多波束測深系統(tǒng)在水下障礙物掃測中的應(yīng)用

張孝盛,蔡艷軍,王 凱,張長文

（浙江省工程勘察院,浙江 寧波 315012）

多波束測深系統(tǒng)在水下障礙物掃測中的應(yīng)用

張孝盛,蔡艷軍,王 凱,張長文

（浙江省工程勘察院,浙江 寧波 315012）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍、高精度定位系統(tǒng)和各種數(shù)字化傳感器及其他高新技術(shù)的應(yīng)用，多波束測深系統(tǒng)得以高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為目前水下地形測量最先進(jìn)的儀器之一，在航道疏浚、清淤、炸礁工程及水下障礙物排摸等工程領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢.本文通過我院在浙江省舟山市岱山縣某民用碼頭水下工程測量項(xiàng)目，將多波束測深系統(tǒng)與常規(guī)單波束測深系統(tǒng)測量成果進(jìn)行對比，為水下測量工程積累更多科學(xué)依據(jù).

多波束；掃測；水下影像圖

引言

浙江省舟山市岱山縣某在建民用碼頭因工程事故發(fā)生坍塌，碼頭板塊及部分引橋構(gòu)件均沉入碼頭前沿水域，水深約20米左右.為避免影響航運(yùn)安全，需及時(shí)進(jìn)行水下障礙物摸排，為后繼排障工程提供依據(jù).浙江省工程勘察院承擔(dān)了本工程測量任務(wù).時(shí)值該區(qū)域附近正在進(jìn)行1：1000水下地形測量任務(wù)，因此將兩種不同的測深系統(tǒng)交替測量，利用兩套成果進(jìn)行對比分析.

1 水下測量設(shè)備

1.1 多波束測深系統(tǒng)

本次采用的多波束測深系統(tǒng)為美國勞雷公司Sonic 2022（配備電羅經(jīng)及運(yùn)動(dòng)傳感器作為縱傾和橫搖補(bǔ)償裝置）.該系統(tǒng)具有256個(gè)0.5°超窄波束、160°超寬覆蓋能力、1.25cm量程分辨率、最大測深500米、具有60Hz的信號帶寬和200Hz—400Hz實(shí)時(shí)可選擇的20多個(gè)工作頻率，能根據(jù)水下測量需要達(dá)到最佳量程和條帶覆蓋寬度效果，對水下地形地物實(shí)現(xiàn)無縫隙三維掃測.

1.2 單波束測深系統(tǒng)

本次采用的單波束測深系統(tǒng)為中海達(dá)H D-310全數(shù)字測深儀，該系統(tǒng)吃水調(diào)整范圍：0.0m～15m，聲速調(diào)整范圍：1370～1700m/s，測深范圍：高頻0.3m～600m，吃水調(diào)整范圍0.0m～15m，測深精度：±10mm+0.1%h，分辨率：1cm.

2 測量情況

2.1 多波束測量

采用信標(biāo)差分GPS測量自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行海上定位，人工驗(yàn)潮，按30m間隔平行于岸邊布設(shè)主測線，全覆蓋掃測。

2.2 單波束測量

采用信標(biāo)差分GPS測量自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行海上定位，人工驗(yàn)潮，按10m間隔平行于岸邊布設(shè)主測線，按5米測點(diǎn)間距進(jìn)行測量。

3 測量結(jié)果及對比分析

根據(jù)兩套測深系統(tǒng)測量成果在南方CASS9.1軟件中生成水下地形圖，見如下所示：

多波束數(shù)據(jù)抽稀后，在CAD中生成的等值線圖

單波束測量水下地形圖

TruePixTM真實(shí)場景成像（塊狀區(qū)域?yàn)樗葜了状a頭板塊，條狀為碼頭預(yù)制構(gòu)件）

根據(jù)以上地形圖結(jié)合Sonic 2022多波束測深系統(tǒng)TruePixTM真實(shí)場景成像功能生成的水下影像圖可知，常規(guī)單波束測量成果只能根據(jù)有限的測點(diǎn)數(shù)據(jù)勾勒出水下障礙物大致異常范圍，對障礙物的形狀、淺點(diǎn)、高點(diǎn)均不能形象反應(yīng)；而多波束測量數(shù)據(jù)能更精細(xì)、準(zhǔn)確、直觀地反應(yīng)水下障礙物情況，可對后繼排除水下障礙物的工作提供更為詳細(xì)的參考.

4 結(jié)論與建議

本次工程測量將多波束掃測技術(shù)成功應(yīng)用于水下障礙物掃測，效果遠(yuǎn)超常規(guī)單波束測量方法，為該技術(shù)在水下測量工程積累了工作經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)依據(jù).

單波束測深系統(tǒng)的特點(diǎn)是造價(jià)便宜，安裝、校正方便、作業(yè)靈活機(jī)動(dòng)；缺點(diǎn)是測量模式為線性測量，測點(diǎn)和測線之間存在一定盲區(qū)；在淺水近岸區(qū)域的常規(guī)水下地形圖測量中應(yīng)用廣泛.多波束測深系統(tǒng)與單波相比，能夠?qū)λ碌匦芜M(jìn)行全覆蓋掃測，同步測深點(diǎn)多，測量快捷，且能適時(shí)提供水下地形影像圖，量程范圍內(nèi)性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量高，在航道疏浚、清淤、炸礁工程及水下障礙物掃測等工程領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢.但因多波束測深系統(tǒng)造價(jià)昂貴，安裝及調(diào)試工作相對繁瑣，所以在具體水下測量工作中應(yīng)靈活選擇或有效結(jié)合兩種測深系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)，以發(fā)揮更大的效益.

[1]中交天津航道局有限公司，中交天津港航勘察設(shè)計(jì)院有限公司.水運(yùn)工程測量規(guī)范（J TS131-2012）[S].北京：人民交通出版社，2012.

[2]劉經(jīng)南，趙建虎.多波束測深系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].海洋測繪，2002（5）：3-6.

[3]趙鋼，王冬梅，黃俊友.多波束與單波束測深技術(shù)在水下工程中的應(yīng)用比較研究[J].長江科學(xué)院院報(bào),2010，27(2).

責(zé)任編輯：張隆輝

P204

A

1672-2094(2014)05-0159-03

2014-08-15

張孝盛（1973-），男，四川射洪人，浙江省工程勘察院工程師.研究方向：海洋測繪，地理信息系統(tǒng).