This research experimentally shows the effect of sediment roughness characteristics on the acoustic reflection coefficient. This information is useful when trying to classify various types of sediment over an area. This research was conducted in an indoor laboratory tank at Applied Research Laboratories (ARL) at the University of Texas at Austin. A single beam echo-sounder (SBES) system was developed to project and receive a wideband (3 kHz to 30 kHz) acoustic pulse. A method was developed using the system transfer function to create a custom pulse that would minimize the dynamic range over the wide frequency band. A matched filtering and data processing algorithm was developed to analyze data over the full frequency bandwidth and over smaller frequency bands. Analysis over the smaller frequency bands showed the effect of the roughness on the reflection coefficient with respect to frequency. It was found that the reflection coefficient is significantly lower at the higher frequencies (above 20 kHz) than at the lower frequenices [sic] due to off specular scattering. It was also found that the variability of the reflection coefficient was significantly higher for the rough sediment than for the smooth sediment. / text

Traditionellt har större fartyg bestyckade med ekolod använts för att utföra batymetriska mätningar av sjö- och havsbottnar. Att utföra mätningar i grunda vatten har varit problematiskt eftersom större fartyg inte kan nå dessa grunda vatten. För att tackla det problemet har mindre obemannade ytfarkoster (USV) utvecklats för att mäta grunda vatten. Dessa USVs hjälper även till vid områden nära stenar som inte har fått uppdaterade djupvärden. Den här undersökningens syfte är att utvärdera hur en Seafloor HydroLite TM enkelstrålsekolod monterad på en USV skiljer sig från insamlingsmetoderna GNSS och med måttband. Den syftar även till att utvärdera vilken interpolationsteknik som är mest lämpad för skapande av djupmodeller med enkelstrålsekolodsdata. Det kommer också studeras hur tvärsektioner påverkar djupmodellerna skapade med enkelstrålsekolod. De experimentella mätningarna med GNSS, måttband och enkelstrålsekolod utfördes i sjön Öjaren som ligger utanför Sandviken. I undersökningen inmättes totalt 91 punkter med GNSS och måttband samt 8 mätstråk och 9 tvärsektioner med enkelstrålsekolod monterad på en USV. Djupmodellerna skapades i Surfer 10 med interpolationsteknikerna kriging, natural neighbor och triangulation with linear interpolation. Alla beräkningar genomfördes i Microsoft Excel och data insamlat med måttband ansågs vara det sanna värdet vid jämförelsen mellan insamlingsmetoderna. Resultaten visade att djupmodellerna skapade med GNSS-data är snarlika till djupmodellerna skapade med måttbandsdata samt att djupmodellerna med GNSS-data visar på den minsta skillnaden mot djupmodellerna skapade med enkelstrålsekolodsdata. Resultatet från jämförelsen mellan interpolationsteknikerna visar på att användandet av de olika interpolationsteknikerna inte har en signifikant påverkan på djupmodellen. Våra slutsatser av undersökningen blev att användande av ett enkelstrålsekolod kan bidra till att skapa en mer detaljerad djupmodell än om enbart GNSS eller måttbandsdata används. Det är också en mer kostnadseffektiv metod eftersom mer data kan samlas in på kortare tid. Det kan dock uppstå felmätningar vid insamlade av data med enkelstrålsekolod som kan vara svåra att upptäcka. Tilläggande av tvärsektioner kan bidra till att skapa en ännu mer detaljerad djupmodell och kan användas som kontrollpunkter vid kontroll av enkelstrålsekolodsdata. / Traditionally, large vessels armed with echo sounders have been used to conduct bathymetric surveys of the seas and oceans. Conducting surveys of shallow water have been troublesome since larger vessels cannot reach and survey shallow waters. To tackle that problem smaller unmanned surface vessels (USV) have been developed to survey shallow waters. It also helps in the areas closest to rocks that do not have updated depth measurements. This study aims to assess how a Seafloor HydroLite TM single-beam echo sounder mounted on a USV differs from other surveying methods. It also aims to evaluate which interpolation methods is most suitable for creating depth models by utilizing single-beam echo sounder data. It will also be studied how cross section lines affect the created depth using the USV. The experimental surveys with GNSS, measuring tape and single-beam echo sounder were used in the lake Öjaren that is located outside of Sandviken. In this study a total of 91 points were collected with GNSS and measuring tape and 8 sounding lines and 9 cross sections lines were collected using echo sounder mounted on the USV. The depth models were created in Surfer 10 using different interpolation methods i.e. kriging, natural neighbor and triangulation with linear interpolation. All calculation were performed in Microsoft Excel and the measurements collected with measuring tape were assumed as a “true” value to evaluate the different surveying techniques. The results showed that the depth model obtained using GNSS data is close to the depth model created using measuring tape data and shows lowest difference in comparison to the USV technique. The results from the comparison between interpolation methods showed that the use of different interpolation methods not have a significant impact on the depth model. The study concludes that the use of a single-beam echo sounder can help to create a more detailed depth model than using GNSS or measuring tape. It is also a cost effective method that helps collect more data in a short time. Though, some errors can appear in the data collected using the single-beam echo sounder that can be hard to detect. The cross section lines can contribute to a more detailed depth model and can be used as control points.

Hydroakustiska mätningar har gjorts i nästan två hundra år. Det kan liknas med topografiska mätningar på land och visar hur sjö- eller havsbottnar ser ut. Idag används ekolod vilket är en teknik som skickar ut ljudvågor i vattnet för att mäta hur lång tid det tar för ljudet att studsa på bottnen och sedan komma upp till instrumentet igen. Därefter går det att räkna ut djupet med hjälp av ljudhastighetsberäkningar. Vid inmätning av enkelstråligt ekolod rekommenderas användande av tvärsektioner som kontroll av data. Flerstråligt ekolod behöver däremot inte tvärsektioner då övertäckning mellan stråken används som kontroll. I denna studie undersöks hur antalet tvärsektioner påverkar djupkartor skapade av Seafloor HydroLite TM enkelstråligt ekolod. Detta är även en undersökning av hur djupkartor producerade av SeaFloor HydroLite TM enkelstråligt ekolod skiljer sig mot djupkartor producerade av Kongsberg EM 2040 MK11 flerstråligt ekolod. Studieområdet är 1820 m2 och är beläget vid Forsbackas hamn i Storsjön, Gävle kommun. Vid inmätning av flerstråligt ekolod användes en övertäckning av lägst 50 %. Fem huvudstråk och sju tvärsektioner mättes med enkelstråligt ekolod för området. Djupkartor med olika antal tvärsektioner gjordes i Surfer 10 från enkelstråligt ekolod. Därefter jämfördes djupkartor av enkelstråligt ekolod mot kartor gjorda av data från flerstråligt ekolod för att se hur djupkartorna skiljer sig och för att se hur djupkartorna av enkelstråligt ekolod påverkas av olika antal tvärsektioner. Med användande av flerstråligt ekolod som referens mot djupkartor gjorda av enkelstråligt ekolod blev resultaten att RMS och standardosäkerhet minskar med 1 cm i RMS-värde och med 2 cm i standardosäkerhet. Jämförelse mellan ekolods systemen visar att skillnaden av djupvärderna är runt 10 cm. Slutsatserna från denna studie är att tvärsektioner endast förbättrar kvalitén på djupkartor marginellt vid jämn och enhetlig bottentopografi, men fyller en viktig funktion genom att kontrollera kvalitén av inmätningsdatat. Samt att SeaFloor HydroLite TM klarar av order 1b vid ett djup omkring en till fyra meter om ej kravet på full bottentäckning beaktas. Seafloor HydroLite TM skapar en översiktlig djupkarta medan djupmodellerna från Kongsberg EM 2040 MKII ser mera detaljer. / Hydroacoustic measurements have been conducted for almost two hundred years. It can be compared to topographic measurements on land and shows the appearance of lake or ocean floors. Today, echosounders are used, which is a technique that sends out sound waves into the water to measure the time it takes for the sound to bounce off the bottom and return to the instrument. Sound velocity calculations can then be used to calculate the depth. The use of cross-sections is recommended as a data control of single beam echosounder. However, multi beam echosounders only use overlap as control. This study examines how the number of cross-sections affects depth maps created by Seafloor HydroLite TM single beam echosounder. It also investigates the differences between depth maps produced by the SeaFloor HydroLite TM single beam echosounder and the Kongsberg EM 2040 MK11 multi beam echosounder. The study area covers 1820 m2 and is located at Forsbackas Harbor in Storsjön, Gävle municipality. A minimum overlap of 50% was used for the surveying with the multi beam echosounder. Five main lines and seven cross-sections were measured using the single beam echosounder. Depth maps with different numbers of cross-sections were created using data from the single beam echosounder. The maps from the single beam echosounder were compared to maps created from the data obtained by the multi beam echosounder to assess the differences and the impact of varying numbers of cross-sections on the depth maps from the single beam echosounder. By using the multi beam echosounder as a reference for the depth maps created by the single beam echosounder, the results showed a decrease of 1 cm in RMS value and 2 cm in standard deviation. The comparison between the echosounder systems revealed a difference of around 10 cm in depth values. The conclusions from this study are that cross-sections only marginally improve the quality of depth maps in cases of even and uniform bottom topography but serve an important function in validating the quality of the survey data. Additionally, the SeaFloor HydroLite TM is capable of meeting Order 1b at depths ranging from one to four meters if the requirement for full bottom coverage is not considered. The Seafloor HydroLite TM creates a general overview of the depth map, while the depth models from the Kongsberg EM 2040 MKII provide more detailed information.