多波束系統在海洋航道測量中的應用

徐樂

（交通運輸部北海航海保障中心天津海事測繪中心，天津300000）

1 引言

由于科學技術的飛速發展，在我國海洋航道測量中逐漸出現多種測量系統，其中多波束系統是一種應用較為廣泛，且具有較好實際效果的測量系統。因此，本文對多波束系統在海洋航道測量中的應用進行分析。

2 多波束系統概述

多波束測深系統是一種利用多波束對水底情況進行測量的系統。該系統區別與傳統單波束測深系統不僅具有良好的海底地形測量效率，而且在實際的測量中還能夠對多個海底測量點的深度值進行獲取。主要分為以下三個子系：多波束的發射接收系統；定位、定姿態等輔助系統；數據后處理系統。該種系統的應用將對海洋航道實行面化的測量，提升了我國在海洋航道測量過程中的效率以及準確程度，將在一定程度上推動我國海洋運輸事業的發展[1]。

3 多波束系統的應用特點

3.1 應用帶狀方式進行測量

多波束系統作為一種新型的技術，是多種先進技術的集成，在應用過程中，測量是以帶狀方式進行的。多波束系統在應用過程中，優勢在于具有較高的測量覆蓋程度，能夠實現對水下完全覆蓋。多波束系統與單波束相比，更能夠完全反映出水下地形的任何細微變化。這主要是由于多波束系統是面的反應，而單波束則是一種點的反應。在對水下地形進行測量的過程中，帶狀方式進行測量，測量的數據是具有較高的可靠性的。這主要是由于在生成等值線的過程中，這種全覆蓋的測量方式，數據量較大，可靠性較好。而單波束則不然，在收集數據過程中，會由于數據不夠而出現偏差。因此，多波束系統應用過程中，具有較大的應用優勢。

3.2 發射換能器較為先進

多波束系統在應用過程中，能夠向水底投射的覆蓋扇區可達到165°寬。與此同時，接收器還能夠形成動態聚焦波數。不僅如此，對探測到的數據還能夠實時傳遞至監視器中。由此可見，發射換能器的先進性。

3.3 保障海洋航道測量的精確

在測量過程中，船只是動態的，因而對水下測量的精確性和可靠性是存在很大的影響的。在應用多波束系統時，由于能夠對動態數據進行實時采集，因而在測量精確性方面和可靠性方面均具有很重要的優勢。這不僅體現在測量前，更體現在測量過程中。為進一步保障海洋巷道測量的精確性，運動傳感器以及光纖羅經和相應軟件等等，能夠對船只進行同步的記錄，不僅如此，還能夠對其進行及時矯正，從而真實且精確地反映出水底的實際情況。這些均歸功于多波束系統的應用。

3.4 可形成直觀的數據圖

多波束系統在應用過程中，除了具有以上的應用特點外，還能夠形成直觀的數據圖。這主要是由于多波束系統是較為強大的處理軟件，具有十分完善的功能，能夠從實際需求出發，對不同比例尺的數據進行抽取，并生成數據圖。同時功能的強大性還體現在數據圖類型的多樣化方面，有測量深度的數據圖，還有測量水深等值線的數據圖，也有地形模型圖，更有彩色水深圖以及地形陰影圖等等。除此之外，還有質量控制報告。由此可見，多波束系統功能的強大。

4 多波束系統在海洋航道測量中的應用

4.1 項目概況

某項目部承擔了某港區的港口航道圖測量任務，為編繪該港區港口航道圖提供可靠的基礎數據，采用Seabat 7125型多波束測深系統對測區內的港池航道及礙航物進行了多波束全覆蓋掃測。

4.2 多波束系統應用的前期準備

①多波束系統的安裝與船體坐標系構建。安裝時以多波束換能器桿與水面交點作為坐標系參考點，安裝在測量船的舷側。以多波束系統安裝聲納頭安裝桿與海水面交點作為參考點，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，量取各傳感器相對于參考點的位置，往返各測量一次，取其中值。②測線布設。多波束主測線順航道方向按水深3～4倍布設，要保證測量區域全覆蓋，若發現可疑淺點，應進行復測，準確確定目標的性質和深度。檢查線垂直于主測線且應達到主測線長的5%。③聲速剖面測量。多波束測量不同區域海水溫差較大，測量區域內海水溫度和鹽度均隨時間及地理位置的變化發生變化，直接導致不同時間、地點的聲速剖面差異明顯，為不影響多波束測深精度，提高邊緣波束的利用率，測量時根據當天測量區域及時間跨度合理加密聲速剖面的測量，應早、中、晚各測定一次聲速，詳細準確記錄測量的時間、地點，在后處理軟件中選擇距離最近或測量時間最接近的聲速剖面進行聲速改正。④數據采集。測量時使用RBN/DGPS差分定位系統進行定位，使用HYPACK 2014軟件進行實時導航和航跡線定位數據的采集，采樣間隔設置為1秒；使用QINSy 8.1軟件進行多波束水深數據的采集。⑤數據處理。采用CARIS HIPS and SIPS 6.1軟件后處理軟件對多波束原始數據進行數據轉換、聲速剖面改正、潮汐改正、線模式編輯、SUBSET子區編輯，最后采用CARIS GIS 4.5a軟件按照1∶1000比例尺壓縮水深數據用于留存待用。⑥儀器檢驗。以上所使用之儀器包括：定位設備、聲速儀、測深設備、測量船動吃水、多波束探頭校準測試均應在測量前依技術規范進行檢校。

4.3 海洋測量應用

通過對港池及航道內水域進行掃測，測區內主測深線與檢查線符合情況良好，共比對104個水深點，比對半徑圖上1.0mm以內，比對結果符合規范要求，如下表所示：

表1 水深主檢測線比對表

主、檢測線比對結果符合測量規范要求。

對某港池內港池航道進行多波束全覆蓋掃測后。在內業處理期間發現本次掃測范圍內現疑似沉船信號。經對2017-143、2017-146、2017-245的數據進行處理分析后確認該可疑信號為沉船，通過對多波束影像判讀顯示，該沉船長約40m、寬約12m，呈正座姿態沉于海底,船艏-船尾約呈155°～335°方向。多波束掃測最淺水深為3.8m，高出海底面約4.6m。

圖1 “沉船”掃測圖

5 結論

本文通過對多波束系統進行闡述，進而分別從應用帶狀方式進行測量、發射換能器較為先進、保障海洋航道測量的精確、可形成直觀的數據圖四方面對多波束系統的應用特點進行詳細的分析，并分別從項目概況、多波束系統應用的前期準備以及海洋航道測量的應用三方面對在海洋航道測量中的具體應用進行詳細的研究與思考。在未來的研究生活中應進一步對多波束系統在海洋航道測量中的應用進行詳細的研究與分析，希望本文能夠為多波束系統在海洋航道測量中的應用研究提供幾點借鑒，并為我國海洋航道的發展提供積極的推動作用。