多波束測(cè)深系統(tǒng)在內(nèi)河航道中的需求及選型分析

多波束測(cè)深系統(tǒng)能完成全覆蓋水深測(cè)量、航行障礙物探測(cè)，使航道測(cè)繪技術(shù)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)全過(guò)程真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化。文內(nèi)對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)在長(zhǎng)江航道中的需求進(jìn)行了分析和選型探討。

伴隨現(xiàn)代科技的發(fā)展，如今的水運(yùn)工程技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多前所未有的高新技術(shù)測(cè)量手段。多波束測(cè)深系統(tǒng)以其全覆蓋、無(wú)遺漏的測(cè)量方式，能完成全覆蓋水深測(cè)量、航行障礙物探測(cè)，在效率、精度、分辨率與水下地形成圖質(zhì)量上有了大幅度提高，整個(gè)系統(tǒng)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)全過(guò)程真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化，徹底改變了傳統(tǒng)的水下測(cè)量技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

需求分析

“十二五”期間，我國(guó)將加快推進(jìn)“一條主線四個(gè)長(zhǎng)江(平安長(zhǎng)江、數(shù)字長(zhǎng)江、陽(yáng)光長(zhǎng)江、和諧長(zhǎng)江)”發(fā)展戰(zhàn)略，加快推進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)現(xiàn)代化。其中數(shù)字長(zhǎng)江是“四個(gè)長(zhǎng)江”的重要組成部分，就是要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江航運(yùn)數(shù)字化、信息化和智能化。因此，依靠科技進(jìn)步，以航道測(cè)量數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化，推進(jìn)電子航道圖建設(shè)，帶動(dòng)數(shù)字航道、智能航道建設(shè)，是提高長(zhǎng)江航運(yùn)現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵。

1.配置多波束測(cè)深系統(tǒng)是數(shù)字航道建設(shè)的需要

以數(shù)字化、信息化和智能化為特點(diǎn)的數(shù)字長(zhǎng)江，是長(zhǎng)江航運(yùn)現(xiàn)代化的重要支撐，其核心內(nèi)容就是數(shù)字航道建設(shè)。“數(shù)字航道”是一個(gè)集航道維護(hù)、測(cè)繪、指揮調(diào)度和信息發(fā)布等多種功能為一體的系統(tǒng)，是數(shù)字地球概念在航道領(lǐng)域的具體應(yīng)用，是綜合運(yùn)用遙感、遙測(cè)、地理信息系統(tǒng)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、通訊、計(jì)算機(jī)模擬、多媒體等多種技術(shù)對(duì)航道業(yè)務(wù)流程、動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理和輔助決策服務(wù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)，是信息基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)的集成。“十一五”期間，長(zhǎng)江航道部門(mén)完成示范段長(zhǎng)江數(shù)字航道的基本框架并逐步進(jìn)行拓展。2008年9月，我國(guó)首段數(shù)字航道—長(zhǎng)江南瀏段數(shù)字航道示范工程建成，長(zhǎng)江航道的維護(hù)管理和對(duì)外服務(wù)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。長(zhǎng)江南瀏段數(shù)字航道上起蘇皖交界的慈湖河口，下至江蘇太倉(cāng)瀏河口，全長(zhǎng)369.5公里。工程主要建設(shè)了電子航道圖系統(tǒng)、航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)、系統(tǒng)支撐平臺(tái)3個(gè)子系統(tǒng)及相關(guān)配套設(shè)施。數(shù)字航道成功建成，實(shí)現(xiàn)了航道圖數(shù)字化、航標(biāo)監(jiān)控實(shí)時(shí)化、信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化，為今后智能航運(yùn)的探索奠定了重要基礎(chǔ)。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，2015年前，長(zhǎng)江全線將全部完成數(shù)字航道建設(shè)。長(zhǎng)江“數(shù)字航道”建設(shè)五個(gè)方面中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)中，要求50％以上航道測(cè)繪數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)即時(shí)傳輸。因此，需要有先進(jìn)的測(cè)繪儀器設(shè)備作為硬件支撐和技術(shù)保障，多波束測(cè)深系統(tǒng)作為先進(jìn)的水上測(cè)量裝備，能有效地為數(shù)字航道建設(shè)服務(wù)。

2.配置多波束測(cè)深系統(tǒng)是電子航道圖建設(shè)的需要

電子航道圖可以直觀地顯示航道水深、航標(biāo)位置、橋梁以及兩岸港口、碼頭等重要地物信息，是“數(shù)字航道”的重要組成部分。電子航道圖推廣應(yīng)用后，安裝了衛(wèi)星定位終端的船舶，在長(zhǎng)江上航行可以直觀地在電子航道圖上顯示方位以及航行軌跡，輔助船舶安全航行，就如同汽車(chē)上使用的導(dǎo)航儀，非常方便。隨著長(zhǎng)江水運(yùn)的快速發(fā)展，迫切需要利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建設(shè)信息更加豐富、準(zhǔn)確，服務(wù)更加及時(shí)、方便的電子航道圖，以適應(yīng)船舶安全、便捷、高效航行的需求。為此，2006年長(zhǎng)江航道部門(mén)在長(zhǎng)江宜昌鳊魚(yú)溪至大埠街255公里江段建設(shè)第一段電子航道圖，實(shí)現(xiàn)了轄區(qū)航標(biāo)的遙測(cè)遙控。2008年又在長(zhǎng)江下游南京至瀏河口369.5公里建成了我國(guó)內(nèi)河第一段數(shù)字航道，實(shí)現(xiàn)了基于電子航道圖的航標(biāo)遙測(cè)遙控、船舶導(dǎo)航和船舶監(jiān)控。2009年又制作完成了宜賓合江門(mén)至鳊魚(yú)溪河段、大埠街至慈湖河口段共2067.5公里的電子航道圖，與已建成的宜昌段、南京至瀏河口電子航道圖銜接。目前長(zhǎng)江電子航道圖已實(shí)現(xiàn)全線貫通，體系初步形成。長(zhǎng)江電子航道圖的全線貫通凝聚了長(zhǎng)江航道測(cè)量50多年智慧的結(jié)晶，是長(zhǎng)江航道測(cè)量隊(duì)伍綜合實(shí)力的體現(xiàn)，也對(duì)長(zhǎng)江航道測(cè)量的儀器設(shè)備的先進(jìn)性提出了更高的要求。“十二五”期間，長(zhǎng)江航道部門(mén)將加快推進(jìn)長(zhǎng)江電子航道圖建設(shè)，力爭(zhēng)到“十二五”末，全面建成長(zhǎng)江電子航道圖，實(shí)現(xiàn)社會(huì)化服務(wù)，為建設(shè)長(zhǎng)江“數(shù)字航道”、實(shí)現(xiàn)智能航運(yùn)目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)航道信息的數(shù)字化、監(jiān)控實(shí)時(shí)化、信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化，需要在電子航道圖正式運(yùn)行的基礎(chǔ)上，圍繞相關(guān)應(yīng)用軟件、電子航道圖的更新、維護(hù)、管理等系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，需要最新的航道信息作為基礎(chǔ)。獲取航道信息，需要有先進(jìn)的測(cè)繪儀器設(shè)備作為硬件支撐和技術(shù)保障。因此，配置多波束測(cè)深系統(tǒng)是電子航道圖建設(shè)的需要。

3.配置多波束測(cè)深系統(tǒng)是長(zhǎng)江航道建設(shè)發(fā)展的需要

與單波束相比，多波束具有無(wú)可比擬的先進(jìn)性。主要體現(xiàn)在：①測(cè)量以帶狀方式進(jìn)行，波束連續(xù)發(fā)射和接收，測(cè)量覆蓋程度高，對(duì)水下地形可100%覆蓋，與單波束比較，波束角窄，對(duì)細(xì)微地形的變化都能完全反映出來(lái)，單波束是點(diǎn)、線的反映，而多波束則是面上的整體反映。②多波束測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)量成果更真實(shí)可靠。由于是全覆蓋，其大量的水深點(diǎn)數(shù)據(jù)使等值線生成真實(shí)可靠，而單波束是將斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行摘錄成圖以插補(bǔ)方式生成等值線，在數(shù)據(jù)采集不夠時(shí)，使得等值線存在一定偏差。③多波束測(cè)深系統(tǒng)同步記錄船體姿態(tài)信息，起伏、縱搖、橫搖、船向等，由專用后處理軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正后，可使測(cè)量結(jié)果受外界不利因素影響減少到最低限度。④多波束測(cè)深系統(tǒng)能對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行多種成圖處理，可生成等值線圖、三維立體圖、彩色圖像、剖面圖等，同時(shí)還能對(duì)同一測(cè)區(qū)不同測(cè)次進(jìn)行比較以及土方計(jì)算等。⑤多波束測(cè)深系統(tǒng)可對(duì)同一測(cè)區(qū)生成不同比例尺的水下地形圖，以滿足不同的需要。

隨著長(zhǎng)江數(shù)字航道、智能航道的建設(shè)，電子航道圖的更新需求，對(duì)航道測(cè)量的需求也提出了實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化的要求。目前長(zhǎng)江航道測(cè)繪部門(mén)需要完成以下測(cè)繪任務(wù)：①數(shù)字航道建設(shè)，電子航道圖測(cè)繪；②水下航道整治建筑物的監(jiān)測(cè)和水毀情況的探測(cè)；③搜尋水下物體，如沉船位置探測(cè)，疏浚作業(yè)可疑物排除；④清淤施工區(qū)水下地貌信息采集；⑤用于航道科研目的的水文測(cè)量、水深調(diào)查；⑥航路改革、新辟航道的掃測(cè)等。

應(yīng)用多波束測(cè)深系統(tǒng)可以高效、快捷的完成上述測(cè)繪任務(wù)。推進(jìn)數(shù)字航道和智能航道的核心在測(cè)量技術(shù)。測(cè)量技術(shù)的提高，關(guān)鍵在配置先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備。鑒于多波束測(cè)深系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)外水上測(cè)量最先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，對(duì)數(shù)字航道和智能航道建設(shè)具有重要的推進(jìn)作用。因此，在長(zhǎng)江沿線各航道測(cè)繪單位合理配備多波束測(cè)深系統(tǒng)，用于電子航道圖數(shù)據(jù)的更新、數(shù)字航道建設(shè)，適應(yīng)長(zhǎng)江航道建設(shè)發(fā)展、航道維護(hù)管理的需要是十分必要的。

選型分析

早在上世紀(jì)八九十年代，多波束測(cè)深系統(tǒng)在海洋測(cè)繪領(lǐng)域就得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為一種成熟先進(jìn)的測(cè)深系統(tǒng)。隨著科技的飛速發(fā)展，多波束測(cè)深系統(tǒng)也加快了更新?lián)Q代的步伐。如丹麥RESON公司的Seabat 系列多波束掃測(cè)系統(tǒng)，近年來(lái)從Seabat 9003、Seabat 8101逐步又推出了SeaBat8125、SeaBat8125H、SeaBat7101、SeaBat7125、SeaBat7111等系列產(chǎn)品。據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)尚未有定型的國(guó)產(chǎn)商用化多波束測(cè)深系統(tǒng)，主要靠引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)的設(shè)備。國(guó)外產(chǎn)品場(chǎng)地主要來(lái)自丹麥、德國(guó)、美國(guó)、挪威、英國(guó)等國(guó)，如丹麥RESON 公司的SeaBat系列，德國(guó)ATLAS公司的 FANSWEEP 20型，美國(guó)R2SONIC 公司的SONIC 2024、Teledyne Odom 公司的ES3 ，挪威Kongsberg 公司的EM 3002，日本Furuno（古野）公司的HS-600（F），芬蘭Meridata公司的MD300系列等。作為一種已成型并不斷升級(jí)換代的高科技測(cè)量產(chǎn)品，多波束測(cè)深系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)也得到一定程度的使用，目前長(zhǎng)江航道部門(mén)對(duì)前述2種類(lèi)型均有實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)。

鑒于長(zhǎng)江干線航道點(diǎn)多線長(zhǎng)，與海洋測(cè)繪有著大不相同的地形地貌和使用需求，同時(shí)，多波束測(cè)深系統(tǒng)為高值易耗設(shè)備，更新?lián)Q代較快，建議多波束選型時(shí)從產(chǎn)品線是否齊全、配置是否靈活、操作是否簡(jiǎn)單、安裝是否方便、分辨率是否高清、系統(tǒng)性能是否穩(wěn)定可靠等方面進(jìn)行比選，重點(diǎn)綜合考慮是否具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

合理的性價(jià)比。分別根據(jù)長(zhǎng)江上中下游航道的不同情況和應(yīng)用領(lǐng)域選擇適合的產(chǎn)品，有效的利用資金，最大限度的發(fā)揮產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。因此可選擇配置合理、價(jià)位合適的淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)。

具備多種工作頻率可選功能。要求能單雙頻多種工作頻率可選，滿足長(zhǎng)江干線不同河段在不同水域的各種復(fù)雜水況的高精度水深測(cè)量應(yīng)用需要。

數(shù)據(jù)采集軟件操作簡(jiǎn)單、顯示直觀。配套的多波束采集軟件，采用Windows窗口界面，能逐一顯示導(dǎo)航軌跡、測(cè)區(qū)背景、水深/GPS/姿態(tài)數(shù)據(jù)等參數(shù)信息，能同時(shí)實(shí)時(shí)生成三維立體圖像，直觀反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量效果和水底地形地貌分布情況。

靈活多樣的工作模式。可以調(diào)節(jié)局部掃測(cè)范圍和波束疏密程度，進(jìn)行特殊區(qū)域的高密度覆蓋重點(diǎn)掃測(cè)，如沉船、管線等水下特定目標(biāo)；也可調(diào)節(jié)波束掃測(cè)角度，進(jìn)行針對(duì)水下垂直結(jié)構(gòu)建筑物的重點(diǎn)掃測(cè)，如：壩體、護(hù)堤、碼頭等，實(shí)現(xiàn)全量程和局部高密度同步覆蓋，提供測(cè)量高效率和局部測(cè)量精度。

安裝方式靈活。要求能非常方便、快速安裝在測(cè)量船上。需要專業(yè)換能器安裝固定托架配套對(duì)接便攜式測(cè)深桿，能選擇側(cè)舷便攜式和船底固定安裝2種方式。換能器安裝固定托架需要拆卸方便，安裝固定簡(jiǎn)單，可頻繁拆卸重復(fù)使用。

系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，有備用設(shè)備替換。多波束測(cè)深系統(tǒng)是目前水深測(cè)量項(xiàng)目應(yīng)用頗為廣泛和可靠的多波束測(cè)深設(shè)備，要比選提供現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和支持的及時(shí)性、便捷性。在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中一旦出現(xiàn)儀器故障問(wèn)題，需要能在24小時(shí)內(nèi)有技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)故障排查并同時(shí)提供備用設(shè)備進(jìn)行工作替換。同時(shí)鑒于多波束測(cè)深系統(tǒng)為國(guó)外產(chǎn)品，為方便使用和操作過(guò)程中的技術(shù)指導(dǎo)、故障維修，在選型時(shí)考慮選擇后續(xù)服務(wù)方便快捷、語(yǔ)言溝通無(wú)障礙、配套設(shè)施更換便利的型號(hào)。

掃測(cè)范圍廣、工作效率高。最大掃測(cè)范圍和有效掃寬水深比要符合長(zhǎng)江航道測(cè)繪要求。在同等掃測(cè)面積的項(xiàng)目應(yīng)用中，減少掃測(cè)航程，降低測(cè)量成本，提高測(cè)量效率。

（作者單位：長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）