淺談磁力儀結(jié)合多波束測深系統(tǒng)尋找

王文靜 董慧

摘要：磁力儀能準(zhǔn)確探測鐵磁物質(zhì)所引起的磁異常，且不受空氣、水、泥沙等介質(zhì)的影響，但由于其采用拖曳式測量，靈敏度高但定位精度較差。多波束測深系統(tǒng)測量過程中形成多個波束，可同時(shí)獲得上百個水深點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水下地形的全覆蓋測量，定位精度高但分辨率一般。結(jié)合磁力儀和多波束測深系統(tǒng)的特點(diǎn)，綜合應(yīng)用于海底金屬障礙物的精確定位。應(yīng)用結(jié)果表明，兩者結(jié)合使用，大大提高了海底金屬障礙物的判瀆和定位的準(zhǔn)確性，證明該方法具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞：磁力儀;多波束測深系統(tǒng);海底金屬障礙物;精確定位

0 引言

在尋找海底金屬障礙物時(shí)，一般只清楚其所在的大致區(qū)域，其確切的位置需要通過測量手段獲取，以便于標(biāo)記或者打撈。磁力儀能準(zhǔn)確探測鐵磁物質(zhì)所引起的磁異常，且不受空氣、水、泥沙等介質(zhì)的影響，靈敏度高，可有效感知海底金屬障礙物，快速縮小障礙物的搜索范圍，但受其測量方法影響，無法準(zhǔn)確獲知障礙物的位置。利用多波束測深系統(tǒng)的水深全覆蓋特點(diǎn)，對磁力異常區(qū)域進(jìn)行掃測，將掃測數(shù)據(jù)建立格網(wǎng)形成三維模型，在三維模型上尋找異常點(diǎn)并標(biāo)記位置，從而獲取海底金屬障礙物的準(zhǔn)確位置。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

磁力儀主要有拖魚、控制器和定位系統(tǒng)構(gòu)成，拖魚內(nèi)置姿態(tài)、方位等傳感器，測量過程中可以實(shí)時(shí)了解拖魚的方向、入水深度等參數(shù)。多波束測深系統(tǒng)由探頭、定位系統(tǒng)、光纖羅經(jīng)（提供姿態(tài)和艏向）、聲速剖面儀、控制器和高性能汁算機(jī)構(gòu)成。

2 作業(yè)流程

首先，利用磁力儀對存在海底障礙物的區(qū)域進(jìn)行磁力值探測，探測完成后，利用HYPACK軟件進(jìn)行磁力值的色彩分區(qū)顯示，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行磁力異常區(qū)域的標(biāo)記;其次，利用多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行磁力異常區(qū)域的掃測，并在掃測的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建三維模型，在三維模型上尋找異常點(diǎn)并標(biāo)記出準(zhǔn)確位置;最后，結(jié)合兩者的數(shù)據(jù)綜合判斷障礙物的形狀大小和位置。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 控制點(diǎn)比對

測量前必須在控制點(diǎn)上進(jìn)行GNSS接收機(jī)的比對，比對差值須滿足測量規(guī)范要求。

3.2測線布設(shè)

磁法探測作業(yè)時(shí)按10m間隔布設(shè)測線，對實(shí)測時(shí)偏離計(jì)劃線大于4m的測線進(jìn)行補(bǔ)測，以確保整個測區(qū)探測無遺漏和對可疑目標(biāo)的重復(fù)探測，滿足規(guī)范要求。

待磁力異常區(qū)域確定后進(jìn)行多波束測線布設(shè)，布設(shè)原則必須保證全覆蓋測量，相鄰條帶搭接l0%以上。

3.3設(shè)備安裝及要求

（l）磁力儀安裝及要求

磁力儀采用船艉拖曳方式進(jìn)行，施放過程中保持船舶3-4kn低速勻速前進(jìn)。由于采用船舶材質(zhì)為鐵質(zhì)，為消除船磁影響，保證施測效果，釋放長度需要大于3倍船長。

測量前在現(xiàn)場準(zhǔn)確量測出DGPS接收機(jī)天線位置與磁力儀在船艉入水點(diǎn)之間的水平距離，確定好GPS天線與磁力儀探頭之間的固定偏差值，磁力儀施放完成后與導(dǎo)航定位系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，保證了導(dǎo)航定位輸出的信號及磁力儀數(shù)據(jù)在磁力儀系統(tǒng)中正常的接收。

（2）多波束測深系統(tǒng)安裝及要求

多波束換能器采用舷外臨時(shí)安裝方式，固定在距測量船艉li3相對穩(wěn)定處;光纖羅經(jīng)安裝在船舶軸線中心位置，其方向線平行于船的艏艉線，方向指向船艏方向;GPS天線安裝在換能器桿頂部。多波束測深系統(tǒng)舷外安裝平面和側(cè)面示意圖見圖2和圖3。

船體坐標(biāo)系的建立：以安裝時(shí)換能器中心與水線的交點(diǎn)為船體坐標(biāo)系參考原點(diǎn);測船右舷方向?yàn)閄軸正方向;測船船艏方向?yàn)閅軸正方向，垂直向上方向?yàn)閆軸正方向。船體坐標(biāo)系建立以后，準(zhǔn)確量取姿態(tài)傳感器、光纖羅經(jīng)、GPS天線、換能器在船體坐標(biāo)系中的位置參數(shù)。位置參數(shù)量取時(shí)，讀數(shù)至厘米，往返各一次，水平方向往返讀數(shù)互差小于5cm，豎直方向往返讀數(shù)互差小于2cm，限差范圍內(nèi)，取平均值作為量取結(jié)果。

3.4數(shù)據(jù)采集

（l）磁力儀數(shù)據(jù)采集

進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，設(shè)置正確的工作參數(shù)，同時(shí)根據(jù)測區(qū)環(huán)境實(shí)時(shí)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，保證最佳探測質(zhì)量。在作業(yè)過程中確保船舶勻速直線航行，船舶航行速度為3-4kn。

采集過程中，測量人員實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)采集界面，發(fā)現(xiàn)磁力異常跳點(diǎn)時(shí)，立即進(jìn)行識別、標(biāo)記。對于磁力異常區(qū)域，排除船舶掉頭等影響后，需要對疑問區(qū)域進(jìn)行加密測量，發(fā)現(xiàn)磁力異常的測線進(jìn)行往返測量，以便分析、確定該磁力異常區(qū)域的范圍。

（2）多波束測深系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集前，仔細(xì)檢查系統(tǒng)設(shè)備是否工作正常;檢查系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)設(shè)置是否正確;檢查測船坐標(biāo)系統(tǒng)定義是否正確，系統(tǒng)設(shè)備安裝偏移值是否輸入正確;檢查吃水改正、聲速剖面文件、測量范圍文件、導(dǎo)航測線文件等是否正確。

多波束測深系統(tǒng)采用約1：4寬深比進(jìn)行作業(yè)，施測過程中按照要求進(jìn)行聲速剖面施測（剖面間距為0.5m），并及時(shí)在多波束測深系統(tǒng)實(shí)施改正。

數(shù)據(jù)采集中，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各配套傳感器狀態(tài)、測深數(shù)據(jù)的覆蓋和測深信號的質(zhì)量情況。當(dāng)測深信號質(zhì)量不穩(wěn)定時(shí)，及時(shí)調(diào)整了多波束發(fā)射與接收單元的參數(shù)，使波束的信號質(zhì)量處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.5數(shù)據(jù)處理及成果分析 磁探測量完成后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出并進(jìn)行編輯，生成的xyz文件

導(dǎo)入Hypack中，做成色塊圖加以區(qū)分分析，在排除船舶掉頭等影響因素后，找出磁力值明顯變化的區(qū)域并標(biāo)記，如圖4所示。確定好磁力異常區(qū)域后，對該區(qū)域進(jìn)行一定程度的擴(kuò)展，進(jìn)行對應(yīng)區(qū)域的多波束測深數(shù)據(jù)處理并生成水下地形的三維模型，找尋并標(biāo)記出障礙物的準(zhǔn)確位置，如圖5所示。

應(yīng)用實(shí)例表明，利用磁力儀結(jié)合多波束測深系統(tǒng)的方法是有效可行的，該方法利用了兩種設(shè)備的特點(diǎn)，可以快速、高效的確定海底金屬障礙物的準(zhǔn)確位置，便于標(biāo)識或者打撈。同時(shí)，在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，磁力儀設(shè)備對電壓的穩(wěn)定性要求較高，電壓的波動很容易造成磁力值的異常變化，在今后的應(yīng)用中需要多加注意。