多波束測深系統(tǒng)在瀾滄江航道測繪中的應(yīng)用

趙仁東

摘 要：多波束測深系統(tǒng)在航道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集過程中，發(fā)揮著重要作用。本文基于多波束測深系統(tǒng)技術(shù)在實際工作中的使用情況，詳細介紹單波束配合多波束測深系統(tǒng)在航道測繪過程中的使用效果以及應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：GPS導(dǎo)航；多波束測深系統(tǒng)；航道測繪

中圖分類號：U616 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0084-02

多波束測深是水聲技術(shù)、計算機技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)和數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。多波束測深系統(tǒng)能在GPS導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，通過測深設(shè)備進行水底掃描，獲取水底點云數(shù)據(jù)，建立三維模型，是三維測繪技術(shù)應(yīng)用的典型。瀾滄江航道測繪能為航運安全保障提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是一項非常重要的工作。多波束測深系統(tǒng)在航道測繪中的應(yīng)用就是通過系統(tǒng)掃描航道水下地形地物，數(shù)據(jù)處理后生產(chǎn)航道圖的過程。

1 多波束測深系統(tǒng)

R2-Sonic 2024多波束測深系統(tǒng)是淺水多波束的一款典型代表，該系統(tǒng)是一款先進的可實時調(diào)節(jié)掃測角度和頻率的多波束測深系統(tǒng)。多波束測深系統(tǒng)主要工作原理是利用發(fā)射換能器對水底發(fā)射聲波信號，通過接受換能器接受反射波信號，經(jīng)計算機系統(tǒng)對信號的處理和分析，形成上百個水深數(shù)據(jù)匯成的條帶，并以不同的顏色帶顯示，從而將水底地形地物的大小、形狀立體的反應(yīng)出來。多波束測深系統(tǒng)的組成見圖1。

測量船選擇也是非常重要的，特別是在內(nèi)河航道測量工作中，航道窄，水流不穩(wěn)定，既要考慮船體的穩(wěn)定性、安全性，也要考慮船體的靈活機動性，要根據(jù)航道實際情況選擇合適的測量船。工作流程采用九步法。硬件設(shè)備安裝連接完成后測量安裝位置，進行GPS設(shè)置和OCTANS羅涇設(shè)置，測量聲速剖面數(shù)據(jù)，進行R2SONIC 2024 控制軟件的聲納設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，傳感器設(shè)置和環(huán)境設(shè)置，PDS2000軟件設(shè)置成功后進行ROLL，PITCH，YAW三項校正，記錄下三個校正參數(shù)供CARIS HIPS軟件使用，在CARIS HIPS軟件中配置船的時候輸入到Swath1（換能器）相應(yīng)的項目中。進行數(shù)據(jù)采集。外業(yè)采集數(shù)據(jù)經(jīng)CARIS HIPS軟件進行數(shù)據(jù)處理，輸出其它制圖軟件所需數(shù)據(jù)。根據(jù)規(guī)范及工程要求進行制圖，提交最終成果。具體工作流程見圖2。

2 瀾滄江航道圖測繪

瀾滄江航道目前通航段里程約110公里，其中40公里為國際界河，灘多水淺、灣多水急是一大特點。經(jīng)實地踏勘后，選擇合適的船只安裝測深系統(tǒng)，制定實施方案。

整個工作區(qū)域進行四等GPS控制網(wǎng)布設(shè)，平面聯(lián)測分布于上、中、下游的C級控制點，高程聯(lián)測分布于上、中、下游的三等水準點；于通航河段已有3座水文站間布設(shè)水位觀測站4座，同時，布設(shè)50條水位測量剖面，結(jié)合實際，共測水位剖面47條；采用R2-Sonic2024多波束測深系統(tǒng)對主航道進行掃測，非主航道及水深較淺的水下采用單波束進行數(shù)據(jù)采集，水邊至岸線部分采用GPS-RTK進行數(shù)據(jù)采集，岸線以上采用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行處理，外業(yè)進行像控刺測和調(diào)繪工作。

經(jīng)測深系統(tǒng)的安裝、基站和流動站的設(shè)置、系統(tǒng)校準、測深線布設(shè)及儀器穩(wěn)定性檢驗后，測深進行RTK三維水深測量，數(shù)據(jù)采集實景見圖3。在滿足單波束和多波束各測深檢查線同時，采用單波束測深系統(tǒng)對多波束測深系統(tǒng)進行校核。瀾滄江航道經(jīng)檢查測深線單波束7公里、多波束10公里，在深度小于20米時，深度比對互差為±0.36米，在深度大于20米時，深度比對互差為±0.38米，滿足《水運工程測量規(guī)范》的要求。對多波束測深系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)CARIS HIPS后處理軟件處理后，根據(jù)需要比例提取數(shù)據(jù)。部分航道較深處DOM見圖4，三維點云和三維三角網(wǎng)見圖5和圖6。

航道測繪期間，因國際救援需要（緩解湄公河下游國家旱情），上游電廠下泄流量增加，根據(jù)水位站測量數(shù)據(jù)和電廠下泄流量、水位剖面測量數(shù)據(jù)和近3年水文站相關(guān)資料，進行水位流量關(guān)系分析，經(jīng)分析，水位測量與水文站測量水位流量關(guān)系一致性較好，水位測量資料可靠，可進行水位改正計算。

經(jīng)計算，瀾滄江航道共分678帶進行航行基準面投影。

在航行基準面的基礎(chǔ)上對水深數(shù)據(jù)進行分帶處理，確定0米線與水邊線關(guān)系，將0米線上下分別按規(guī)范要求成圖。

在瀾滄江航道測繪項目中采用單波束配合多波束測深系統(tǒng)，不同于水庫靜水測量，考慮因素多變，不同河段改正參數(shù)有差別。

3 結(jié)語

本文對多波束測深系統(tǒng)的基本原理、水深測量技術(shù)在航道測繪中的應(yīng)用作了詳細的介紹，特別是內(nèi)河航道測繪中的一些具體問題的處理進行論述。單波束靈活多變，多波束測深系統(tǒng)穩(wěn)定高效，相互配合，取長補短，在瀾滄江航道測繪項目中，發(fā)揮了極大的作用，取得了很好的效果。

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