多波束系統在航道測量中的應用分析

張楚琦

摘要：隨著科學技術飛速發展，航道測量系統變得更加多樣化。多波束系統作為一種高新測量系統，具有良好的實際測量效果。本文將對多波束系統在航道測量中的應用展開分析。

關鍵詞：多波束系統;航道測量;應用

引言：

航道圖關系著客船航行安全，航道測量作為制作航道圖的基本工作，其重要性不言而喻。隨著科技飛速發展，多波束測量系統應運而生。信息化的測量工具擁有精度高、分辨率高等優點，因而在當前的航道測量工作中得到廣泛應用。

1.多波束系統組成及其工作原理

多波束探測系統實際上是一種聲吶探測系統，相較于單波束探測系統具有更高的測量效率。傳統的單波束探測系統采用單波束測量模式，一次只能得到一個點的測量數據。而多波束系統是單波束系統的集合，是一種對條帶所覆蓋區域進行多點探測的模式，多波束測深系統與單波束測深系統的探測點構成探測線的模式相比較，效率有了成倍增長，可以直接由探測線構成探測面。

多波束系統主要由三個子系統組成，其一是多波束的發射和接收系統以及相關的換能器綜合信號控制處理系統。其二是用于多波束系統服務的輔助系統，包括用于為多波束系統提供測量定位的衛星定位系統、用于測量產品運行狀態的測量系統以及聲速剖面儀等。其三是多波束聲波測量數據的解析處理軟件系統，其中包括信息分析處理軟件、信息數據對比和整理軟件以及信息儲存庫的。

多波束測量系統通過線狀聲波對航道底部的地形進行測量，將多線索構成面，從而得到航道水下地形的三維圖片。其工作原理就是利用聲波發射器陣列于水下發射一定寬度的扇形覆蓋聲波，利用聲波遇到障礙物會進行反射的物理原理，對反射的聲波進行收集和分析。這些被反射的聲波在數據處理軟件的處理下被解析為成千上萬的單個測深點的深度值，以此繪制出水底的三維地形圖。

2.多波束系統在航道測量中的應用

通過分析多波束系統的工作原理可以得到以下結論：凡是聲波能夠到達的范圍，都是多波束探測系統的測量范圍，要繪制水底三維地形圖和船體航行狀態實際上沒有過多關聯。然而在實際測量過程中，船體航行狀態和航行安全會對測量精度及成本產生影響，因此在應用多個數系統進行航道測量時，要盡可能依據實際情況對測線布置進行合理規劃，既要保證測線能夠覆蓋整個航道，又要盡量保證測點分布均勻。因此多波束系統測線布置要盡量遵循技術科學合理、系統安全可靠和測量成本具有經濟性兩個基本原則。

如果測線布置的疏密程度不符合測量標準，例如測線過于密集就會導致測量數據重復和資源浪費，而測線過于稀疏則會導致測量不全面和測量盲區等問題。要滿足多波束系統的作業展開需求和精準測量兩方面的需求，應當做到以下幾點：

（1）平行布設測線。在布置測線時，應當盡量使測線平行且符合航道底部的深線走向。平行部署測線的優勢在于能夠擴大測線的測量范圍，達到更好的覆蓋效果。例如某河流航道是典型的U形橫截面，航道中間水深兩邊水淺，本身線幾乎和航道走向相同，因此在對該河流進行航道測量時，測線布置也應當和航道走向相符合。

（2）測量范圍有重疊。上文說到測線過于稀疏會導致測量結果存在盲區，測線過于緊密則會導致資源浪費。航道測量是有關航運安全的重要工作，存在盲區的危害，遠大于資源浪費，因此測線布置強調全面覆蓋，測量范圍可以相互重疊。多波束探測系統的測量模式是將測量點連成測量面，雖然能夠極大的提高探測效率，但是也會受到信號干擾。例如某些航道可能出現聲波散射而導致反射波無法被接收器有效接收的情況，有效反射波波較少，導致信號質量受到嚴重干擾。這種情況下就要求相鄰測線擁有重疊的探測范圍，可以保證，當一處測線受到信號干擾時，另一處測線能夠將該區域的信號清晰可靠地測量出來。

（3）主測線長度應稍大于測區范圍。多波束測量系統具有效率高、精度高的優點，但為了達到更高的效率和更高的精度及系統也十分復雜，系統復雜也會導致受干擾因素多等缺點。多波束系統通常設置在船體上，而船體受到水運動影響很容易產生彎曲、搖晃、速度變化，影響多波數測量系統的測量效率和精度。因此在實際測量過程中，承載多波束測量系統的船體應當提前進行測線測量，同時需要提前對測量工作進行報備，為測量船體勻速直線航行提供空間。與此同時，在布設主測線時尤其要注意保證主測線的長度大于測量范圍，以此減少出現測量盲區的現象，保障測量系統的穩定性和精確性。

（4）布置檢查測線。檢查測線的主要功能是檢驗其他測線的準確度和可靠性，通常垂直于測線分布。在布置檢查測線時要盡量選擇平坦的水域，布置數量要滿足檢查需求，且檢查測線的總長度要大于主測線總長度的5%。

（5）復雜區域加密測線。實際上測線的密度和測量精度有緊密聯系，密度越大精度越高。因此對于航道中較為復雜的區域應當將測線布置得更加密集，以增加可分析的測量數據，能夠有效提高測量的精度。例如在某些測深作業中，水底存在沉船、巖礁等障礙物，地形地勢比較復雜。在布置測線時，應當以沉船、巖礁等障礙物作為中心，按照井字形加密測線，保證多方位多角度獲取該區域的詳細數據。

總結

隨著我國社會發展，科技力量也在逐漸強大，信息技術的應用領域越來越廣泛。多波束系統在航道測量中的應用正是信息技術在測量領域的應用。航道圖關系著客船航行安全，航道測量作為制作航道圖的基本工作，多波束系統依靠精密的探測系統和先進的數據分析系統，有效提高了航道測量的可靠性和精確度。多波束系統在航道測量中的應用，要尤其注意測線的布置。只有科學合理的測線布置，才能保證測量工作的精確性。相信在未來的發展前景中，多波束測量技術還將進一步創新，得到更好的應用效果。

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