3DSS-iDX-450三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀設(shè)備驗(yàn)收及性能分析

摘 ?要：測(cè)量設(shè)備驗(yàn)收是一項(xiàng)基礎(chǔ)、系統(tǒng)的工作，通過(guò)設(shè)備驗(yàn)收，檢驗(yàn)設(shè)備實(shí)際指標(biāo)是否符合購(gòu)置的要求，是否滿足相關(guān)測(cè)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確定新購(gòu)置設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中的操作流程、工程適用度。三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀是本中心2018年引進(jìn)的新型測(cè)量設(shè)備，根據(jù)中心質(zhì)量管理體系和相關(guān)規(guī)范的要求，測(cè)繪設(shè)備在投入使用前需要進(jìn)行海上測(cè)試以保證設(shè)備有效性和結(jié)果的準(zhǔn)確性，并積累設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：Ping3D 側(cè)掃聲吶;條帶測(cè)深儀;設(shè)備驗(yàn)收

0 引言

天津海事測(cè)繪中心隸屬于交通運(yùn)輸部北海航海保障中心，開展上級(jí)安排的海道測(cè)量、通航尺度核定、應(yīng)急搶險(xiǎn)、沉船掃測(cè)等工作，保障航行安全，必須保證測(cè)量精度和設(shè)備穩(wěn)定可靠以及高效率。側(cè)掃聲吶和多波束全覆蓋測(cè)量是目前水道測(cè)量的主要技術(shù)手段，為了更好地完成上級(jí)下達(dá)的港口航道測(cè)量年度指令性任務(wù)，開展港池、航道、錨地等測(cè)量工作，執(zhí)行海事應(yīng)急搶險(xiǎn)、沉船等礙航物掃測(cè)、通航尺度等工作，詳細(xì)了解水下狀況以及水下目標(biāo)的狀況，中心引進(jìn)了高分辨率的Ping3D側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀。

1 3DSS-iDX-450三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀簡(jiǎn)介

3DSS-iDX-450（見圖1）是加拿大Ping DSP公司生產(chǎn)的三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深一體化系統(tǒng)，內(nèi)置了實(shí)時(shí)高精度聲速探頭及高精度可獲GNSS輔助的測(cè)量級(jí)IMU姿態(tài)傳感器，可內(nèi)置或外接支持RTK實(shí)時(shí)差分及Qinertia PPK后處理差分的GNSS。3DSS-iDX-450采用了Ping DSPTM專利信號(hào)處理技術(shù)，從根本根變了過(guò)去相干理論中的單一入射角識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了多入射角同時(shí)到達(dá)檢測(cè)技術(shù)（如海底、海面、水柱和多路徑等），成功地在一臺(tái)便攜且易用的小型聲吶上，實(shí)現(xiàn)了真三維側(cè)掃點(diǎn)云圖像以及超寬覆蓋水道測(cè)深一體化，革命性地將2D側(cè)掃聲吶擴(kuò)展到三維立體時(shí)代，在完全享用無(wú)偏差的坐標(biāo)位置的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了側(cè)掃測(cè)深的二維和三維圖像的同步顯示。3DSS實(shí)時(shí)軟件能夠?qū)崟r(shí)顯示、捕捉和測(cè)量清晰的三維立體側(cè)掃圖像，如海底紋理，結(jié)構(gòu)和沉船，生物棲息地和植被，管道，電纜，地質(zhì)形態(tài)，樁基，地質(zhì)災(zāi)害等，有效發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證在測(cè)深地形中不明顯的特征物。

2 3DSS-iDX-450海上測(cè)試驗(yàn)收方案設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)3DSS-iDX-450海上測(cè)試主要進(jìn)行了設(shè)備穩(wěn)定性、水深成果符合性、沉船障礙物掃測(cè)、小目標(biāo)發(fā)現(xiàn)能力等方面的測(cè)試。

2.1 室內(nèi)通電測(cè)試

對(duì)新進(jìn)海上測(cè)量設(shè)備3DSS-iDX-450室內(nèi)通電測(cè)試主要檢查各種設(shè)備硬件連接、通信是否正常，模擬采集是否正常，備件是否齊全。同時(shí)整理新進(jìn)設(shè)備隨機(jī)資料，制作開箱驗(yàn)收單，歸檔相應(yīng)的資料。

2.2 ?3DSS-iDX-450測(cè)深穩(wěn)定性測(cè)試

將測(cè)量船停泊在一處水深超過(guò)5 m 的安靜碼頭水域，連續(xù)開機(jī)采集8 h以上，在5 m處放置水深檢查板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以中央波束為準(zhǔn)檢查儀器穩(wěn)定性。

2.3 ?3DSS-iDX-450測(cè)深精度符合性測(cè)試

計(jì)劃在天津港主航道附近選取一處范圍500 m×500 m左右（現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整）的海底平坦自然水域?qū)嵤l帶蓋測(cè)深，對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行全覆蓋測(cè)量，根據(jù)測(cè)量區(qū)域水深和開角設(shè)計(jì)計(jì)劃測(cè)線，分別采用不同掃寬、不同測(cè)量模式、不同船速等不同設(shè)置進(jìn)行測(cè)量。使用該條帶多波束垂直于主測(cè)線設(shè)計(jì)檢查線，為保證檢查線水深精度，檢查線開角計(jì)劃使用90°。將不同采集設(shè)置采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，使用主測(cè)線與檢查線測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)符合檢查，并與現(xiàn)有水深圖進(jìn)行外符合比對(duì)檢查。

2.4 ?障礙物探測(cè)能力測(cè)試

為檢查該條帶多波束發(fā)現(xiàn)海底障礙物能力，在臨港航道北側(cè)原圖載“南疆南”沉船水域處進(jìn)行測(cè)試（38-**-27N，117-**-57E），使用準(zhǔn)備驗(yàn)收的3DSS-iDX-450型條帶測(cè)深儀對(duì)其進(jìn)行全覆蓋掃測(cè)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后并生成三維海底地貌圖，計(jì)算最淺點(diǎn)的位置坐標(biāo)及最淺水深值。

為檢測(cè)最小目標(biāo)發(fā)現(xiàn)能力在臨港航道沉船附近選擇一處不影響過(guò)往船只航行的海底平坦水域，拋設(shè)一座長(zhǎng)寬高各1 m左右的塑料水箱作為海底目標(biāo)，使用3DSS-iDX-450對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行掃測(cè)，測(cè)試該條帶多波束對(duì)海底小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力。

3 3DSS-iDX-450海上測(cè)試驗(yàn)收結(jié)果

3.1 室內(nèi)通電測(cè)試結(jié)果

室內(nèi)檢查設(shè)備軟硬件、備件齊全，并進(jìn)行實(shí)際連接，安裝相關(guān)的軟件硬件搭建整體運(yùn)行環(huán)境;室內(nèi)通電測(cè)試，各種指示燈狀態(tài)以及數(shù)據(jù)傳輸正常，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可以進(jìn)行海上現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

3.2 ?3DSS-iDX-450測(cè)深穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

本次測(cè)量將該設(shè)備使用專用安裝架固定安裝在測(cè)量船舷側(cè)，量取安裝參數(shù)，將測(cè)量船停泊在一處安靜碼頭水域，測(cè)量固定深度為5 m的檢查板，連續(xù)開機(jī)采集8 h以上，測(cè)試該設(shè)備在靜態(tài)環(huán)境下的儀器穩(wěn)定性，經(jīng)對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)分析，該儀器傳輸至3DSS系列軟件進(jìn)行數(shù)采時(shí)數(shù)據(jù)正常連續(xù)，且采集數(shù)據(jù)經(jīng)后處理所得結(jié)果準(zhǔn)確。最大偏差0.03m，中誤差0.02m，穩(wěn)定性滿足要求。

3.3 ?3DSS-iDX-450測(cè)深精度符合性測(cè)試結(jié)果

測(cè)深精度符合性檢查對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)按照條帶測(cè)深數(shù)據(jù)處理要求進(jìn)行船體坐標(biāo)建立、姿態(tài)校準(zhǔn)、聲速改正、水位改正等必要的處理后，對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行內(nèi)符合和外符合比對(duì)，內(nèi)符合使用主測(cè)線和檢查線數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，外符合使用主測(cè)線與2018年《天津港主航道（二）（23113）》港口航道圖測(cè)量采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果如下：

采用三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀內(nèi)置的SBG姿態(tài)儀，雙天線GPS，船速4.5-5.5節(jié)時(shí)各采集參數(shù)比較結(jié)果下（見表1—表10）：

采用三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀內(nèi)置SBG姿態(tài)儀，單天線GPS，船速4.5-5.5節(jié)時(shí)各采集參數(shù)比較結(jié)果如下（見表11—表12）：

采集參數(shù)：開角55°約束角10°GPS單天線外符合比對(duì)（有效比對(duì)水深137個(gè)）

采用三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀內(nèi)置SBG姿態(tài)儀，雙天線GPS，船速8～9kn時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量效果較差（如圖2所示）：

3.4 ?障礙物探測(cè)能力測(cè)試結(jié)果

為檢查三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)海底障礙物能力，在臨港航道北側(cè)原圖載“南疆南”沉船水域處進(jìn)行了測(cè)試，使用該儀器對(duì)其附近水域進(jìn)行了全覆蓋掃測(cè)，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后得到清晰的海底三維圖像（如圖3所示）。經(jīng)數(shù)據(jù)處理測(cè)得沉船最淺點(diǎn)處水深為12.3 m，最淺位置：38-**-27.03N，117-**-55.56E（測(cè)量時(shí)間2018年12月20日）。2017年3月21日對(duì)Reason T50P多波束進(jìn)行測(cè)試時(shí)，沉船最淺位置為38-**-27.03N，117-**-55.56E，水深為12.3 m，兩次測(cè)試結(jié)果一致。

在天津港港池北防波堤自然水深附近（38-**-27N，117-**-02E）拋設(shè)一長(zhǎng)寬高各約1 m的塑料水箱作為海底目標(biāo)，該區(qū)域水深在16 m左右，測(cè)得較為清晰的海底三維圖像（如圖4所示）。

4 結(jié)論

本次測(cè)試采用不同采集參數(shù)、不同船速對(duì)3DSS-iDX-450型三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試，掃測(cè)結(jié)果顯示使用該設(shè)備內(nèi)置SBG姿態(tài)儀、雙天線GPS、采集參數(shù)為：開角55°約束角10°時(shí)水深數(shù)據(jù)質(zhì)量最好。建議在以后的工作中使用內(nèi)置SBG姿態(tài)傳感器和雙天線GPS的工作模式，設(shè)置采集參數(shù)為：開角55°約束角10°;現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中根據(jù)海況、水深、水質(zhì)等實(shí)際環(huán)境控制船速提升數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

測(cè)試結(jié)果表明3DSS-iDX-450型三維側(cè)掃聲吶及條帶測(cè)深儀攜帶和使用方便，控制軟件操作簡(jiǎn)單，能夠發(fā)現(xiàn)1 m3小目標(biāo)障礙物，測(cè)試結(jié)果滿足規(guī)范要求，可用于海道測(cè)量、障礙物探測(cè)、水下目標(biāo)檢測(cè)等生產(chǎn)活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1]JT/790-2010. 多波束測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)要求.北京： 人民交通出版社，2011.

[2]JT/T 701-2007.水深測(cè)量數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)要求.北京： 人民交通出版社，2008.

[3]JT/T 954-2014.沿海港口航道測(cè)量技術(shù)要求.北京： 人民交通出版社，2015.

[4]GB12327-1998.海道測(cè)量規(guī)范.北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[5]JTS 131-2012.水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范.北京： 人民交通出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：

汪連賀，高工，從事測(cè)量設(shè)備、測(cè)繪軟件開發(fā)， 022-58873070