывает на то, что их знания о море были получены из опыта других, а также из воспоминаний о том, что они были там раньше. Направления плавания, называемые периплом, действительно существовали в первом веке нашей эры, что давало общие конфигурации побережья. Коммерчески доступные карты морских глубин и окружающего побережья не будут доступны еще почти тысячу лет.
До этого момента батиметрические карты были редкостью, поскольку моряки продолжали полагаться на тяжелые веревки и свинцовые гири, чтобы измерять глубину и составлять карты открытого океана. Незначительные успехи в съемке и составлении карт глубины океанов произошли за 200 лет, прошедших с тех пор, как Колумб отплыл в Америку . В 1647 году Роберт Дадли опубликовал атлас « Dell’Arcano del Mare » («Тайны моря»). Его работа намного превосходила все, что было опубликовано ранее, с картами и диаграммами, построенными в проекции Меркатора , а также содержала некоторые из первых карт, показывающих напечатанные глубины на Атлантическом побережье Северной Америки. Его публикация послужила основой для будущих мореплавателей и изобретателей для продолжения разработки новых и изобретательных способов создания высококачественных карт и обзоров озер и океанов мира.
Батиметрическая карта отличается от гидрографической карты тем, что целью является точное представление подводных особенностей, а требованием к гидрографической карте является безопасная навигация .
Гидрографическая карта скроет реальные особенности и представит упрощенную версию, помогающую мореплавателям избежать подводных опасностей.
В идеальном случае соединение батиметрической карты и топографической карты одного масштаба и проекции одного и того же географического района будет бесшовным. Единственная разница будет заключаться в том, что значения начнут увеличиваться после пересечения нуля на заданном уровне моря . Таким образом, горы на топографической карте имеют самые большие значения, а самые большие глубины на батиметрической карте имеют самые большие значения.
Проще говоря, батиметрическая карта предназначена для того, чтобы показать сушу, если бы вышележащие воды были удалены точно так же, как и топографическая карта.
Батиметрические исследования являются частью науки гидрографии . Они немного отличаются от исследований , необходимых для создания гидрографических продуктов в их более ограниченном применении и проводимых национальными и международными агентствами, которым поручено создавать карты и публикации для безопасного судоходства. Этот картографический продукт точнее назвать навигационной или гидрографической картой с сильным уклоном в сторону представления важной информации по безопасности.
Первоначально батиметрия включала измерение глубины океана посредством зондирования глубины . Ранние методы использовали заранее измеренную тяжелую веревку или трос, спускаемую через борт корабля. [6] Этот метод измеряет глубину только в особой точке за раз и поэтому неэффективен. Он также зависит от движения корабля и течений, смещающих линию от истинной, и поэтому не является точным.
Данные, используемые сегодня для создания батиметрических карт, обычно поступают от эхолота ( сонара ), установленного под или над бортом лодки, «направляющего» звуковой луч вниз на морское дно, или от систем дистанционного зондирования LIDAR или LADAR. [7] Время, необходимое звуку или свету, чтобы пройти через воду, отразиться от морского дна и вернуться к эхолоту, информирует оборудование о расстоянии до морского дна. Исследования LIDAR/LADAR обычно проводятся с помощью бортовых систем.
С начала 1930-х годов для составления батиметрических карт использовались однолучевые эхолоты. Сегодня обычно используются многолучевые эхолоты (MBES), в которых используются сотни очень узких соседних лучей (обычно 256), расположенных веерообразно с полосой обзора обычно от 90 до 170 градусов в поперечнике. Плотно упакованная матрица узких отдельных лучей обеспечивает очень высокое угловое разрешение и точность. В целом, широкая полоса обзора, зависящая от глубины, позволяет судну составить карту морского дна за меньшее время, чем однолучевой эхолот, совершив меньшее количество проходов. Лучи обновляются много раз в секунду (обычно 0,1–50 Гц в зависимости от глубины воды), что позволяет увеличить скорость лодки при сохранении 100% покрытия морского дна. Датчики ориентации позволяют корректировать крен и наклон лодки на поверхности океана, а гирокомпас предоставляет точную информацию о курсе для коррекции отклонения судна от курса . (В большинстве современных систем MBES используется интегрированный датчик движения и система положения, которая измеряет рыскание, а также другую динамику и положение.) Установленная на лодке система глобального позиционирования (GPS) (или другая глобальная навигационная спутниковая система (GNSS)) позиционирует зондирования относительно поверхности земли. Профили скорости звука (скорость звука в воде как функция глубины) толщи воды корректируют преломление или «изгиб лучей» звуковых волн из-за неоднородных характеристик толщи воды, таких как температура, проводимость и давление. Компьютерная система обрабатывает все данные, корректируя все вышеперечисленные факторы, а также угол каждого отдельного луча. Результаты зондирования затем обрабатываются вручную, полуавтоматически или автоматически (в ограниченных случаях) для создания карты местности. По состоянию на 2010 год [обновлять]генерируется ряд различных результатов, включая подмножество исходных измерений, которые удовлетворяют некоторым условиям (например, наиболее репрезентативные вероятные измерения, самые мелкие в регионе и т. д.) или интегрированные цифровые модели местности (DTM) (например, , регулярная или неправильная сетка точек, соединенных в поверхность). Исторически выбор измерений был более распространен в гидрографических приложениях, в то время как построение ЦММ использовалось для инженерных изысканий, геологии, моделирования потоков и т. Д. Начиная с c. В 2003–2005 гг. ЦММ стали более широко применяться в гидрографической практике.
Спутники также используются для измерения батиметрии. Спутниковый радар составляет карту глубоководной топографии, обнаруживая тонкие изменения уровня моря, вызванные гравитационным притяжением подводных гор, хребтов и других масс. В среднем уровень моря выше над горами и хребтами, чем над абиссальными равнинами и впадинами. [8]
В Соединенных Штатах Инженерный корпус армии США выполняет или заказывает большинство исследований судоходных внутренних водных путей, а Национальное управление океанических и атмосферных исследований (НОАА) выполняет ту же роль в отношении океанских водных путей. Данные прибрежной батиметрии доступны в Национальном центре геофизических данных NOAA (NGDC) [9] , который сейчас объединен с Национальными центрами экологической информации . Батиметрические данные обычно относятся к приливно-отливным вертикальным данным . [10] Для глубоководной батиметрии обычно это средний уровень моря (MSL), но большинство данных, используемых для морских карт, относятся к среднему нижнему отливу (MLLW) в американских исследованиях и самому низкому астрономическому приливу (LAT) в других странах. . На практике используются многие другие данные , в зависимости от местности и приливного режима.
Занятия или карьера, связанные с батиметрией, включают изучение океанов, горных пород и минералов на дне океана, а также изучение подводных землетрясений или вулканов. Проведение и анализ батиметрических измерений является одной из основных областей современной гидрографии и фундаментальным компонентом обеспечения безопасной перевозки грузов по всему миру. [6]
