Sonic 2024多波束水下地形掃測應用實例

李玉海　陳蘭偉　韓明欽

摘 要：文章主要介紹了多波束系統的儀器性能指標、多波束系統的安裝與校準和后處理的流程，并通過實例敘述了Sonic 2024多波束系統在水下地形掃測中的應用，有效地說明了多波束測量在水下地形測量中的優勢。

關鍵詞：Sonic 2024；多波束；水下地形掃測

1 概述

多波束測深系統將傳統的測深技術從原來的點、線擴展到面，能夠對所測水域進行全覆蓋、高精度測量[1，2，3]。Sonic 2024多波束測深系統是目前市場上主流的測深設備，較其他類型多波束優勢在于超高分辨率和準確度，且波束具有導向性[5]。文章結合實際工作中航道掃測的項目，詳述了多波束系統中各傳感器的性能指標、多波束系統的安裝與校準以及多波束數據后處理的基本流程，最后通過CARIS HIPS生成水下地形的三維圖像。

2 主要儀器性能指標

2.1 多波束測深儀

Sonic 2024是美國R2Sonic公司生產的基于第五代聲吶結構的高精度多波束測深儀。工作頻率為200-400kHz（可調），波束寬度為1°×0.5°@400kHz，波束數目為256個，扇形條帶開角為10°-160°，測深最大量程為500m，脈沖寬度為17μS-500μS，功率為191-2211dB，測深分辨率為1.25cm。

2.2 光纖羅經及姿態傳感器設備

法國iXSEA公司生產的OCTANS光纖羅經和運動傳感器是世界上唯一經IMO認證的測量級羅經。它內置有自適應升沉預測濾波器，在任何情況下，均能實時提供精確可靠的運動姿態數據。OCTANS航向穩定時間小于5min，航向精度為0.1°×Secant緯度，Roll/Pitch動態精度為0.01°，Heave精度為5cm或5%。

2.3 定位設備

Trimble SPS361型信標機是世界GPS知名公司Trimble的高精度的定位設備，支持接收MSK信標差分信號，可提供亞米級定位精度，廣泛應用于海洋測量、港口工程等各個領域，水平定位精度優于1米。

3 多波束安裝與校準

3.1 多波束系統安裝

多波束換能器采用側舷安裝方法安裝于測量船舶的左舷，并以多波束換能器安裝桿與海水面交點作為參考點建立船體坐標系，定義船右舷方向為X軸正方向，船頭方向為Y軸正方向，垂直向下為Z軸正方向[6]，量取各傳感器相對于參考點的位置，往返各測量一次，取其平均值。

3.2 多波束系統校準

多波束系統的校準需要選擇具有一定地形特征的合適區域做校準測量，本次選取垂直于航道的兩條測線作為多波束校準的測線。由于Sonic 2024多波束系統具有PPS功能，能夠實現GPS UTC時間和電腦時間的同步，故時間延時（Latency）為0[4]。因此，本次測量僅需進行橫搖、縱搖和艏搖校準。

（1）橫搖（Roll）校準。通過海底平坦海區同線同速反向的條帶斷面測量數據測定橫搖（Roll）偏差數據。

（2）縱搖（Pitch）校準。通過水深變化大的海區同線同速反向的中央波束測量數據測定縱搖（Pitch）偏差數據。

（3）艏搖（Yaw）校準。通過水深變化大的海區異線（間距為覆蓋寬度的2/3的兩條測線）同速同向的邊緣波束測量數據測定艏搖（Yaw）偏差數據。

4 數據處理與比對

多波束測量結束后使用CARIS HIPS軟件進行水深后處理，后處理順序為：定位數據檢查-姿態數據檢查-聲速改正-線模式編輯-潮位改正-合并數據-面模式編輯數據處理等，生成水下地形三維效果圖，如圖1所示，使用CARIS GIS軟件對水深數據進行抽稀，并按照5mm間隔生成水深文件*.txt，最后根據項目要求繪制測區1：1000比例尺的水深圖。

5 結束語

通過Sonic 2024多波束測深系統水下地形掃測的工程實例，詳述了各種傳感器的性能指標、多波束系統的安裝與校準和多波束數據處理的基本流程，通過水下地形三維圖的生成，較直觀地驗證了高精度和高密度的多波束數據可以分辨水下地形地貌的細微結構和變化，這為對水深測量有較高要求的水下工程以及研究海底地形地貌的變化問題等提供了有力的手段。

參考文獻

[1]趙建虎，劉經南.多波束測深及圖像數據處理[M].武漢：武漢大學出版社，2008.

[2]李家彪，等.多波束勘測原理技術與方法[M].北京：海洋出版社，1999.

[3]趙建虎，等.現代海洋測繪[M].武漢：武漢大學出版社，2007.

[4]王閏成.多波束測深系統的安裝校準[J].海洋測繪，2003，23（1）.

[5]周興華，陳永奇，等.長江口航道疏浚的多波束監測[J].海洋測繪，2002，22（6）.

[6]何斌，程緒紅.多波束測深系統在掃海工程中的應用[J].港口科技-信息化技術.