淺談多波束測量技術(shù)與海洋測繪工序的調(diào)整策略

摘要：隨著海洋測繪科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，以及信息化裝備的要求，海洋測繪體系進(jìn)行了數(shù)字化技術(shù)的改造。其中多波束水深測量技術(shù)的出現(xiàn)引起了海洋測量技術(shù)的一次重大變革。在新形勢下，必須對多波束測量技術(shù)與海洋測繪工序做出進(jìn)一步的調(diào)整。本文綜合影響多波束測量的因素，主要論述了多波束測量技術(shù)與海洋測繪工序的調(diào)整策略。

關(guān)鍵詞：多波束測量技術(shù) 海洋測繪工序調(diào)整策略

1、目前的多波測量技術(shù)與海洋測繪工序技術(shù)體系

目前海洋測繪體系已完成了數(shù)字化技術(shù)改造，目前由控制、水深、地形等的測量到海圖的編輯、加工和出版，全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化?？墒桥c紙質(zhì)海圖的工序相比，目前的海洋測繪的供需變化卻不大，根本原因是由于整個(gè)技術(shù)的改造是參照紙質(zhì)海圖的工序?qū)嵤┑摹?/p>

水深測量是海洋測繪的核心技術(shù)，目前由于單波束到多波束測量方式的改變，水深測量技術(shù)發(fā)生了重大的變革，實(shí)現(xiàn)了壘覆蓋的海底地形測量。可是，如果不考慮改變目前的測量工序和要求，不僅不會減少海圖產(chǎn)品化的時(shí)間和擴(kuò)大海洋測繪產(chǎn)品的多樣性。相反，由于數(shù)據(jù)量太大，卻會增加海圖出版機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。

目前，攝影測量技術(shù)正引入到海岸地形的測量中來，也經(jīng)歷了由模擬方式到數(shù)字方式的變革，極大地提高了攝影測量技術(shù)的水平。可是，由于忽略了海圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)的影響，與模擬方式的工序相比，工序的變化不大，全數(shù)字?jǐn)z影測量也是由控制、調(diào)繪、加密、測圖等工序組成的。

2、多波柬測量技術(shù)與海洋測繪工序的技術(shù)調(diào)整

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水下地形測量要求的提高，傳統(tǒng)單波測深儀已經(jīng)無法滿足日益增長的新需求，而可以全覆蓋測量的多波束水下地形測量系統(tǒng)開始被逐漸應(yīng)用到水利工程的測量領(lǐng)域，應(yīng)發(fā)揮著越來越重要的作用。

多波束測量系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航定位與數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。通過安裝在測船底部的探頭發(fā)射和接收聲波信號，由聲波在水體中的傳播時(shí)間與聲速乘積即可計(jì)算出水深。探頭由發(fā)射探頭和接收換能器組成，有多達(dá)126個(gè)相互獨(dú)立的接收換能器(定向旋轉(zhuǎn)發(fā)射126個(gè)波束)；接收信號通過聲納處理器再傳到計(jì)算機(jī)。

多波束系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)測深方法，在波束形成理論、勘測技術(shù)、校正與處理方法上形成了自身復(fù)雜的特點(diǎn)，在測量中需要加以注意，否則將嚴(yán)重影響勘測精度。

2.1.多波束測量技術(shù)的影響因素

多波束測深系統(tǒng)采取多組陣和廣角度發(fā)射與接收，形成條幅式高密度水深數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航定位與數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。由于多波束系統(tǒng)橫向、縱向測點(diǎn)都十分密集，這就需要由高精度GPS定位系統(tǒng)與之相配套。否則將造成測點(diǎn)位置錯(cuò)位，失去多波束系統(tǒng)勘測的意義，井使海底地形失真或畸變。因此，必須嚴(yán)格測量各個(gè)坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)，保證測量精度，以實(shí)現(xiàn)最佳的測量結(jié)果。

對多波束精度的影響因素主要包括：不同水域環(huán)境的音速對波束傳播的影響、GPS定位對--坐標(biāo)精度的影響、測船中換能器的相對位置，以及潮位改變對水深的影響等等。以坐標(biāo)系的影響為例，由于多波束測深采用廣角度定向發(fā)射、多陣列信號接收和多個(gè)波束的形成及處理等技術(shù)，為了更好的說明波束的空間關(guān)系和波束海底投影點(diǎn)的空間位置，首先必須定義好多波束測船參考坐標(biāo)系。多波束系統(tǒng)的換能器不論是固定還是便攜式安裝，其相對測量船的位置總是不變的，因此測量船是多波束勘測最現(xiàn)實(shí)的參考工作平臺。考慮到波束空間角度表達(dá)的便利，一般測量船參考坐標(biāo)系原點(diǎn)選擇在換能器對稱中心，船只橫向左舷方向?yàn)閤軸，船只縱向船頭方向?yàn)閅軸，船只鉛垂向下為z軸。另外，運(yùn)動(dòng)傳感器要嚴(yán)格安裝在與船中軸平行的地方。多波束船參考坐標(biāo)系是一種三坐標(biāo)軸與船固定并隨著船只運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系，它使得多波束各測深點(diǎn)的相對位置與測量船只定位系統(tǒng)的大地空間位置建立了聯(lián)系，同時(shí)也為進(jìn)行傳只補(bǔ)償提供了空間關(guān)系和基本方法。因此，以上的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格準(zhǔn)確的測量。

通過實(shí)踐試驗(yàn)可知，利用多波束測深系統(tǒng)，對聲速、導(dǎo)航系統(tǒng)的定位、參考坐標(biāo)系及潮位等影響因子加以注意，采用合理的測量方法以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理，完全能夠測得準(zhǔn)確可靠的水下地形圖，發(fā)現(xiàn)水下地形的細(xì)微變化。

2.2.海洋測繪工序的技術(shù)調(diào)整

由于技術(shù)工序的調(diào)整和測量重點(diǎn)的改變，必然導(dǎo)致海洋測繪方法和技術(shù)的變革，大量的成熟技術(shù)需要攻克，部分理論和方法需要修正。

信息比不等于數(shù)字化，信息化不是單一的技術(shù)問題，綜合性、體系化的思維和設(shè)計(jì)方式才是信息化的本質(zhì)要求。不管是水深測量技術(shù)還是攝影測量技術(shù)，由于最終的服務(wù)對象是海圖等海洋測繪產(chǎn)品的出版，如果不考慮海圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)的影響，必然會導(dǎo)致海洋測量技術(shù)發(fā)展問題的出現(xiàn)。

多波束測量具有全覆蓋、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，不改變目前的水深測量工序，要由多波束測量的源數(shù)據(jù)形成一個(gè)符合海圖要求的水深數(shù)據(jù)是特別困難的，會極大地增加由水深測量到海圖產(chǎn)品的時(shí)間差。結(jié)合Ns(航海表面)和H-Cell(按海圖綜合的方法由NS抽取的水澡點(diǎn)和等深線，同時(shí)疊加障礙物等要素組成的海圖出版中的重要工序)的概念，同時(shí)參考NOAA(美國國家海洋大氣管理局)的方式，調(diào)整了目前的水深測量工序。具體修測體系：

(1)水深測量數(shù)據(jù)改正和計(jì)算誤差，形成網(wǎng)格化的NS。

(2)按照自動(dòng)綜合方法，由NS形成水深點(diǎn)和等深線H-Cel；

(3)障礙物探測數(shù)據(jù)改正，形成一個(gè)障礙物H-Cdll；

(4)不同的H-Cell疊加，嵌入海圖的數(shù)據(jù)庫，完成海圖數(shù)據(jù)的修鍘。

由此可見，由測量數(shù)據(jù)到網(wǎng)格化的NS，再由NS到H-Cell，不僅改變了水深測量成果的表現(xiàn)形式，形成了一個(gè)服務(wù)于數(shù)據(jù)庫修測或更新的水深測量工序，同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)海底DTM等產(chǎn)品的出版，提高了海洋測繪產(chǎn)品的多樣性和豐富性。

海洋測量、數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品化是海洋測繪體系的三個(gè)核心環(huán)節(jié)，它們相互依存，相互影響，共同發(fā)展。多波束測量技術(shù)的發(fā)展和海圖數(shù)據(jù)庫的建立，將會對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品化產(chǎn)生重大影響，使得海洋測繪產(chǎn)品化的時(shí)間得以有效縮短，并能提高海洋測繪產(chǎn)品的多樣性。

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