多波束測深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞:多波束測深系統(tǒng) 航道疏浚

中圖分類號:U616文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0132-01傳統(tǒng)的測深系統(tǒng)是單波束測深儀，它測量數(shù)據(jù)量小、精度與覆蓋率不高、分辨率較低，因此，隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展和聲納技術(shù)的不斷進步，出現(xiàn)了性能更加優(yōu)異的多波束測深系統(tǒng)，它出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，顯著優(yōu)點是可以同時測得多個水深點的數(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。

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

1 多波束測深系統(tǒng)的構(gòu)成

多波束測量系統(tǒng)被稱為seabat，多波束測深儀、涌浪補償器、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)成了測量系統(tǒng)。其中，多波束測量儀的功能是發(fā)射、接收脈沖信號，實時進行數(shù)據(jù)的采集;外圍輔助設(shè)備的功能是實時定位、測量船的工作姿態(tài)反映、水底地貌的記錄以及進行數(shù)據(jù)處理等。多波束側(cè)深系統(tǒng)所得到的測量結(jié)果，準(zhǔn)確度由自身數(shù)據(jù)質(zhì)量和輔助傳感器的測量參數(shù)的精確程度共同決定，這是一個綜合系統(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)定的位置進行安裝，系統(tǒng)是整體進行工作的。

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馐芨蓴_，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)。同時還要注意磁性物質(zhì)和電子設(shè)備對電羅經(jīng)的干擾作用，為了確保測出的方向數(shù)據(jù)的精確度，應(yīng)該遠(yuǎn)離帶磁的物質(zhì)和計算機等電子設(shè)備。

2.2 安裝姿態(tài)傳感器

為了減少測量的誤差，安裝姿態(tài)傳感器時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定。一般內(nèi)河航道中風(fēng)浪較小，根據(jù)經(jīng)驗來看，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，在靠離碼頭的過程中，尤其注意避免被碰損;同時，可拆、可移動的多波束換能器比較常用。

2.4 安裝DGPS接收機天線

DGPS接收機天線的安裝理應(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)等無線電設(shè)備;同時還要注意避免因為船舶的移動變化而發(fā)生的位置移動，因此天線安裝時要結(jié)實牢固。

為了驗證系統(tǒng)的安裝是否合格，應(yīng)該進行相關(guān)的測試，測試包括通電測試和航行測試。通電測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;這個過程在靜態(tài)狀態(tài)下進行;航行測試是在動態(tài)中進行的，要選擇適合的水域重復(fù)測試多個項目，還要檢測DGPS接收機、電羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器和聲速剖面儀等的工作情況。

3 多波束測深系統(tǒng)在航道疏浚工程中的測量

3.1 掃道的設(shè)計

掃道的設(shè)計包括掃道方向設(shè)計、掃道的寬度設(shè)計和重疊帶寬度設(shè)計三個方面。

掃道方向:多波束測深系統(tǒng)能夠進行全覆蓋式對水下地貌形態(tài)的測深，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，就會照顧到水深的各個角落，不會有遺漏的現(xiàn)象發(fā)生。

掃道寬度:掃道寬度是由具體航道的水深來設(shè)計的，還要考慮漲潮水位的實際情況。

重疊帶寬度:由測量船舶定位中的誤差和船舶偏航系統(tǒng)性誤差來決定。

3.2 數(shù)據(jù)的采集

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

3.3 數(shù)據(jù)處理

首先，要使用濾波器對收集到的數(shù)據(jù)進行濾波分析;第二，要將水域潮位的相關(guān)信息輸入進去并進行數(shù)據(jù)的回放，生成文件，可以進行編輯;第三，進行數(shù)據(jù)的編輯;第四是進行網(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，進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;第六，繪制圖紙，根據(jù)有價值的數(shù)據(jù)來繪制圖紙，并加入航道線、岸線等標(biāo)志符號。對測量數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過編輯、合并、清理無效項目等過程后，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 多波束測深系統(tǒng)在航道疏浚過程中的具體應(yīng)用

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

疏浚施工前的測量中，水下地形地貌、坡度的變化與起伏，多波束測深系統(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;在疏浚過程中，多波束測深系統(tǒng)能夠明顯地檢測到形成的鋸齒狀泥面，并且克服了單波束系統(tǒng)中的漏測的弊端，能夠采集到大多數(shù)的施工點，以格網(wǎng)數(shù)據(jù)圖的形式輸出成果。比起單波束測深系統(tǒng)來說，作業(yè)的時間大大減少了，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，實現(xiàn)了測深技術(shù)革命性的進步，其覆蓋面廣、精度高、分辨率高的優(yōu)點，給航道疏浚工程帶來了極大的便利，并減少了水下作業(yè)的時間，提高了施工的效率，是值得大范圍推廣的先進技術(shù)。本文說明了多波束測深系統(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用，希望能起到一定的借鑒作用。

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