基于多波束测深系统的航道测量研究

王志彬

摘要：航道测量工作是航道工程中一项重要的工作项目，它对于整个航道工程的质量具有不可忽视的重要影响。航道测量技术一直以来都是航道工程中的关注要点，近年来，航道工程中的测量质量管理体系不断健全，测量仪器不断更新，测量工作人员的专业技能不断提高，多波束测深系统被普遍的应用到了航道测量中。本文从航道测量技术的发展现状和多波束测深系统的概述出发，研究该系统在航道测量中的应用。

关键词：多波束测深系统；航道测量

随着我国社会经济的发展，更多复杂且精密的建设技术被应用到了工程建设中。但是，这些技术的出现在弥补了技术空缺的同时，也对新技术的研究提出了要求。多波束测深系统正是在工程建设的需求中被研究出来的，它的应用满足了航道工程在测量中的需要，能够保证较好的实际测量效果，提高了航道测量的质量。

一、多波束系统应用特点

多波束系统由于其独有的特点而深受航道测深工程技术人员的青睐，更多工程采用多波束系统对水底情况进行测量。而多波束系统具有以下的应用特点：第一，多波束系统的测量方式为带状方式。多波束测深系统是一种集成多种先进技术的新型系统，它通过带状方式进行测量，因而具有能够对水下全覆盖的优点。多波束测深系统比单波束的系统相比，更加全面和敏锐，对水下地形的细微变化都能很全面的反映出来。第二，多波束系统具有更加先进的发射换能器。多波束的测深系统在水底进行测试时，能够覆盖更加广阔的范围，达到165o的覆盖扇区，接收器形成动态的聚焦波数，监视器对数据进行实时接收。第三，多波束测深系统能够保障航道测量的准确性。船舶是动态的，在对水下进行测量时，精确性和可靠性都会有所不足。多波束测深系统的优点在于能够实时收集动态数据，能够保障水下测量的精确性。第四，形成直观的海底数据图。多波束测深系统作为一种强大的处理软件，它的功能较为完善，根据测深的实际需求抽取不同比例尺的数据，对数据进行整合形成数据图[1]。

二、深水多波束测深系统的发展趋势

近年来，学者对国内外的典型深水多波束测深系统进行了比较分析，并结合其他部分系统，分析出深水多波束测深系统的发展趋势：测深分辨率更高，测深精度更高，测量的覆盖范围更广，水体探测更强，探测成图更为便捷。

（一）测深分辨率更高。多波束测深分辨率是指在海底空间三维方向上，多波束测深系统所能分辨的两个目标点的最小间隔，这个间隔的大小，和测深系统对水下小目标和复杂地形的精细探测能力直接相关。脉冲宽度、ping采样率、波束宽率和航速等都是能够对多波束测深分辨率产生影响的因素。以HydroSweepDS为例，这种系统可以配备0.5ox1o波束宽度的发射或者接收换能器阵，然后，利用高阶波束形成技术，将对象分解，得到960个水深点；当发射频为2倍多频时，接收波束的数量就会加倍达到640个，水深点也会加倍到1920个，从而使测深分辨率大大提高[2]。

（二）测深精度提高。深海多波束测深系统在航道测量中最为重要的作用就是进行深海海底地形测绘，而测深精度是判断多波束测深系统的功能好坏的最为核心的标准。国际对于测深准确性的标准做出了专门规定，并进行声速折射补偿、运动姿态补偿和潮位补偿。第三，系统测深的覆盖范围更广。影响多波束测深系统的测绘效率的最为直接的因素是多波束测深覆盖范围。多波束测深系统的覆盖范围通过几倍水深覆盖或是条带扇面角度来表示。而由于双程传播在深海中会有一定程度的衰减，在这种情况下，降低了外侧小掠射角信号的信噪比，波形展宽严重，就使得多波束测深系统的覆盖范围有了最大覆盖宽度的制约。而在研究中，优化发射阵和接收阵的阵型设计，能够最大限度的提高信噪比，同时抑制展宽问题，使得测量的覆盖范围更广。

（三）水体探测更强。海底地层之下的气体或者流体发生喷溢或者渗漏，从而进入到海底，与周边的海水物质等发生物理反应，形成各种形状的局部异常海水。这些局部异常的海水，要采用更强大的水体探测系统才能够测量，因此，深水多波束测深系统的发展趋势就是提高水体探测能力，对水体中的异常特征体进行探测，并实现大面积的无缝海底羽状流探测，并完善三维立体探测，实现对一定水深范围的海水的全覆盖测深。第四、探测成图更加便捷。在航道测深中，每个航段都会产生大量的数据，并且贯穿了多波束测深系统的全程，因此，探测的数据在一般情况下会达到上百GB，因此，完善多波束测深系统，就要对信息处理的技术进行提升，对庞大的数据量进行处理，建立统一的多波束测深数据成图标准，使成图软件更加智能可靠和便捷[3]。

三、在航道测量中的应用

多波束的测深系统在应用时要做前期的准备工作，要从以下方面进行展开：

（一）安装多波束系统，同时构建船体坐标系。在安装多波束系统时，要找到坐标系的参考点，一般为多波束换能器杆和水面焦点，然后安装在测量船的船舷侧面。构建船体坐标系的做法是以船右舷为X轴的正方向，以船头方向为Y轴的正方向，而垂直向下方向为Z轴正方向，以此构建坐标轴。

（二）测线布设。在多波束测深系统中，主测线沿着顺航道方向以水深的三到四倍的距离进行布设，全面覆盖水中的测量区域，当发现可疑浅点时，要及时的进行重新测量，保证目标性质和深度的准确测量。

（三）声速剖面测量。多波束测深系统在测量过程中会由于不同海域的水温差的较大温差，盐度的不同还有测量地理位置的变化等各种因素的影响，声速剖面会有很大的差异，因此，为了提高多波束测深系统的测量准确性，要在测量时，谨慎观测测量区域和测量时间的跨度，保证一天早、中、晚进行三次测量，并对测量的数据进行准确的记录，然后利用软件进行数据处理，并对声速进行改正。

（四）数据采集。在测量中，多波束的测深系统所使用的定位系统为RBN/DGPS差分定位系统，利用HYPACK2014进行实时导航，并采集航迹线定位数据，在采集数据时，之间的间隔时间为1秒。而多波束水深数据的采集所使用的是QINSy8.1软件。

（五）对数据进行处理。在数据处理环节，多波束测深系统所使用的系统是CSRISHIPSandSIPS6.1软件处理器，对多波束原始数据进行处理，包括数据转换、声速剖面改正、潮汐改正、线模式编辑和SUBSET子区编辑等部分。最后要对分析的数据进行整合留存待用，主要使用的软件是CARISGIS4.5a，并按照1：1000的比例尺对水深数据进行压缩。另外，要对定位设备、声速仪、测深设备测量船动吃水等进行检验，保证仪器能够符合技术标准[4]。

结束语

多波束系统的应用越来越广泛，而航道工程的发展对系统质量的提高提出了更高的要求，因此，在未来的研究中应该对多波束测深系统展开更加严谨和详细的分析。技术提高的关键是要有充足的人才资源，在我国的航道测量技术的发展过程中，大量的引进了国外的先进技术和高级设备，这是无可厚非的，但是，我们也要注意技术和设备的研发技术，并对我国的特色技术进行保护。这些工作的开展都不离开人才资源的支持。在多波束测深系统的发展中，我们更要培养专业技能熟练、基础知识扎实的人才，促进测深系统的完善，提高系统的工作质量，发挥其应有的功能。航道工程所使用的仪器和设备要符合我国的具体情况，政府和市场要发挥作用，将不同行业联系起来，提高协同性，采用科学的经营方式，鼓励企业自主研发新的测量系统和技术，并在政策层面给予支持，促进多波束测深系统的完善，实现自我创新和发展。

参考文献：

[1]何志敏.基于多波束测深系统的航道测量研究[J].科技资讯,2017(19):86-87.

[2]杨海忠.基于多波束测深系统的天津某航道测量研究[J].科技创新导报,2018,v.15；No.439(7):86-87.

[3]许传新.多波束测深系统在航道淤积计算中的应用[J].世界地质,2017,36(1):311-315.

[4]张旭,叶小心,洪德玫.多波束系统在长江航道测量中的测线布设方法研究[J].中国水运.航道科技,2017(1):55-58.