多波束測深系統(tǒng)在大東港航道測量中的應(yīng)用

【摘要】文中總結(jié)了RESON SeaBat 7125多波束測深系統(tǒng)在大東港航道測量中的應(yīng)用情況，探討了多波束測深系統(tǒng)安裝測試方法，定位導(dǎo)航實施方法，測量步驟，數(shù)據(jù)處理，成果比對思路。

【關(guān)鍵詞】多波束測深系統(tǒng)；安裝測試；航道測量；數(shù)據(jù)處理；成果比對

多波束測深技術(shù)是一種先進(jìn)的測量水深和海底地形的技術(shù)。與傳統(tǒng)的單波束測深技術(shù)相比較，多波束測深系統(tǒng)具有無遺漏全覆蓋測區(qū)、測量效率高、成果精度高等諸多優(yōu)點。單波束測深技術(shù)查明航行障礙物是非常困難的，多波束測深系統(tǒng)以其對水下地形的超強的識別能力被應(yīng)用于航道水下地形測量，用來確定保障船舶安全的航道水域和水深。本文選擇RESON SeaBat 7125多波束測深系統(tǒng)在丹東大東港航道水下地形測量中的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)、探討。

1、工程概況

為丹東大東港港池至錨地段航道設(shè)置航標(biāo)保障進(jìn)出大東港船舶航行安全提供相關(guān)數(shù)據(jù)，需要在大東港港池至錨地段航道水域進(jìn)行水下地形測量。航道長約23公里，航道平均寬約240米，選擇1：1000比例尺進(jìn)行施測。

2、多波束測深系統(tǒng)安裝要求及測試

本工程測量使用“丹航021”航標(biāo)測量船，船長44m，船寬8.9m，吃水1.85m，動吃水0.05m。RESON SeaBat 7125多波束測深系統(tǒng)按設(shè)計要求安裝在測量船固定位置上。以船體重心作為參考點（COG）建立船體坐標(biāo)系，定義船右舷方向為X軸正方向，船頭方向為Y軸正方向，垂直向上為Z軸正方向，量取各傳感器相對于參考點的位置，往返各量一次，取其中值。輸入工作項目，以便對船在運動中引發(fā)的換能器探頭、GPS天線位置的變動進(jìn)行實時姿態(tài)改正。

2.1安裝要求

多波束的換能器采用舷側(cè)安裝法安裝，裝在距船尾2/3，且牢固不活動的部位。安裝時要注意固定好，以免測量換能器產(chǎn)生抖動，下沉。電子羅經(jīng)安裝在測量船的中心附近并且指示方向應(yīng)與船首方向一致。遠(yuǎn)離電磁干擾源，避免其測出的方向數(shù)據(jù)失真或受到干憂。DGPS接收機天線安裝在船舶高處，盡可能遠(yuǎn)離船舶主桅桿、大功率的無線電發(fā)射信號源，減少信號多路徑效應(yīng)。姿態(tài)儀應(yīng)固定安裝在船舶的重心或盡可能靠近重心，并盡可能與水平面平行并且具有方向性。

2.2測試

各項安裝完畢后，測定各儀器的工作狀態(tài)，如GPS接收衛(wèi)星和差分信號的狀況、換能器發(fā)射和接受信號強度的狀況、數(shù)據(jù)采集軟件的數(shù)據(jù)采集狀況和舵手導(dǎo)航屏幕接收的信息狀況等，并逐一進(jìn)行調(diào)試。開機運行各設(shè)備及軟件，觀察設(shè)備運行情況，數(shù)據(jù)質(zhì)量，軟件采集狀態(tài)等。

工作前使用聲速計測定水域的聲速剖面曲線和使用DGPS測定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)并輸入采集軟件系統(tǒng)中，然后在港池內(nèi)選取平坦和地勢變化較大的地區(qū)分別布設(shè)一條和兩條平行的測線進(jìn)行多波束安裝校正，包括橫搖差（Roll）、縱搖差（Pitch）、首搖差（Yaw）等項，校正測量時嚴(yán)格控制船速及航向，保證校正資料的質(zhì)量。

3、測量

實際測量時多波束系統(tǒng)采用120°掃寬，在計算機屏幕上調(diào)入已設(shè)計的計劃測線和網(wǎng)格，并使系統(tǒng)的各儀器進(jìn)入運行狀態(tài)，當(dāng)測船進(jìn)入測區(qū)并沿著計劃測線航行時，開始多波束測深系統(tǒng)各種儀器測量數(shù)據(jù)的實時采集，并形成一定格式的數(shù)據(jù)文件記錄在計算機內(nèi)。同時系統(tǒng)掃測的帶寬和其水深對應(yīng)的顏色直觀地填充在網(wǎng)格內(nèi)，使工作人員可以實時觀察到測線的重疊情況和測區(qū)有無漏測情況，對漏測的區(qū)域及時進(jìn)行補測。

掃海作業(yè)完成后進(jìn)行單波束檢驗工作，采用DGPS定位系統(tǒng)、單頻測深儀、測量軟件組成的水深測量數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)進(jìn)行測量，測量前進(jìn)行測深檢查，檢測線平均分布在掃海區(qū)域。

4、數(shù)據(jù)處理

4.1水位數(shù)據(jù)處理

由于本次測量區(qū)域較大，測區(qū)內(nèi)水位觀測站較多，故采用多站分區(qū)改正。各潮位站的有效控制范圍相互重疊區(qū)域采用重疊站的平均潮位值進(jìn)行水位改正，水位改正具體過程由軟件自動完成。

4.2多波束數(shù)據(jù)處理

多波束數(shù)據(jù)處理先將Qinsy軟件采集的原始數(shù)據(jù)，在Qinsy軟件中加入潮位等預(yù)處理，后導(dǎo)入Qloud2.3軟件，然后在Qloud2.3軟件中進(jìn)行進(jìn)一步處理，作業(yè)過程如下：

⑴建立船型文件，將各傳感器的相對位置關(guān)系，探頭校準(zhǔn)角度以及各儀器設(shè)備的精度指標(biāo)輸入船型文件中。

⑵編輯聲速文件，將外業(yè)采集的聲速文件輸入Qinsy軟件，建立聲速改正文件。

⑶編輯潮位文件，將外業(yè)采集的潮位文件輸入Qinsy軟件的processing manager模塊，建立潮位文件，潮時采用UTC標(biāo)準(zhǔn)時間，潮高包括動吃水改正。

⑷對數(shù)據(jù)進(jìn)行潮位改正，聲速改正。

⑸利用Qloud2.3軟件的Manage cleaning profiles、Execute cleaning profile等編輯模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差剔除，濾波。

⑹濾波完成后，進(jìn)行人工交互方式，進(jìn)一步剔除錯誤點。

⑺將處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)合并，并根據(jù)出圖比例尺要求，設(shè)定間隔10m為抽稀條件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽希，生成成果數(shù)據(jù)。

⑻展繪等深線等數(shù)據(jù)，編輯圖框，整理生成最終成果圖。

4.3單波束數(shù)據(jù)處理

水深測量結(jié)束后，首先對計算機采集的數(shù)據(jù)文件的聲速、吃水、文件名、點號及使用潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行校對后，利用內(nèi)業(yè)軟件對水深值進(jìn)行消浪處理并保存。調(diào)整完畢再對水深數(shù)據(jù)進(jìn)行潮位改正，形成最終的成圖數(shù)據(jù)。

5、與單波束測量深度互差統(tǒng)計

5.1統(tǒng)計方法

水深互差統(tǒng)計以多波束測深數(shù)據(jù)為模版，然后將單波束測量的水深數(shù)據(jù)與其進(jìn)行比較，計算水深互差值，在所有的水深互差值的基礎(chǔ)上進(jìn)行深度互差統(tǒng)計分析。

5.2統(tǒng)計結(jié)果

6、結(jié)語

從統(tǒng)計比較的結(jié)果來看，重合點水深較差小于0.2m點占總點數(shù)的95.1﹪，較差大的對比點均分布在邊坡附近，測量精度滿足規(guī)范要求。因此，將多波束測深系統(tǒng)應(yīng)用于航道測量是可行的，其測深精度完全可以滿足航道管理和航標(biāo)維護(hù)的要求。

參考文獻(xiàn)

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[3]JTS131―2012.水運工程測量規(guī)范[S].

作者簡介

付偉（1980—）、男、漢族、遼寧省丹東市人、測量中級工程師、主要從事海洋工程測繪與管理。