多波束測(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的應(yīng)用

摘 要:本文主要對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了探討。首先對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行了論述;其次，對(duì)多波束側(cè)深系統(tǒng)不同部分的安裝問(wèn)題進(jìn)行了概述;再次，探討了多波束測(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的測(cè)量問(wèn)題;最后，詳細(xì)分析了多波束測(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚過(guò)程中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:多波束測(cè)深系統(tǒng) 航道疏浚

中圖分類(lèi)號(hào):U616文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(a)-0132-01傳統(tǒng)的測(cè)深系統(tǒng)是單波束測(cè)深儀，它測(cè)量數(shù)據(jù)量小、精度與覆蓋率不高、分辨率較低，因此，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和聲納技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了性能更加優(yōu)異的多波束測(cè)深系統(tǒng)，它出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，顯著優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)得多個(gè)水深點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可以更加準(zhǔn)確地描述水底的地形和地貌特征，并精確地探測(cè)出要求的水下目標(biāo)的大小和形狀，多波束側(cè)深系統(tǒng)這一新技術(shù)的發(fā)明，使水深測(cè)量發(fā)生了質(zhì)的變化，在航道疏浚工程中具有廣泛地應(yīng)用。

保持航道的通暢對(duì)于水運(yùn)事業(yè)具有重要的意義，航道疏浚工程就是通過(guò)挖泥船按照事先設(shè)計(jì)好的要求對(duì)航道進(jìn)行浚深或者拓寬。測(cè)深系統(tǒng)的作用就是檢驗(yàn)疏浚成果，人們對(duì)于測(cè)深和疏浚的密切關(guān)系有這樣一個(gè)比喻，即“測(cè)深是疏浚的眼睛”。

1 多波束測(cè)深系統(tǒng)的構(gòu)成

多波束測(cè)量系統(tǒng)被稱(chēng)為seabat，多波束測(cè)深儀、涌浪補(bǔ)償器、電羅經(jīng)傳感器、DGPS系統(tǒng)以及電腦（采集數(shù)據(jù)）、聲速剖面儀等設(shè)備構(gòu)成了測(cè)量系統(tǒng)。其中，多波束測(cè)量?jī)x的功能是發(fā)射、接收脈沖信號(hào)，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集;外圍輔助設(shè)備的功能是實(shí)時(shí)定位、測(cè)量船的工作姿態(tài)反映、水底地貌的記錄以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。多波束側(cè)深系統(tǒng)所得到的測(cè)量結(jié)果，準(zhǔn)確度由自身數(shù)據(jù)質(zhì)量和輔助傳感器的測(cè)量參數(shù)的精確程度共同決定，這是一個(gè)綜合系統(tǒng)，是由眾多數(shù)量的傳感器所組成的。

2 多波束側(cè)深系統(tǒng)不同部分的安裝

該系統(tǒng)安裝在測(cè)量船的特定位置上，是固定的，系統(tǒng)的各部分是按照原先設(shè)定的位置進(jìn)行安裝，系統(tǒng)是整體進(jìn)行工作的。

2.1 安裝電羅經(jīng)傳感器

安裝電羅經(jīng)要注意位置的選擇，它只有在適當(dāng)?shù)奈恢貌艜?huì)免受干擾，確保發(fā)揮正常的工作作用。按照要求，電羅經(jīng)傳感器應(yīng)在靠近船舶中心的位置安裝，船頭的方向就是電子羅經(jīng)的的指示方向，安裝的區(qū)域要限定在船體坐標(biāo)系的水平面之內(nèi)。同時(shí)還要注意磁性物質(zhì)和電子設(shè)備對(duì)電羅經(jīng)的干擾作用，為了確保測(cè)出的方向數(shù)據(jù)的精確度，應(yīng)該遠(yuǎn)離帶磁的物質(zhì)和計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備。

2.2 安裝姿態(tài)傳感器

為了減少測(cè)量的誤差，安裝姿態(tài)傳感器時(shí)要選擇離船舶中心距離較近的位置;姿態(tài)傳感器的位置應(yīng)該與水面保持平行并且位置固定;船艏的方向就是其指示的方向。

2.3 安裝多波束換能器

多波束換能器的安裝要考慮水域風(fēng)浪的情況，這是由內(nèi)河航道疏浚還是近海水域的疏浚工程的情況來(lái)定。一般內(nèi)河航道中風(fēng)浪較小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，多波束換能器安裝在船頭部位;如果是風(fēng)浪較大的近海水域或者潮汐河口，船舷固定安裝是較好的選擇。除此之外，還要考慮到多波束換能器的安全方面，在靠離碼頭的過(guò)程中，尤其注意避免被碰損;同時(shí)，可拆、可移動(dòng)的多波束換能器比較常用。

2.4 安裝DGPS接收機(jī)天線

DGPS接收機(jī)天線的安裝理應(yīng)選在船舶位置較高之地，考慮障礙物的干擾，最大程度的遠(yuǎn)離雷達(dá)等無(wú)線電設(shè)備;同時(shí)還要注意避免因?yàn)榇暗囊苿?dòng)變化而發(fā)生的位置移動(dòng)，因此天線安裝時(shí)要結(jié)實(shí)牢固。

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的安裝是否合格，應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，測(cè)試包括通電測(cè)試和航行測(cè)試。通電測(cè)試主要檢查各部分線路的聯(lián)接狀況，目標(biāo)是聯(lián)接準(zhǔn)確而又穩(wěn)固，還要考慮電源輸出以及電流電壓方面;這個(gè)過(guò)程在靜態(tài)狀態(tài)下進(jìn)行;航行測(cè)試是在動(dòng)態(tài)中進(jìn)行的，要選擇適合的水域重復(fù)測(cè)試多個(gè)項(xiàng)目，還要檢測(cè)DGPS接收機(jī)、電羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器和聲速剖面儀等的工作情況。

3 多波束測(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的測(cè)量

3.1 掃道的設(shè)計(jì)

掃道的設(shè)計(jì)包括掃道方向設(shè)計(jì)、掃道的寬度設(shè)計(jì)和重疊帶寬度設(shè)計(jì)三個(gè)方面。

掃道方向:多波束測(cè)深系統(tǒng)能夠進(jìn)行全覆蓋式對(duì)水下地貌形態(tài)的測(cè)深，掃道方向與航道方向一致即可，只要工作環(huán)境是正常的船速，就會(huì)照顧到水深的各個(gè)角落，不會(huì)有遺漏的現(xiàn)象發(fā)生。

掃道寬度:掃道寬度是由具體航道的水深來(lái)設(shè)計(jì)的，還要考慮漲潮水位的實(shí)際情況。

重疊帶寬度:由測(cè)量船舶定位中的誤差和船舶偏航系統(tǒng)性誤差來(lái)決定。

3.2 數(shù)據(jù)的采集

多波束測(cè)深使用的軟件是Qinsy，這一軟件將DGPS測(cè)得的位置數(shù)據(jù)和多波束測(cè)深儀、波浪補(bǔ)償儀、電羅經(jīng)傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)同步進(jìn)行采集，單波束聲速以及多波束聲速的剖面確定由聲速儀進(jìn)行采集的數(shù)據(jù)為準(zhǔn);在測(cè)量過(guò)程中，要對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題等信息作好記錄工作。

3.3 數(shù)據(jù)處理

首先，要使用濾波器對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波分析;第二，要將水域潮位的相關(guān)信息輸入進(jìn)去并進(jìn)行數(shù)據(jù)的回放，生成文件，可以進(jìn)行編輯;第三，進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯;第四是進(jìn)行網(wǎng)格化處理，目的是滿足繪圖的需要;第五，為了滿足繪圖需要的格式，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;第六，繪制圖紙，根據(jù)有價(jià)值的數(shù)據(jù)來(lái)繪制圖紙，并加入航道線、岸線等標(biāo)志符號(hào)。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過(guò)編輯、合并、清理無(wú)效項(xiàng)目等過(guò)程后，最終使數(shù)據(jù)成網(wǎng)格化，得到數(shù)字的水底地形模型。

4 多波束測(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚過(guò)程中的具體應(yīng)用

在航道疏浚的前期準(zhǔn)備，施工過(guò)程以及疏浚之后的測(cè)量方面，對(duì)多波束側(cè)深系統(tǒng)在數(shù)據(jù)分析和處理方面是很?chē)?yán)格的。比起單波束測(cè)深系統(tǒng)而言，多波束能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋測(cè)量，不會(huì)出現(xiàn)漏測(cè)的現(xiàn)象，能夠節(jié)省時(shí)間并提高效率。

疏浚施工前的測(cè)量中，水下地形地貌、坡度的變化與起伏，多波束測(cè)深系統(tǒng)都可以全面覆蓋，能夠提供比較全面的水深和水底地形資料;在疏浚過(guò)程中，多波束測(cè)深系統(tǒng)能夠明顯地檢測(cè)到形成的鋸齒狀泥面，并且克服了單波束系統(tǒng)中的漏測(cè)的弊端，能夠采集到大多數(shù)的施工點(diǎn)，以格網(wǎng)數(shù)據(jù)圖的形式輸出成果。比起單波束測(cè)深系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，作業(yè)的時(shí)間大大減少了，施工的工作效率提高了。

多波束側(cè)深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了測(cè)深技術(shù)革命性的進(jìn)步，其覆蓋面廣、精度高、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，給航道疏浚工程帶來(lái)了極大的便利，并減少了水下作業(yè)的時(shí)間，提高了施工的效率，是值得大范圍推廣的先進(jìn)技術(shù)。本文說(shuō)明了多波束測(cè)深系統(tǒng)這一技術(shù)的配置構(gòu)成以及在航道疏浚工程中的具體運(yùn)用，希望能起到一定的借鑒作用。

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