多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)在榕江堤防險(xiǎn)段監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

馬齊國

摘 要：使用多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)榕江險(xiǎn)段進(jìn)行測(cè)量，查出其存在的隱患，并實(shí)施重點(diǎn)整治，為江河堤圍的除險(xiǎn)加固提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)；榕江；分辨率；堤防

中圖分類號(hào)：TV221.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0146-02

廣東省地處明顯的季風(fēng)區(qū)，是洪、澇、旱、風(fēng)、暴潮災(zāi)害和次生山地災(zāi)害頻發(fā)的省份之一，其中，暴雨、洪水和臺(tái)風(fēng)暴潮的危害最為嚴(yán)重。由于堤防是防洪減災(zāi)的主要水利工程措施，但大部分大江大河的干堤是經(jīng)過歷代加高培厚而成的，堤基和填筑情況復(fù)雜，并存在不同程度的安全隱患，因此要預(yù)先排查堤防存在的隱患，并對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)治理。由于堤防險(xiǎn)段大多是水下的隱蔽工程，采用常規(guī)的測(cè)量方法不僅工作量大、時(shí)間長，而且也不可能實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)，因此研究出可以快速、準(zhǔn)確和無損傷地查出堤防隱患的技術(shù)成為了我省乃至全國面臨的關(guān)鍵課題。

1 流域概況

榕江原名揭陽江，又名鮀江，全長210 km，由主干流南河和一級(jí)支流北河匯成。南河為主干流，發(fā)源于陸豐市東部的百花園，自西南流向東北，經(jīng)揭西、普寧、揭東、揭陽市區(qū)、潮陽和汕頭諸市縣，至牛田洋注入南海，境內(nèi)沿途匯入上砂水、橫江水、龍?zhí)端⑹撬⑽褰?jīng)富水、洪陽河、北河、新西河水、楓江和車田水等支流，流域面積4 408 km2，其中，本市境內(nèi)的集水面積為2 800.87 km2。南河干流長175 km，境內(nèi)干流長133.7 km，平均比降4.9%

2 多波束水下測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)是由聲學(xué)儀器、GPS、姿態(tài)及航艏數(shù)字傳感器、計(jì)算機(jī)及其功能強(qiáng)大的軟件組成的高技術(shù)測(cè)深設(shè)備。多波束水下地形測(cè)量是根據(jù)超聲波工作原理，通過發(fā)射和接收聲波信號(hào)，利用聲波在水體中的傳播時(shí)間和聲速即可計(jì)算出水深。多波束換能器以一個(gè)較大的開角向水下發(fā)射聲波，同時(shí)接收幾十束或上百束聲波，每發(fā)出一個(gè)聲波，便可在垂直于航線上得到一組水深數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)船連續(xù)航行時(shí)，便可得到一個(gè)比水深寬7倍的水下地形資料。多波束水下測(cè)量系統(tǒng)的

3 多波束水下測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)單波束相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有高分辨率、高精度和全覆蓋的特點(diǎn)，另外還有精確、高效、快捷和直觀等優(yōu)勢(shì)。本次采用的是美國LAUREL公司SONIC 2024嵌入式寬帶的超高分辨率多波束測(cè)深系統(tǒng)。SONIC 2024多波束測(cè)深系統(tǒng)在500 m量程范圍內(nèi)具有性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量高和用戶使用靈活方便等優(yōu)勢(shì)。其具體優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：①高分辨率。0.5°超窄波束和聚焦算法，使系統(tǒng)具有超高的分辨率。②靈活多用。頻率和覆蓋寬度可以進(jìn)行在線調(diào)整。③實(shí)效性。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示三維地形，并可在線查看測(cè)量情況，監(jiān)測(cè)堤圍決口的動(dòng)態(tài)變化過程。④全覆蓋。由于測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度不一樣，因此斷面生成的精度也不一樣。傳統(tǒng)斷面測(cè)量方法和多波束全覆蓋測(cè)量方法的平面圖對(duì)比如圖3所示，從圖3中可以看出，多波束的密度越大，測(cè)量精度越高。⑤邊坡顯示。傳統(tǒng)的測(cè)量方法在測(cè)量邊坡時(shí)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，效率不高且精度也不高，而多波束測(cè)量系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換測(cè)量角度，從而能夠快速、高效地完成測(cè)量工作。⑥系統(tǒng)處理軟件功能強(qiáng)大。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、彩色圖像和剖面圖等。⑦系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，直觀性強(qiáng)。利用系統(tǒng)可以在現(xiàn)場(chǎng)直觀地觀察搭配水下的地形起伏、沖淤情況和護(hù)岸工程的效果。

4 江堤防險(xiǎn)段監(jiān)測(cè)成果

本次測(cè)量范圍分為兩段，總長67 km。第一段為榕江南河段（水下地形測(cè)量區(qū)域?yàn)楹拥雷蟀吨梁拥烙野度珨嗝妫瑴y(cè)量河段下游起始位置為揭東區(qū)炮臺(tái)鎮(zhèn)青溪水閘，測(cè)量河段上游終止位置為揭西縣三洲攔河閘閘下，河段長約35 km；第二段為榕江北河段，測(cè)量河段下游起始位置為揭東區(qū)炮臺(tái)鎮(zhèn)雙溪咀，測(cè)量河段上游終止位置為揭東區(qū)月城鎮(zhèn)月城電排站上游500 m，河段長約32 km。

該處的深坑范圍較大，且距離岸邊較近；深槽至堤防的最近距離僅為6 m；該斷面上下游的河床結(jié)構(gòu)和流態(tài)較為復(fù)雜，斷面發(fā)展變化也不不穩(wěn)定，易造成崩塌現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

由于多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視水下地物、地貌的細(xì)微變化，加上三維效果圖非常直觀，因此該系統(tǒng)在堤防安全、潰口和崩岸監(jiān)測(cè)等中具有不可替代的作用。與傳統(tǒng)單波束相比，多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)在效率、精度、分辨率和水下地形成圖質(zhì)量等各方面有了大幅度提高，整個(gè)系統(tǒng)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化，徹底改變了水下測(cè)量的技術(shù)手段。另外，該系統(tǒng)還適用于水庫、湖泊和海洋等水域的水下地形測(cè)量，江岸堤防險(xiǎn)段的水下監(jiān)測(cè)，水下工程檢測(cè)（如拋石護(hù)岸等），河道疏浚和港口、碼頭、橋梁等工程的測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]舒曉明.多波束在航道測(cè)量中的應(yīng)用[G]//測(cè)繪荊楚——湖北省測(cè)繪學(xué)會(huì)2005年“索佳杯”學(xué)術(shù)論文集，2005.

[2]黃永軍，王閏成.多波束外業(yè)實(shí)施研究與探討[J].氣象水文海洋儀器，2005（03）.

[3]原大為.水下地形測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)概述[J]，黑龍江水利科技，2005（01）.

〔編輯：王霞〕endprint

摘 要：使用多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)榕江險(xiǎn)段進(jìn)行測(cè)量，查出其存在的隱患，并實(shí)施重點(diǎn)整治，為江河堤圍的除險(xiǎn)加固提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)；榕江；分辨率；堤防

中圖分類號(hào)：TV221.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0146-02

廣東省地處明顯的季風(fēng)區(qū)，是洪、澇、旱、風(fēng)、暴潮災(zāi)害和次生山地災(zāi)害頻發(fā)的省份之一，其中，暴雨、洪水和臺(tái)風(fēng)暴潮的危害最為嚴(yán)重。由于堤防是防洪減災(zāi)的主要水利工程措施，但大部分大江大河的干堤是經(jīng)過歷代加高培厚而成的，堤基和填筑情況復(fù)雜，并存在不同程度的安全隱患，因此要預(yù)先排查堤防存在的隱患，并對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)治理。由于堤防險(xiǎn)段大多是水下的隱蔽工程，采用常規(guī)的測(cè)量方法不僅工作量大、時(shí)間長，而且也不可能實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)，因此研究出可以快速、準(zhǔn)確和無損傷地查出堤防隱患的技術(shù)成為了我省乃至全國面臨的關(guān)鍵課題。

1 流域概況

榕江原名揭陽江，又名鮀江，全長210 km，由主干流南河和一級(jí)支流北河匯成。南河為主干流，發(fā)源于陸豐市東部的百花園，自西南流向東北，經(jīng)揭西、普寧、揭東、揭陽市區(qū)、潮陽和汕頭諸市縣，至牛田洋注入南海，境內(nèi)沿途匯入上砂水、橫江水、龍?zhí)端⑹撬⑽褰?jīng)富水、洪陽河、北河、新西河水、楓江和車田水等支流，流域面積4 408 km2，其中，本市境內(nèi)的集水面積為2 800.87 km2。南河干流長175 km，境內(nèi)干流長133.7 km，平均比降4.9%

2 多波束水下測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)是由聲學(xué)儀器、GPS、姿態(tài)及航艏數(shù)字傳感器、計(jì)算機(jī)及其功能強(qiáng)大的軟件組成的高技術(shù)測(cè)深設(shè)備。多波束水下地形測(cè)量是根據(jù)超聲波工作原理，通過發(fā)射和接收聲波信號(hào)，利用聲波在水體中的傳播時(shí)間和聲速即可計(jì)算出水深。多波束換能器以一個(gè)較大的開角向水下發(fā)射聲波，同時(shí)接收幾十束或上百束聲波，每發(fā)出一個(gè)聲波，便可在垂直于航線上得到一組水深數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)船連續(xù)航行時(shí)，便可得到一個(gè)比水深寬7倍的水下地形資料。多波束水下測(cè)量系統(tǒng)的

3 多波束水下測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)單波束相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有高分辨率、高精度和全覆蓋的特點(diǎn)，另外還有精確、高效、快捷和直觀等優(yōu)勢(shì)。本次采用的是美國LAUREL公司SONIC 2024嵌入式寬帶的超高分辨率多波束測(cè)深系統(tǒng)。SONIC 2024多波束測(cè)深系統(tǒng)在500 m量程范圍內(nèi)具有性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量高和用戶使用靈活方便等優(yōu)勢(shì)。其具體優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：①高分辨率。0.5°超窄波束和聚焦算法，使系統(tǒng)具有超高的分辨率。②靈活多用。頻率和覆蓋寬度可以進(jìn)行在線調(diào)整。③實(shí)效性。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示三維地形，并可在線查看測(cè)量情況，監(jiān)測(cè)堤圍決口的動(dòng)態(tài)變化過程。④全覆蓋。由于測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度不一樣，因此斷面生成的精度也不一樣。傳統(tǒng)斷面測(cè)量方法和多波束全覆蓋測(cè)量方法的平面圖對(duì)比如圖3所示，從圖3中可以看出，多波束的密度越大，測(cè)量精度越高。⑤邊坡顯示。傳統(tǒng)的測(cè)量方法在測(cè)量邊坡時(shí)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，效率不高且精度也不高，而多波束測(cè)量系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換測(cè)量角度，從而能夠快速、高效地完成測(cè)量工作。⑥系統(tǒng)處理軟件功能強(qiáng)大。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、彩色圖像和剖面圖等。⑦系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，直觀性強(qiáng)。利用系統(tǒng)可以在現(xiàn)場(chǎng)直觀地觀察搭配水下的地形起伏、沖淤情況和護(hù)岸工程的效果。

4 江堤防險(xiǎn)段監(jiān)測(cè)成果

本次測(cè)量范圍分為兩段，總長67 km。第一段為榕江南河段（水下地形測(cè)量區(qū)域?yàn)楹拥雷蟀吨梁拥烙野度珨嗝妫瑴y(cè)量河段下游起始位置為揭東區(qū)炮臺(tái)鎮(zhèn)青溪水閘，測(cè)量河段上游終止位置為揭西縣三洲攔河閘閘下，河段長約35 km；第二段為榕江北河段，測(cè)量河段下游起始位置為揭東區(qū)炮臺(tái)鎮(zhèn)雙溪咀，測(cè)量河段上游終止位置為揭東區(qū)月城鎮(zhèn)月城電排站上游500 m，河段長約32 km。

該處的深坑范圍較大，且距離岸邊較近；深槽至堤防的最近距離僅為6 m；該斷面上下游的河床結(jié)構(gòu)和流態(tài)較為復(fù)雜，斷面發(fā)展變化也不不穩(wěn)定，易造成崩塌現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

由于多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視水下地物、地貌的細(xì)微變化，加上三維效果圖非常直觀，因此該系統(tǒng)在堤防安全、潰口和崩岸監(jiān)測(cè)等中具有不可替代的作用。與傳統(tǒng)單波束相比，多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)在效率、精度、分辨率和水下地形成圖質(zhì)量等各方面有了大幅度提高，整個(gè)系統(tǒng)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化，徹底改變了水下測(cè)量的技術(shù)手段。另外，該系統(tǒng)還適用于水庫、湖泊和海洋等水域的水下地形測(cè)量，江岸堤防險(xiǎn)段的水下監(jiān)測(cè)，水下工程檢測(cè)（如拋石護(hù)岸等），河道疏浚和港口、碼頭、橋梁等工程的測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]舒曉明.多波束在航道測(cè)量中的應(yīng)用[G]//測(cè)繪荊楚——湖北省測(cè)繪學(xué)會(huì)2005年“索佳杯”學(xué)術(shù)論文集，2005.

[2]黃永軍，王閏成.多波束外業(yè)實(shí)施研究與探討[J].氣象水文海洋儀器，2005（03）.

[3]原大為.水下地形測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)概述[J]，黑龍江水利科技，2005（01）.

〔編輯：王霞〕endprint

摘 要：使用多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)榕江險(xiǎn)段進(jìn)行測(cè)量，查出其存在的隱患，并實(shí)施重點(diǎn)整治，為江河堤圍的除險(xiǎn)加固提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)；榕江；分辨率；堤防

中圖分類號(hào)：TV221.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0146-02

廣東省地處明顯的季風(fēng)區(qū)，是洪、澇、旱、風(fēng)、暴潮災(zāi)害和次生山地災(zāi)害頻發(fā)的省份之一，其中，暴雨、洪水和臺(tái)風(fēng)暴潮的危害最為嚴(yán)重。由于堤防是防洪減災(zāi)的主要水利工程措施，但大部分大江大河的干堤是經(jīng)過歷代加高培厚而成的，堤基和填筑情況復(fù)雜，并存在不同程度的安全隱患，因此要預(yù)先排查堤防存在的隱患，并對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)治理。由于堤防險(xiǎn)段大多是水下的隱蔽工程，采用常規(guī)的測(cè)量方法不僅工作量大、時(shí)間長，而且也不可能實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)，因此研究出可以快速、準(zhǔn)確和無損傷地查出堤防隱患的技術(shù)成為了我省乃至全國面臨的關(guān)鍵課題。

1 流域概況

榕江原名揭陽江，又名鮀江，全長210 km，由主干流南河和一級(jí)支流北河匯成。南河為主干流，發(fā)源于陸豐市東部的百花園，自西南流向東北，經(jīng)揭西、普寧、揭東、揭陽市區(qū)、潮陽和汕頭諸市縣，至牛田洋注入南海，境內(nèi)沿途匯入上砂水、橫江水、龍?zhí)端⑹撬⑽褰?jīng)富水、洪陽河、北河、新西河水、楓江和車田水等支流，流域面積4 408 km2，其中，本市境內(nèi)的集水面積為2 800.87 km2。南河干流長175 km，境內(nèi)干流長133.7 km，平均比降4.9%

2 多波束水下測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)是由聲學(xué)儀器、GPS、姿態(tài)及航艏數(shù)字傳感器、計(jì)算機(jī)及其功能強(qiáng)大的軟件組成的高技術(shù)測(cè)深設(shè)備。多波束水下地形測(cè)量是根據(jù)超聲波工作原理，通過發(fā)射和接收聲波信號(hào)，利用聲波在水體中的傳播時(shí)間和聲速即可計(jì)算出水深。多波束換能器以一個(gè)較大的開角向水下發(fā)射聲波，同時(shí)接收幾十束或上百束聲波，每發(fā)出一個(gè)聲波，便可在垂直于航線上得到一組水深數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)船連續(xù)航行時(shí)，便可得到一個(gè)比水深寬7倍的水下地形資料。多波束水下測(cè)量系統(tǒng)的

3 多波束水下測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)單波束相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有高分辨率、高精度和全覆蓋的特點(diǎn)，另外還有精確、高效、快捷和直觀等優(yōu)勢(shì)。本次采用的是美國LAUREL公司SONIC 2024嵌入式寬帶的超高分辨率多波束測(cè)深系統(tǒng)。SONIC 2024多波束測(cè)深系統(tǒng)在500 m量程范圍內(nèi)具有性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量高和用戶使用靈活方便等優(yōu)勢(shì)。其具體優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：①高分辨率。0.5°超窄波束和聚焦算法，使系統(tǒng)具有超高的分辨率。②靈活多用。頻率和覆蓋寬度可以進(jìn)行在線調(diào)整。③實(shí)效性。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示三維地形，并可在線查看測(cè)量情況，監(jiān)測(cè)堤圍決口的動(dòng)態(tài)變化過程。④全覆蓋。由于測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度不一樣，因此斷面生成的精度也不一樣。傳統(tǒng)斷面測(cè)量方法和多波束全覆蓋測(cè)量方法的平面圖對(duì)比如圖3所示，從圖3中可以看出，多波束的密度越大，測(cè)量精度越高。⑤邊坡顯示。傳統(tǒng)的測(cè)量方法在測(cè)量邊坡時(shí)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，效率不高且精度也不高，而多波束測(cè)量系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換測(cè)量角度，從而能夠快速、高效地完成測(cè)量工作。⑥系統(tǒng)處理軟件功能強(qiáng)大。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、彩色圖像和剖面圖等。⑦系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，直觀性強(qiáng)。利用系統(tǒng)可以在現(xiàn)場(chǎng)直觀地觀察搭配水下的地形起伏、沖淤情況和護(hù)岸工程的效果。

4 江堤防險(xiǎn)段監(jiān)測(cè)成果

本次測(cè)量范圍分為兩段，總長67 km。第一段為榕江南河段（水下地形測(cè)量區(qū)域?yàn)楹拥雷蟀吨梁拥烙野度珨嗝妫瑴y(cè)量河段下游起始位置為揭東區(qū)炮臺(tái)鎮(zhèn)青溪水閘，測(cè)量河段上游終止位置為揭西縣三洲攔河閘閘下，河段長約35 km；第二段為榕江北河段，測(cè)量河段下游起始位置為揭東區(qū)炮臺(tái)鎮(zhèn)雙溪咀，測(cè)量河段上游終止位置為揭東區(qū)月城鎮(zhèn)月城電排站上游500 m，河段長約32 km。

該處的深坑范圍較大，且距離岸邊較近；深槽至堤防的最近距離僅為6 m；該斷面上下游的河床結(jié)構(gòu)和流態(tài)較為復(fù)雜，斷面發(fā)展變化也不不穩(wěn)定，易造成崩塌現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

由于多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視水下地物、地貌的細(xì)微變化，加上三維效果圖非常直觀，因此該系統(tǒng)在堤防安全、潰口和崩岸監(jiān)測(cè)等中具有不可替代的作用。與傳統(tǒng)單波束相比，多波束水下地形測(cè)量系統(tǒng)在效率、精度、分辨率和水下地形成圖質(zhì)量等各方面有了大幅度提高，整個(gè)系統(tǒng)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化，徹底改變了水下測(cè)量的技術(shù)手段。另外，該系統(tǒng)還適用于水庫、湖泊和海洋等水域的水下地形測(cè)量，江岸堤防險(xiǎn)段的水下監(jiān)測(cè)，水下工程檢測(cè)（如拋石護(hù)岸等），河道疏浚和港口、碼頭、橋梁等工程的測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕endprint