Xử lý số liệu đo sâu là một quá trình quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật, như địa chất, dầu khí, khảo sát địa vật lý, thủy văn, sinh học biển, v.v. Xử lý số liệu đo sâu có thể giúp phân tích, mô hình hóa và dự báo các đặc tính của môi trường dưới nước, như độ sâu, độ dẫn điện, nhiệt độ, áp suất, tốc độ âm thanh, v.v.
Trong bài luận này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số phương pháp xử lý số liệu đo sâu phổ biến và hiệu quả, cũng như các ứng dụng thực tế của chúng. Chúng tôi sẽ chia bài luận thành ba phần chính: phần 1 giới thiệu khái niệm và nguồn gốc của số liệu đo sâu; phần 2 trình bày các kỹ thuật xử lý số liệu đo sâu, bao gồm lọc nhiễu, nội suy, phân tích thành phần chính (PCA), phân tích hàm riêng (EOF), phân tích tương quan (CCA), v.v.; và phần 3 nêu ra một số ví dụ về ứng dụng của xử lý số liệu đo sâu trong các lĩnh vực khác nhau.
Phần 1: Khái niệm và nguồn gốc của số liệu đo sâu
Số liệu đo sâu là tập hợp các giá trị số được thu thập từ các thiết bị đo lường hoặc quan sát dưới nước, như cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến dẫn điện, cảm biến âm thanh, v.v. Số liệu đo sâu có thể được thu thập theo nhiều cách khác nhau, như:
– Sử dụng các thiết bị cầm tay hoặc gắn trên tàu để đo lường các thông số dưới nước tại một điểm hoặc một khu vực nhỏ.
– Sử dụng các thiết bị di động hoặc cố định để đo lường các thông số dưới nước theo thời gian hoặc không gian. Ví dụ: các thiết bị di động có thể là các máy bay không người lái (UAV), các tàu ngầm không người lái (UUV), các trạm thủy triều tự động (ATWS), v.v.; các thiết bị cố định có thể là các trạm quan trắc dưới nước (UWS), các mạng cảm biến không dây dưới nước (UWSN), v.v.
– Sử dụng các phương pháp từ xa để đo lường các thông số dưới nước từ khoảng cách xa. Ví dụ: các phương pháp từ xa có thể là radar, sonar, lidar, viễn thám, v.v.
Số liệu đo sâu có thể mang lại nhiều thông tin hữu ích về môi trường dưới nước, như:
– Độ sâu: là khoảng cách từ mặt nước tới điểm được đo lường. Độ sâu có thể được tính bằng cách sử dụng công thức: độ sâu = áp suất / mật độ nước / trọng lực.
– Độ dẫn điện: là khả năng của nước dẫn điện. Độ dẫn điện có thể được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, như nồng độ muối, nhiệt độ, áp suất, v.v. Độ dẫn điện có thể được đo bằng cách sử dụng các cảm biến dẫn điện hoặc các phương pháp từ xa như sonar.
– Nhiệt độ: là độ nóng hoặc lạnh của nước. Nhiệt độ có thể được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, như mùa, vĩ độ, độ sâu, dòng chảy, v.v. Nhiệt độ có thể được đo bằng cách sử dụng các cảm biến nhiệt độ hoặc các phương pháp từ xa như viễn thám.
– Áp suất: là lực tác động lên một đơn vị diện tích của nước. Áp suất có thể được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, như độ sâu, mật độ nước, v.v. Áp suất có thể được đo bằng cách sử dụng các cảm biến áp suất hoặc các phương pháp từ xa như radar.
– Tốc độ âm thanh: là khoảng cách mà âm thanh đi được trong một đơn vị thời gian trong nước. Tốc độ âm thanh có thể được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, như nhiệt độ, áp suất, độ dẫn điện, v.v. Tốc độ âm thanh có thể được đo bằng cách sử dụng các cảm biến âm thanh hoặc các phương pháp từ xa như sonar.
Số liệu đo sâu có thể được lưu trữ và truyền tải dưới nhiều dạng khác nhau, như:
– Dạng bảng: là dạng phổ biến nhất, trong đó số liệu được biểu diễn bằng các hàng và cột, mỗi hàng tương ứng với một điểm đo lường hoặc một khoảng thời gian, mỗi cột tương ứng với một thông số hoặc một thiết bị.
– Dạng ma trận: là dạng thường được sử dụng cho số liệu không gian hoặc không gian-thời gian, trong đó số liệu được biểu diễn bằng các ô trong một ma trận hai chiều hoặc ba chiều, mỗi ô chứa giá trị của một thông số tại một vị trí hoặc một khoảng thời gian.
– Dạng biểu đồ: là dạng thường được sử dụng cho số liệu thời gian hoặc thời gian-tần số, trong đó số liệu được biểu diễn bằng các điểm hoặc các đường trên một hệ trục toạ độ, mỗi điểm hoặc đường biểu thị giá trị của một thông số theo thời gian hoặc tần số.
– Dạng hình ảnh: là dạng thường được sử dụng cho số liệu không gian hoặc không gian-thời gian, trong đó số liệu được biểu diễn bằng các đi