Sai số trong khảo sát thủy đạc: Nguyên nhân, phân loại

Khảo sát thủy đạc là một bước không thể thiếu trong quá trình thiết kế, thi công và quản lý các công trình liên quan đến sông ngòi, hồ, biển hay hạ tầng giao thông thủy. Tuy nhiên, giống như bất kỳ hoạt động đo đạc nào khác, khảo sát thủy đạc cũng tồn tại sai số. Việc hiểu rõ sai số trong khảo sát thủy đạc giúp các kỹ sư và đơn vị thi công cải thiện chất lượng dữ liệu, tăng độ tin cậy và công cụ hỗ trợ như thiết bị thủy văn. Hãy cùng Việt Thanh Group tìm hiểu về sai số trong khảo sát thủy đạc.

Các loại sai số thường gặp trong khảo sát thủy đạc

Sai số trong khảo sát thủy đạc là độ lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực tế của các thông số như độ sâu, tọa độ vị trí, địa hình đáy nước, mực nước tại thời điểm khảo sát. Những sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chính xác của dữ liệu địa hình đáy nước, từ đó có thể dẫn đến bản đồ thủy đạc sai lệch, gây rủi ro trong thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, cảng biển hoặc hạ tầng giao thông thủy. Nếu không được kiểm soát tốt, sai số có thể khiến nhà thầu phải thi công lại, làm phát sinh chi phí, kéo dài thời gian và ảnh hưởng đến an toàn công trình.

Sai số hệ thống (Systematic Error)

Sai số hệ thống là những sai số cố định, có quy luật và lặp lại trong quá trình đo. Nguyên nhân chủ yếu đến từ thiết bị không được hiệu chuẩn chính xác hoặc do điều kiện môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của máy móc.
Ví dụ điển hình:

Máy đo sâu sử dụng sóng siêu âm không được hiệu chỉnh theo vận tốc truyền âm trong nước thực tế (có thể thay đổi theo nhiệt độ, độ mặn, áp suất) sẽ cho ra kết quả đo sai lệch, thường là sai số lặp lại có cùng biên độ.
Hệ thống GPS bị lệch múi giờ hoặc sai hệ tọa độ chuẩn, khiến vị trí đo bị sai lệch theo một hướng cố định.

Để xử lý sai số hệ thống, cần hiệu chuẩn thiết bị định kỳ, thiết lập các tham số đo đúng với thực tế địa phương và áp dụng phần mềm chỉnh sửa chuyên dụng.

Sai số ngẫu nhiên (Random Error)

Đây là loại sai số xuất hiện một cách không có quy luật cố định, thường do các yếu tố khách quan và tự nhiên tác động trong suốt quá trình đo đạc.
Ví dụ:

Sóng lớn, gió mạnh làm phương tiện khảo sát bị rung lắc.
Nhiễu tín hiệu GPS tạm thời khi có mây dày, vật cản hoặc vùng có từ trường bất ổn.

Sai số ngẫu nhiên thường dao động nhỏ và phân bố đều quanh giá trị trung bình. Tuy khó loại bỏ hoàn toàn, nhưng có thể giảm thiểu bằng cách thực hiện nhiều lần đo, lấy trung bình cộng hoặc lọc dữ liệu bằng thuật toán thống kê.

Sai số do con người (Blunder / Human Error)

Đây là loại sai số không mong muốn và có thể phòng tránh, xuất phát từ lỗi thao tác hoặc thiếu kinh nghiệm của người thực hiện khảo sát.
Một số nguyên nhân phổ biến:

Nhập sai tham số trong phần mềm xử lý (vận tốc âm thanh, hệ tọa độ…).
Sử dụng sai cấu hình thiết bị khi đo ở môi trường khác nhau.
Ghi nhầm hoặc quên lưu dữ liệu đo, làm mất thông tin quan trọng.
Thiếu kiểm tra chéo và xác nhận dữ liệu sau khi hoàn thành khảo sát.

Sai số do con người có thể gây hậu quả nghiêm trọng nếu không phát hiện kịp thời. Để hạn chế, cần áp dụng quy trình khảo sát nghiêm ngặt, có kiểm tra chéo giữa các bộ phận và đào tạo kỹ năng chuyên môn cho nhân sự thực hiện.

Sai số trong khảo sát thủy đạc là một trong những yếu tố quyết định đến độ tin cậy của dữ liệu địa hình đáy biển, đáy sông. Với các dòng thiết bị hiện đại như Máy đo sâu Hi-Target HD Max II, người dùng có thể giảm thiểu tối đa sai số hệ thống nhờ khả năng tự động điều chỉnh vận tốc âm thanh theo môi trường nước thực tế.

>>>Xem thêm: Top máy đo sâu phổ biến trong khảo sát thủy đạc: Giải pháp ưu việt từ máy đo sâu Hi-target

Nguyên nhân gây sai số

Chất lượng thiết bị khảo sát

Các thiết bị đo đạc như máy đo sâu hồi âm (echo sounder), máy định vị GPS RTK, máy toàn đạc điện tử hay các bộ thu tín hiệu GNSS đều cần có độ chính xác cao và được hiệu chuẩn định kỳ. Nếu sử dụng thiết bị lỗi thời, không đạt chuẩn, hoặc chưa được hiệu chuẩn đúng cách thì các kết quả đo sẽ bị sai lệch đáng kể.

Ví dụ: Máy đo sâu không được điều chỉnh vận tốc âm thanh phù hợp với môi trường nước hiện tại sẽ cho ra giá trị độ sâu lệch hàng chục centimet đến vài mét – một mức sai số không thể chấp nhận trong các công trình thủy lợi hay cảng biển.

Ngoài ra, GPS RTK nếu mất kết nối thời gian thực với trạm gốc hoặc hoạt động trong vùng có tín hiệu yếu (vùng núi, khu công trình bị che khuất…) cũng sẽ khiến dữ liệu vị trí không chính xác.

Môi trường đo đạc phức tạp

Môi trường khảo sát là một trong những yếu tố dễ gây sai số nhất. Trong điều kiện nước đục, có nhiều tạp chất, dòng chảy mạnh, hoặc khu vực có nhiều vật cản dưới đáy như rong rêu, đá tảng, xác tàu, tín hiệu âm thanh từ đầu dò sẽ bị phản xạ sai hoặc nhiễu loạn, dẫn đến kết quả không chính xác.

Thêm vào đó, nhiệt độ và độ mặn của nước thay đổi liên tục giữa các lớp nước cũng làm thay đổi vận tốc truyền sóng siêu âm – yếu tố cốt lõi trong việc xác định khoảng cách từ đầu dò đến đáy.

Ví dụ: Ở khu vực cửa sông nơi nước ngọt và nước mặn giao thoa, nếu không đo được chính xác vận tốc truyền sóng tại thời điểm khảo sát, kết quả đo sẽ sai lệch đáng kể.

Kinh nghiệm và quy trình làm việc của người khảo sát

Khả năng vận hành thiết bị, phân tích dữ liệu và xử lý số liệu hậu khảo sát đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sai số. Người khảo sát thiếu kinh nghiệm có thể:

Thiết lập sai cấu hình thiết bị
Chọn sai chế độ đo hoặc hệ tọa độ
Không hiểu và xử lý được các tín hiệu bất thường
Không thực hiện kiểm tra chéo hoặc đánh giá sai dữ liệu đầu ra

Ngoài ra, quy trình làm việc thiếu khoa học – ví dụ như không lập kế hoạch khảo sát chi tiết, không ghi nhật ký đo đạc đầy đủ, không có bước kiểm tra lặp lại hoặc xác minh dữ liệu – sẽ khiến các sai số nhỏ tích tụ dần, gây ra kết quả sai lệch nghiêm trọng ở cuối dự án.

Tuy nhiên, bên cạnh sai số do môi trường và thiết bị, sai số thao tác cũng là một yếu tố cần kiểm soát chặt chẽ. Khi sử dụng các thiết bị chuyên dụng như Máy Đo Sâu Hi-Target HD-MAX, người vận hành cần tuân thủ nghiêm ngặt quy trình khảo sát, hiệu chuẩn đầu dò trước khi làm việc và xử lý dữ liệu bằng phần mềm chuyên sâu đi kèm máy.

>>>Xem thêm: Nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm – Cách thiết bị xác định độ sâu đáy nước chính xác

Cách giảm thiểu sai số trong khảo sát thủy đạc

Sử dụng thiết bị hiện đại và hiệu chuẩn định kỳ.
Đo lặp lại nhiều lần để loại bỏ sai số ngẫu nhiên.
Áp dụng phần mềm xử lý dữ liệu chuyên dụng, hỗ trợ lọc nhiễu và chỉnh sửa tự động.
Huấn luyện đội ngũ khảo sát nắm vững kỹ thuật và quy trình thao tác.

Tại sao sai số nhỏ lại quan trọng?

Trong các dự án như nạo vét cảng biển, thiết kế luồng tàu, xây dựng đập thủy điện hay thi công cầu vượt sông, chỉ cần sai số vài centimet cũng có thể gây sai lệch toàn bộ cao độ đáy nước. Điều này làm tăng nguy cơ mất an toàn và chi phí khắc phục rất lớn. Do đó, kiểm soát sai số là yếu tố sống còn trong khảo sát thủy đạc.

Việc nắm bắt và kiểm soát sai số trong khảo sát thủy đạc không chỉ nâng cao độ chính xác của dữ liệu mà còn đảm bảo chất lượng, hiệu quả và an toàn cho toàn bộ dự án. Các đơn vị khảo sát nên đầu tư vào thiết bị hiện đại, xây dựng quy trình khảo sát chuẩn hóa và đào tạo đội ngũ chuyên môn để giảm thiểu rủi ro từ sai số đo đạc.