多波束探測技術在礦山地質測量中的應用現狀

李向紅

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質勘查局七0六隊，新疆 阿勒泰 836500）

目前多波束聲納是目前在地質探測作業(yè)中一種最常用的設備，且該設備對于單波束勘探而言具有著非常快速的發(fā)展，甚至有時只需要一個PING即可完成上千個點的精確測量。

1 國內外現狀

1.1 國內現狀

20世紀80年代起，我國就開始研究AUV系統(tǒng)技術，并取得了重要的研究成果。20世紀90年代初中科院和哈爾濱工程大學等單位就開始與俄羅斯進行了合作，在測量機器人的基礎上，針對目前我國對于部分礦區(qū)地質調查項目，研究了續(xù)航力約五十公里的自動勘測器。十二五期間，哈爾濱工程大學聯(lián)合重工集團研究所等展開了多波束探測技術深入研究，并在此向研究中研制了智能探測系列，從而展開了區(qū)域地況的實驗和應用。

1.2 國外現狀

圖1 REMUS系列在礦區(qū)地質探測示意圖

現如今，國外對于AUV的研究也是日益的成熟，下面列舉一下國外最具有代表性的多波束聲納。美國Hydroid公司生產的REMUS系列的AUV，其不同領域的應用和型號也是非常多的，因為其REMUS系列的AUV性能較強，美國的這一款AUV在2007年的時候就被挪威一家公司收購了，且現在已經被多國采用和應用中。詳情請見圖1。

2 AUV測量優(yōu)點

2.1 質量

一般情況選使用AUV進行探測時，一般由于其的線纜較長，所以很難按照預定線路行駛。這種情況下如果使用AUV多波束聲納來進行勘探，它不僅可以準確的調整方向，精準的控制測量設備行駛在預定的線路上，還能在遇到突發(fā)狀況時，使航線的偏差保持在幾米之內，從而獲得更準確的地況信息。

2.2 效率

熟知，AUV的探測速度為3千米到4千米，而深拖的探測速度只有2.5千米，其次深拖的系統(tǒng)在完成一個航線要轉入下一個航線時，為了保證其自身的拖魚不與深水地況進行碰撞，必須通過非常大的回轉方式，這往往需要耗費幾個小時。而AUV多波束聲納就不需要擔心這一方面，它幾乎只需要幾分鐘就能進入預定好的下一個線路，這也是提高了深部礦井勘探的一個時效性。

2.3 效益

對于深拖技術系統(tǒng)來說，一旦超過其承受的探測深度時，一般需要用到長基線來進行對拖魚的定位，長基線雖然準確度較高，但是費用高、耗時。相比較下，AUV能夠自主定位航行在規(guī)定的區(qū)域，這會大大減少了人力物力的使用和成本的浪費情況。

3 AUV測量難點

3.1 精度

熟知，AUV一般采用的是快捷連貫和速度補償的導航方式。長時間在深部礦層進行地況勘探時存在著導航的失誤和時間問題，因此導致AUV在探測作業(yè)時的坐標會有一定的偏差。目前的解決辦法就是使用長基線或者聲音系統(tǒng)來進行輔助，在使用AUV作業(yè)時，應該提前在作業(yè)區(qū)布置聲納的標志，通過布置好的標志從而建立類似于GPS系統(tǒng)的聲音定位網絡，解決對于多個標志的距離問題，由于位置已經知道，從而計算出測量設備的具體位置。

3.2 質量影響

要知道橫向運動對于MBE的測量質量和精準度的影響是非常大的，一般可以影響一串波束的形成，造成測量的最終結果和精準度降低，而對于與其相關的多波束聲納來說影響是更大的，若橫向運動沒有及時修正，將沒有辦法進行正確的位置對比，從而導致大量的突發(fā)情況產生，且水下的檢測剖面無法形成。

3.3 兼容問題

因為NBE對于定位、資源和特殊地質環(huán)境方面有著獨特的要求，因此與AUV合體之后，會出現一些兼容性的問題。

3.3.1 時間同步

由于深部礦區(qū)勘探數據通常是存儲在U盤中，當數據收集完整時可以進行提取處理工作，所以在數據收集時，需要先記錄實時定位數據、探測過程形態(tài)、探測深度等等信息需要保持一致，不然后期測量數據的準確度與質量都會受到影響，更嚴重的還會導致數據信息無法進行處理和記錄。針對以上問題最好的解決方法就是使用傳統(tǒng)的信號時鐘，將各種探測得到數據信息進行同步化處理。

3.3.2 兼容

由于AUV搭載了除NBE外多種聲納設備，例如DVL、高度計、USBL等聲納設備，所以如果其中一個聲納設備與NBE的頻率接近、相鄰或者發(fā)生一樣的倍頻，那么此時不同設備的礦山深部開采區(qū)信息會受到干擾，導致最終的檢測質量下降。這時可以采用時間輪轉的方式來使用不同的設備，盡量避開它們互相干擾的時間段。

3.3.3 電磁兼容

NEB設備本身的功率和其他設備相比平均功率較大，一般不小于一百萬左右，且再發(fā)聲時功率也會瞬間增大幾倍，導致所給供電系統(tǒng)的電流也會產生一定的不平穩(wěn)現象。且，AUV設備本身也搭載了無線網絡、以及其本身的螺旋槳和電機等設備，而這些設備也會通過各種途徑來對NBE進行干擾。

因此，在AUV的設計工程中，對于有可能導致電磁干擾的電磁兼容為問題要多多加以研究和考慮。

4 結語

隨著我國AUV技術的不斷成熟，AUV搭載多波束聲納在礦山地質測量上也逐漸地顯現出其本身的優(yōu)勢作用。且通過我國科技工作者的不斷努力，也在逐漸縮小與國外的科技水平差距，爭取在不久的將來在多波束聲納的領域方面取得更大的進步。