Vai trò của các thiết bị dò dưới nước trong khảo cổ học biển

Tiến bộ trong công nghệ khảo sát địa vật lý

Cảm biến độ sâu của nước đã thực sự thay đổi cách chúng ta thực hiện công việc khảo cổ học hàng hải trong những năm gần đây. Chúng mang đến cho các nhà nghiên cứu một góc nhìn hoàn toàn mới về những gì đang nằm dưới lòng đại dương nhờ vào những bản đồ chi tiết mà chúng tạo ra dưới đáy biển. Công nghệ đằng sau bước tiến này bao gồm một số thiết bị địa vật lý khá ấn tượng như hệ thống sonar đa tia (multi beam sonar) và thiết bị sonar quét bên (side scan sonar). Với sonar đa tia, các nhà khảo cổ học có thể nhận được hình ảnh ba chiều toàn diện về bề mặt đáy biển. Sonar quét bên hoạt động theo một cách khác nhưng cũng hiệu quả không kém — nó quét các khu vực rộng lớn dưới đáy đại dương và phát hiện các hình dạng hay vật thể bất thường có thể là tàn tích của các nền văn minh cổ đại. Những kỹ thuật hiện đại này giúp các chuyên gia xác định và nghiên cứu các công trình dưới nước tốt hơn rất nhiều so với trước kia, đồng nghĩa với việc các cuộc thám hiểm thực địa có thể tập trung nỗ lực vào những khu vực quan trọng nhất mà không lãng phí thời gian tìm kiếm một cách ngẫu nhiên.

Chúng ta có thể thấy công nghệ đang thay đổi mọi thứ như thế nào khi nhìn vào tất cả các di tích khảo cổ mới được phát hiện gần đây. Các nhà nghiên cứu biển đã nói về điều này trong nhiều năm nay. Họ cho biết các thiết bị như máy sonar đa tia và sonar quét bên giúp việc tìm kiếm các di tích dưới nước dễ dàng hơn rất nhiều so với trước đây. Những công cụ này cho phép chúng ta phát hiện ra các khu vực mà trước đây hoặc là quá sâu hoặc đơn giản là bị bỏ sót. Chẳng hạn như Đại học Southampton. Nhóm nghiên cứu của họ thực sự đã ghi nhận nhiều phát hiện mới sau khi bắt đầu sử dụng các phương pháp quét tiên tiến này. Điều thú vị không chỉ là số lượng di tích họ tìm thấy, mà còn là tình trạng của các di tích đó. Loại thông tin này thực sự giúp các nhà sử học ghép nối lại những câu chuyện về các nền văn minh cổ đại. Khi những công cụ này tiếp tục được cải tiến, chúng ta có thể tiếp tục khám phá thêm nhiều di tích lịch sử ẩn giấu dưới lòng đại dương.

Ứng dụng LSI: Từ máy quay ống cống đến lập bản đồ đại dương

Công nghệ kiểm tra cống rãnh ban đầu được thiết kế để kiểm tra đường ống và hệ thống thoát nước giờ đây đang xuất hiện ở những nơi bất ngờ như đại dương. Những chiếc camera tương tự dùng để luồn qua các đường hầm dưới lòng đất cũng hoạt động đáng ngạc nhiên tốt dưới vùng nước ven biển hẹp. Các nhà nghiên cứu biển đã bắt đầu sử dụng những hệ thống hình ảnh nhỏ gọn này để khảo sát các con tàu đắm và các địa điểm chìm dưới nước khác mà các thiết bị truyền thống không thể tiếp cận được. Đối với các nhà khảo cổ học, điều này đồng nghĩa với việc họ có thể quan sát chi tiết những con tàu cổ đang nằm dưới đáy biển mà không cần phải huy động các thiết bị lặn đắt tiền. Một số nhóm nghiên cứu thậm chí đã phát hiện ra những vị trí tàu đắm mới chỉ vì họ lần đầu tiên có thể nhìn thấy những gì đang ẩn giấu dưới các lớp trầm tích mà các thiết bị lớn hơn sẽ làm xáo trộn.

Công nghệ kiểm tra mới nhất hiện đã rất giỏi trong việc tạo ra các bản đồ chi tiết của đáy đại dương, giúp phát hiện nhiều thứ cổ xưa và các công trình dưới nước. Các nhà khảo cổ học hàng hải giờ đây sử dụng những phiên bản nâng cấp của những chiếc camera cống mà chúng ta thường thấy trong các chương trình TV để khám phá các không gian dưới nước rộng lớn và chụp ảnh những thứ mà con người trước nay chưa từng biết đến. Hãy hình dung như thế này: cũng giống như các thợ ống nước kiểm tra bên trong đường ống để tìm vật cản, những chiếc camera nâng cấp này cho phép các nhà nghiên cứu nhìn vào từng ngóc ngách của đáy biển nơi các hiện vật cổ và các công trình bị lãng quên đang ẩn náu, bởi vì chúng hoặc là nằm quá sâu hoặc đơn giản là quá khó tiếp cận. Điều thú vị là những chiếc camera cống được cải tiến này thực sự rất đa năng. Chúng không còn chỉ là những công cụ nữa mà đã trở thành yếu tố thay đổi cuộc chơi trong việc hiểu rõ những gì đã xảy ra dưới các đại dương của chúng ta suốt chiều dài lịch sử.

Mạng Nơ-ron & Chụp Ảnh Siêu Phổ Để Phát Hiện Hiện Vật

Phân Tích Quang Phổ Các Di Tích Khảo Cổ Dưới Nước

Chụp ảnh quang phổ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thành phần hóa học của các vật thể chìm dưới nước, cho phép các nhà khảo cổ học nghiên cứu lịch sử dưới nước mà không cần chạm vào bất cứ thứ gì. Khi các nhà khoa học xem xét cách mà các vật thể khác nhau phản ánh ánh sáng ở nhiều bước sóng khác nhau, họ sẽ nhận được các manh mối về việc những vật thể đó được làm từ chất liệu gì và chúng có thể bắt nguồn từ đâu. Công trình nghiên cứu gần đây được công bố trên Tạp chí Khảo cổ Học Hàng Hải đã chứng minh rõ hiệu quả của phương pháp này. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu siêu quang phổ để đối chiếu các mẫu ánh sáng cụ thể với các vật liệu đã biết, điều này giúp họ xác định được một số địa điểm dưới nước chưa từng được biết đến trước đây. Điều khiến công nghệ này trở nên có giá trị là khả năng phân biệt giữa các vật chất tự nhiên trên đáy biển với các di tích nhân tạo thực sự được giấu bên dưới. Nhiều chuyên gia hiện nay coi công nghệ chụp ảnh siêu quang phổ gần như không thể thiếu trong việc bảo tồn các di sản văn hóa chìm dưới nước. Nó cung cấp cho các nhà khảo cổ một lượng lớn thông tin chi tiết, vốn là yếu tố hoàn toàn cần thiết nếu chúng ta muốn giữ gìn những địa điểm quan trọng này nguyên vẹn cho các thế hệ tương lai.

Các Mô Hình Học Sâu Cho Phân Loại Mục Tiêu

Mạng nơ-ron nhân tạo đang ngày càng hữu ích trong việc phân loại hiện vật dựa trên hình dạng và ánh sáng phản chiếu của chúng, từ đó thay đổi cách các nhà khảo cổ học thực hiện công việc của mình. Các hệ thống học sâu xử lý thông tin phức tạp để xác định hiện vật là gì, tình trạng bảo quản của nó ra sao, và đôi khi là niên đại của hiện vật. Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Trí tuệ nhân tạo trong Khảo cổ học cho thấy rằng các thuật toán này cải thiện đáng kể việc phân loại, giúp việc dự đoán diễn ra nhanh hơn và chính xác hơn. Một số thử nghiệm thậm chí cho thấy mạng nơ-ron có thể nhận diện chính xác hơn 90% hiện vật trong môi trường mô phỏng dưới nước. Khi kết hợp giữa quan sát bằng hình ảnh và phân tích quang phổ, các mô hình máy tính này cho phép các nhà nghiên cứu khảo sát các di tích chìm dưới nước mà không cần tự mình lặn xuống, giảm thiểu các hoạt động mạo hiểm của con người tại những khu vực dưới nước khó tiếp cận. Nhờ mạng nơ-ron, ngành khảo cổ học dưới biển đã tiến bộ rõ rệt, mang đến cho các chuyên gia những phương pháp tốt hơn rất nhiều trong việc phát hiện và phân loại các di vật dưới nước so với những gì từng có trước đây.

Khung pháp lý cho Khám phá dưới nước

Yêu cầu báo cáo khảo cổ của BOEM

Cục Quản lý Năng lượng Đại dương (viết tắt là BOEM) đã thiết lập một số quy định về cách thức thực hiện các cuộc kiểm tra khảo cổ học khi con người tiến hành thăm dò dưới biển. Những quy định này rất quan trọng vì chúng giúp đảm bảo rằng bất kỳ ai lặn biển cũng không vô tình phá hủy những phần quan trọng trong lịch sử đại dương của chúng ta. Khi tuân thủ các tiêu chuẩn báo cáo của BOEM, mọi người cần xem xét kỹ lưỡng những tác động có thể xảy ra đối với các địa điểm văn hóa dưới nước trong quá trình thực hiện công việc. Phần lớn thời gian, điều này có nghĩa là phải nộp một loại báo cáo nào đó nhằm chỉ ra những gì có thể bị tổn hại trước khi bắt đầu bất kỳ hoạt động đào bới thực sự nào. Loại hình lập kế hoạch này giúp bảo vệ các con tàu đắm và các di tích chìm dưới nước khác khỏi bị tổn hại. Việc tuân thủ các quy định này không chỉ là hành động tốt mà còn thực sự bảo vệ được những phần quý giá trong lịch sử hàng hải, để các thợ lặn và các nhà sử học có thể nghiên cứu chúng lâu dài sau khi chúng ta không còn nữa.

Tuân thủ Tiêu chuẩn Điều 106 thuộc Đạo luật Di sản Lịch sử Quốc gia (NHPA)

Điều 106 của Đạo luật Bảo tồn Di sản Quốc gia đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát hiện và bảo vệ các hiện vật khảo cổ học dưới nước trong quá trình thực hiện các công việc dưới biển. Nội dung này thực chất yêu cầu những người thực hiện các dự án như vậy phải trải qua một quy trình thẩm định kỹ lưỡng trước khi bắt đầu bất kỳ hoạt động nào có thể gây tổn hại đến các di tích văn hóa quan trọng dưới nước. Ví dụ điển hình là trường hợp nổi tiếng khi người ta phát hiện các bộ phận của con tàu USS Monitor gần bờ biển Bắc Carolina - việc này có thể thực hiện được chính nhờ vào các yêu cầu theo Điều 106. Khi các nhóm thực hiện dự án dưới nước tuân thủ cẩn trọng những quy định này và đầu tư thực sự vào các kế hoạch bảo tồn, họ không chỉ giúp bảo vệ lịch sử chung của chúng ta mà vẫn cho phép quá trình khám phá tiếp diễn. Các hướng dẫn do NHPA đề ra đã tạo ra một khuôn khổ để chúng ta có thể khám phá mà không phá hủy giá trị lịch sử vốn làm nên sự đặc biệt của những địa điểm này.

Các Phương pháp Kiểm tra Đường ống trong Bối cảnh Dưới nước

Ứng dụng YOLOv4 cho Giám sát Cơ sở Hạ tầng Dưới nước

YOLOv4 đã tìm thấy các ứng dụng mới trong việc giám sát đường ống dưới nước theo thời gian thực, giúp việc kiểm tra trở nên khả thi ngay cả ở những nơi mà các phương pháp truyền thống gặp khó khăn. Điều bắt đầu như một hệ thống phát hiện đối tượng đã phát triển thành một công cụ khá hữu ích để nhận biết các bộ phận đường ống dưới nước với độ chính xác khá tốt. Việc kiểm tra dưới nước vốn là một công việc khó khăn, phải đối mặt với đủ loại vấn đề từ ánh sáng bị khúc xạ đến vùng nước đục, nhưng YOLOv4 xử lý những thách thức này một cách đáng ngạc nhiên. Một bài báo có tên Deep Learning Approach for Objects Detection in Underwater Pipeline Images đã báo cáo rằng mô hình này đạt mức độ chính xác trung bình (mean average precision) khoảng 94,21%, vượt trội so với hầu hết các đối thủ cạnh tranh về khả năng phát hiện nhanh chóng. Đối với các công ty đang vận hành cơ sở hạ tầng dưới nước, điều này đồng nghĩa với việc họ có thể lên kế hoạch bảo trì chính xác hơn và đảm bảo an toàn trong vận hành nói chung, mà không cần quá phụ thuộc vào các thợ lặn hay tàu ngầm đắt tiền cho mỗi lần kiểm tra định kỳ.

Phát hiện rò rỉ thông qua học máy âm thanh

Học máy được áp dụng cho tín hiệu âm thanh đang thay đổi cách chúng ta phát hiện rò rỉ trên các đường ống ngầm dưới biển, mang lại độ nhạy cao hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Sóng âm dưới nước vẫn là lựa chọn tốt nhất để giám sát vì chúng không làm rối loạn sinh vật biển mà vẫn mang thông tin hữu ích. Các tín hiệu này được phân tích bởi các chương trình máy tính phức tạp để phát hiện các bất thường có thể cho thấy một vị trí bị rò rỉ. Một nghiên cứu gần đây đăng trên Tạp chí Công nghệ Hàng hải đã cho thấy kết quả khả quan khi các nhà nghiên cứu huấn luyện mô hình của họ bằng dữ liệu âm thanh thực tế từ các hệ thống đường ống. Mặc dù những kỹ thuật này rõ ràng giúp phát hiện sự cố nhanh hơn, nhưng chúng cũng giảm thiểu thiệt hại môi trường và thời gian dừng hoạt động tốn kém cho các nhà vận hành. Nhìn về tương lai, việc giám sát liên tục tình trạng đường ống trở nên khả thi nhờ những cải tiến này, mặc dù việc triển khai các hệ thống như vậy trên toàn bộ cơ sở hạ tầng ngoài khơi vẫn là một thách thức đối với nhiều công ty quan tâm đến việc bảo vệ hệ sinh thái đại dương.

Các công nghệ mới trong bảo vệ tài nguyên biển

Tích hợp Cảm biến IoT với Máy ảnh Kiểm tra

Việc kết hợp công nghệ IoT với camera kiểm tra dưới nước đang thay đổi cách chúng ta quản lý tài nguyên biển. Các cảm biến IoT này về cơ bản nâng cao khả năng hoạt động của camera cống, cung cấp tính năng giám sát theo thời gian thực và truyền dữ liệu trực tiếp, giúp các nhân viên vận hành phản ứng nhanh chóng khi cần thiết. Điều này mang lại điều gì cho công tác quản lý biển? Nó cho phép chúng ta theo dõi hệ thống thoát nước và các đối tượng dưới nước một cách hiệu quả hơn trước đây rất nhiều. Khi tích hợp hai công nghệ này lại với nhau, các nhân viên vận hành có thể giám sát hệ sinh thái đại dương từ xa, phát hiện vấn đề sớm hơn bình thường, và đưa ra các biện pháp xử lý trước khi tình hình trở nên nghiêm trọng đối với sinh vật biển. Việc tiếp cận theo hướng này không chỉ giúp duy trì các phương pháp quản lý bền vững mà mọi người thường đề cập, mà còn cung cấp lượng thông tin chi tiết hơn đáng kể về tình trạng hệ thống thủy văn của chúng ta.

Phân tích Dự đoán để Bảo tồn Di tích

Các công cụ phân tích dự đoán đã trở nên khá hữu ích trong việc phát hiện vấn đề trước khi chúng ảnh hưởng đến các di tích khảo cổ học dưới nước, để các nhóm bảo tồn có thể hành động trước thay vì phản ứng sau khi thiệt hại xảy ra. Khi xem xét toàn bộ dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, các công cụ phân tích này giúp nhận diện những yếu tố như xu hướng xói mòn dần dần hoặc các hoạt động con người bất thường xung quanh các khu vực nhạy cảm, vốn có thể gây tổn hại đến các di tích lịch sử dưới lòng đại dương. Thực tế có khá nhiều nghiên cứu cho thấy hiệu quả của phương pháp này tại nhiều môi trường biển khác nhau. Ví dụ là trường hợp của Rạn san hô Great Barrier, nơi mà các mô hình dự đoán đã phát hiện ra những thay đổi đáng lo ngại từ trước khi các dấu hiệu nhìn thấy được xuất hiện trên bề mặt, mang lại cho các chuyên gia vài tháng quý báu để triển khai các biện pháp bảo vệ. Dù không có hệ thống nào là hoàn hảo, nhưng những tiến bộ công nghệ này chắc chắn giúp bảo vệ di sản dưới nước của chúng ta tốt hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống đơn thuần, đồng thời thúc đẩy hướng tiếp cận có trách nhiệm hơn với môi trường trong việc quản lý các tài sản văn hóa đại dương cho các thế hệ tương lai.