多波束測深儀在航道測量的應用分析

何 民 華

(交通運輸部南海航海保障中心廣州海事測繪中心，廣東 廣州 510000)

1 概述

近年來隨著國家經濟的發展，一帶一路的推進和海洋強國戰略的推進，海洋活動越加的頻繁，航道測量的作用愈加的重要。為了保證經濟的穩定快速發展，保障船舶的航行安全以及海洋工程的需求，必須定期對航道進行檢查測量。本文以廣州港為例，對航道檢測測量的過程方法以及注意事項進行實踐分析，同時對相關問題提出合理的建議。

2 測區概況及工作流程

1)廣州港瀕臨南海，毗鄰香港、澳門，位于珠江水系的東、西、北三江交匯點。鐵路、公路、航空、水路運輸發達，既是華南地區最大的國際貿易港，又是珠江三角洲水網運輸中心和水陸運輸樞紐。檢查測量圖均位于廣州港。根據J2019—011舢舨洲附近檢查測量測繪任務書要求，按照檢查測量要求進行，測量比例尺為1∶10 000，采用2000國家大地坐標系，高斯—克呂格投影，中央子午線為114°，深度基準面采用理論最低潮面，質量目標為優秀。

2)外業測量作業過程分為測前準備階段、外業測量階段、資料檢查三個階段。

a.測前準備階段：主要工作為資料收集，技術交底，儀器和耗材準備，設備調試等；

b.外業測量階段：外業測量階段主要工作為：進行GPS比對、儀器安裝調試、多波束穩定性測試。開始進行多波束水深數據采集，驗潮，單波束數據采集，進行數據處理，完成編繪成圖工作。整理資料，編繪成圖，上交資料；

c.外業資料檢查階段：測量隊質檢員實施一級檢查(過程檢查)，根據檢查情況，提出整改意見；基于過程檢查存在問題整改后，質量管理科質檢工程師實施二級檢查(最終檢查)，并根據檢查情況，提出整改方案,最終通過質量檢查并上交最終資料。

3 多波束測量的原理及應用的過程

3.1 多波束測深原理

多波束測深系統的工作原理是利用發射換能器陣列向海底發射寬扇區覆蓋的聲波，利用接收換能器陣列對聲波進行窄波束接收，通過發射、接收扇區指向的正交性形成對海底地形的照射腳印，對這些腳印進行恰當的處理，一次探測就能給出與航向垂直的垂面內上百個甚至更多的海底被測點的水深值，從而能夠精確、快速地測出沿航線一定寬度內水下目標的大小、形狀和高低變化，比較可靠地描繪出海底地形的三維特征。多波束測深系統能夠有效探測水下地形，得到高精度的三維地形圖。

3.2 測線的布設

根據規范和技術設計書要求，為了提高掃測效率，結合本次使用多波束測深儀性能，多波束掃測時布設計劃測線方向與航道方向一致，測線根據測區水深減去探頭吃水的2.5倍間距布設，測線重疊率大于50%，所有測線均延長了200 m，保證羅經的穩定和數據覆蓋。共計布設多波束掃測主測線里程3 000 km。測量分隊在現場按照多波束性能及掃寬進行了靈活調整，以保證掃測質量和盡可能減少外業工作量。

3.3 多波束數據采集

多波束掃測時，采用DGPS定位系統定位，輸送坐標給QINSy多波束外業數據采集軟件，進行位置和水深及各種姿態傳感器數據的采集。

多波束發射頻率大部分設為400 kHz，波束開角一般設定在120°并適當調整，以保證左右兩側覆蓋寬度大致各為25 m～30 m；航道邊緣等陡坡、碼頭拐角等不便測量區域等開角設定為130°。主測線與航道走向基本一致，間距25 m～30 m，檢查線垂直主測線，間距約2 000 m，港池航道邊緣采用環形自由測線測量。

多波束測深系統配備安裝表面聲速儀，在測量時按照規范要求，分時分段采用剖面聲速儀采集測區聲速剖面數據。

測量完成后將多波束原始數據轉換成XTF數據格式，Snippets數據存儲為DB格式。

3.4 內業數據處理

多波束內業數據處理主要采用Caris公司的HIPS and SIPS軟件進行，在線模式下主要是對數據采集軟件采集來的各傳感器數據(XTF格式)進行處理，對水深數據設定各項合理的過濾參數刪除大部分的假信號。多波束數據處理流程如圖1所示。

4 精度評估

將檢查線水深數據和多波束及單波束主測深線水深數據相比較，統計檢查點數合計287個,主檢點控制距離為1 m,平均誤差0.0 m,中誤差0.1 m，符合情況良好，見圖2。

具體統計數據如表1所示，統計結果符合規范要求。

表1 統計數據

5 成圖檢查

本次測量成圖水深與上一版海圖比較，東莞玖龍碼頭港池、東莞東洲碼頭港池經過疏浚，水深普遍變深；東莞國際集裝箱二期港池回淤嚴重，水深普遍淺2 m～3 m；沙角電廠港池水深也普遍變淺。其余區域水深與原海圖比較變化不大，吻合較好。任務共設立5處驗潮站，完成多波束掃海里程2 850 km，障礙物探測4處。測量各個過程嚴格按規范和技術設計書要求進行，水深測量完善，施測了任務書所要求的全部內容，圓滿完成測量任務。

6 作業中出現的問題和處置措施

問題一：測區內過往船只、避風拋錨漁船的較多、碼頭作業繁忙，泊位常有船舶停靠，導致測船機動性較差，部分區域施測困難。

解決辦法：1)降低測船航速，加強值班瞭望；2)對于部分定點拋錨船只采取兩側通過的方式，調整換能器波束發射角度，確保有效覆蓋；3)通過現場指揮調度室，協調船只移讓泊位，分區錯峰實施測量。

問題二：測量期間，部分時間GPS衛星失鎖，GPS無定位。

解決辦法：1)將定位系統的主機重置，進行補測。2)經檢查和現場實驗發現，測量用GPS天線頭距離測量船北斗定位系統天線較近，兩套定位系統可能存在信號干擾；測量過程中將北斗定位系統關機。3)11日后GPS故障情況消失。

問題三：外業數據采集中，系統定位數據、姿態數據丟失，系統報警。

解決辦法：檢查發現，丟失的數據信號由一條USB轉COM口數據線傳送至采集筆記本電腦，相應的筆記本電腦USB口出現銹蝕松動，接觸不良。對相應的筆記本接口進行除銹等處理后，問題解決。

7 結語

本文與廣州港為實例采用GPS定位，多波束測深儀測深，定位、測深精度符合有關規范和技術設計書要求；采用CARIS HIPS、南方CASS軟件進行內業資料處理與成圖，內業資料整理及成圖精度符合要求，采用中心桌面輔助檢查系統進行質量檢查，工程質量為優秀。本次任務對航道檢測測量的過程方法以及注意事項進行實踐分析，同時對相關問題提出合理的建議，對航道檢測測量有很好的借鑒意義。