DIN ISO 17208-2:2020
Подводная акустика. Величины и процедуры описания и измерения подводного звука с судов. Часть 2. Определение уровней источника по результатам глубоководных измерений (ISO 17208-2:2019)

Стандартный №

DIN ISO 17208-2:2020

Дата публикации

2020

Разместил

German Institute for Standardization

состояние

быть заменен

быть заменен

DIN ISO 17208-2:2019

DIN ISO 17208-2:2020-11

Последняя версия

DIN ISO 17208-2:2020

DIN ISO 17208-2:2020-11

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

DIN ISO 17208-2:2020 является важной частью серии стандартов по измерению подводного шума судов, выпущенных Международной организацией по стандартизации. Он специально регламентирует метод измерения уровня шума судов в глубоководных средах. В ответ на требования Международной морской организации (ИМО) и ее Комитета по защите морской среды (КЗМС) настоящий стандарт направлен на установление единого международного стандарта для измерения подводного шума судов.

Основная техническая база стандарта обусловлена научными потребностями в изучении акустического воздействия на морские экосистемы. В связи с быстрым развитием судоходства влияние судового шума на морскую флору и фауну привлекает все большее внимание. Исследования показали, что постоянное подводное шумовое загрязнение может вызывать изменения поведения, нарушения коммуникации и даже физиологические нарушения у морских млекопитающих. Поэтому точное измерение и описание характеристик источников судового шума стало важным условием защиты морской акустической среды.

---

Область применения и основные определения

Настоящий стандарт распространяется на процесс расчета преобразования значений уровня излучаемого шума, полученных при измерениях на большой глубине в соответствии с ISO 17208-1, в эквивалентные уровни монопольного источника. Стандарт устанавливает конкретные требования к определению уровней источника в латеральном направлении, включая определение и сообщение номинальных глубин источника.

Основные термины	Определение	Единица измерения
Глубокая вода	Глубина воды более 150 метров или более чем в 1,5 раза превышающая общую длину измеряемого судна (в зависимости от того, что больше)	Метры (м)
Уровень излучаемого шума (RNL)	Произведение эффективного уровня звукового давления в дальней зоне в контрольной точке r от судна на логарифм расстояния	дБ относительно 1 Па·м
Номинальный источник Глубина	Номинальная глубина эквивалентного монопольного точечного источника, которая составляет 0,7 от средней осадки судна	Метры (м)
Поперечное направление	Направление, перпендикулярное диаметральной линии нос-корма, ±30° в горизонтальной плоскости, 15°-45° в вертикальной плоскости	Градусы (°)

---

Методы измерения и технические требования

Стандарт требует использования трех гидрофонов для измерения уровней подводного шума судов в соответствии с ISO 17208-1. Три гидрофона располагаются в вертикальном столбе воды, а глубины определяются номинальными углами наклона 15°, 30° и 45°, полученными при номинальном расстоянии в ближайшей точке прохода (CPA).

Требования к геометрии измерения: Расстояние CPA составляет 100 метров или полную длину судна, в зависимости от того, что больше. Геометрия гидрофонов организована в соответствии с рисунком 1 стандарта ISO 17208-1:2016, что обеспечивает одновременный сбор данных под тремя различными углами депрессии.

Практический пример применения: измерение шума торгового судна

Для контейнеровоза общей длиной 200 метров и осадкой 10 метров номинальная глубина источника ds = 0,7 × 10 = 7 метров. Расстояние CPA составляет 200 метров (полная длина судна). Три гидрофона были развернуты на следующих глубинах:

• Гидрофон 1: 200 × tan(15°) ≈ глубина 53,6 метра
• Гидрофон 2: 200 × tan(30°) ≈ глубина 115,5 метра
• Гидрофон 3: 200 × tan(45°) = глубина 200 метров

Синхронизация данных о шуме в этих трех местах эффективно снижает неопределенность, вызванную колебаниями поверхности моря и изменениями геометрии измерения.

---

Расчет уровня источника и коррекция эффекта зеркала Ллойда

Основной технологией этого стандарта является метод расчета для преобразования измеренного уровня излучаемого шума в эквивалентный уровень источника монополя. Это преобразование основано на теории зеркального эффекта Ллойда, предполагающей, что поверхность моря представляет собой идеальную мягкую границу.

Основная формула расчета:

L_s = L_RN + ΔL

Формула расчета поправочного члена ΔL:

ΔL = 10log₁₀ [ (2(kd_s)⁴ + 14(kd_s)² + 14 ) / ( (kd_s)⁴ + 4(kd_s)² + 4 ) ] дБ

Где: k = 2πf/c — волновое число звука (рад/м), f — центральная частота третьоктавной полосы (Гц), c — скорость звука в воде (м/с), а d_s — номинальная глубина источника (м).

Диапазон частот	Характеристики коррекции ΔL	Техническое описание
Низкая частота (10–100 Гц)	Флуктуация 0–6 дБ	Значительный эффект зеркала Ллойда, сложная интерференционная картина
Средняя частота (125–16 кГц)	Относительная стабильность	Коррекция имеет тенденцию быть стабильной, погрешность измерений сведена к минимуму
Высокая частота (>20 кГц)	Быстрое затухание	Значительный эффект акустического поглощения, ограниченное практическое применение

---

Анализ неопределенности измерений

В этом стандарте подробно описаны источники неопределенности и методы оценки для определения уровня источника:

Основные источники неопределенности:

1. Неопределенность измерения уровня излучаемого шума, количественно определенного в соответствии с ISO 17208-1
2. Неопределенность в корректирующем уравнении (3)
3. Неопределенность, связанная с описанием судна как подповерхностного монопольного источника звука

Расширенные значения характеристики неопределенности:

• Низкочастотный диапазон (10–100 Гц): 5 дБ
• Среднечастотный диапазон (125–16 000 Гц): 3 дБ
• Высокочастотный диапазон (>20 000 Гц): 4 дБ

Особенно важно отметить, что при kds ≈ 13 разница между приближенным уравнением и полным уравнением может достигать 4 дБ. В практических приложениях особое внимание необходимо уделять интерпретации результатов измерений в этом диапазоне частот.

---

Рекомендации по внедрению и технические моменты

1. Подготовка к измерениям

Перед проведением измерений требуются подробные записи параметров судна: общая длина, ширина, осадка, тип главного двигателя и мощность. Также следует измерить параметры окружающей среды: глубина воды, температура воды, соленость и состояние моря. Эти параметры напрямую влияют на расчеты скорости звука и поправки на потери при распространении.

2. Требования к приборам

Используйте фильтр полосы пропускания в треть октавы, соответствующий IEC 61260-1, и калиброванную гидрофонную систему. Рекомендуется использовать несколько гидрофонов в массиве для повышения избыточности и надежности данных измерений.

3. Замечания по обработке данных

При обработке данных обратите внимание, что: анализ полосы пропускания в треть октавы должен использовать арифметику с основанием 10 (не логарифмические вычисления). Разница между уровнем сигнала и шума должна быть не менее 3 дБ для обеспечения эффективной идентификации сигнала.

4. Стандарты представления результатов

Отчеты о результатах измерения уровня источника должны включать: номинальную глубину источника, используемую скорость звука, примененное уравнение преобразования и условия окружающей среды во время измерения. Эта информация крайне важна для последующего сравнения данных и моделирования распространения.

---

Тенденции развития и развития стандартных технологий

DIN ISO 17208-2:2020 отражает новейшие разработки в области технологий измерения подводного шума для судов. Основные технические достижения отражены в:

Усовершенствованиях теоретической модели: По сравнению с предыдущими стандартами, в этом издании более систематически рассматривается эффект зеркала Ллойда и представлен полный набор поправочных уравнений, от точных до приближенных, для приложений с различными требованиями к точности.

Стандартизация управления неопределенностью:Впервые характерные значения неопределенности измерений в различных диапазонах частот подробно описаны, что предоставляет пользователям практическое руководство по оценке точности.

Связь с международными морскими правилами: В процессе разработки стандарта были полностью учтены соответствующие требования ИМО, что обеспечивает сопоставимость и признание результатов измерений в международном масштабе.

Будущие тенденции развития включают: дальнейшее изучение влияния неидеальных границ на поверхность моря, разработку методов обработки для более сложных моделей источников и использование технологии машинного обучения для повышения эффективности обработки и точности данных измерений.

---

Заключение

DIN ISO 17208-2:2020 предоставляет полную техническую основу и методологическую систему для научного определения уровней подводного источника шума судов. Благодаря стандартизированным процедурам измерений и методам обработки данных обеспечивается сопоставимость различных результатов измерений, что оказывает важную техническую поддержку защите морской среды и устойчивому развитию судоходной отрасли. При внедрении настоящего стандарта особое внимание следует уделять точной конфигурации геометрии измерений, подробной регистрации параметров окружающей среды и разумной оценке неопределенности для обеспечения научности и надежности результатов измерений.