多波束测深仪在航道测绘中的应用研究

多波束测深仪在航道测绘中的应用研究

关建启 梁亮

天津海事测绘中心 300222

摘要：本文以具体的航道测绘案例作为切入点，结合多波束测深仪的应用原理及应用流程展开针对性阐述。在利用多波束测深仪进行航道测绘的过程中，需要结合实际情况进行详细的测线布设和数据采集，通过内业数据处理来形成完善的航道影像图。经过精度评估以及实际情况对比之后，可以确认多波束测深仪在航道测绘中具有较强的应用价值，能够有效提升测绘有效性。

关键词：航道测量；多波束测深仪；数据处理；精度评估

引言

海洋强国战略的全面推进，进一步强化了我国的经济发展。航道测绘在频繁的海洋活动中应用愈发广泛。为了进一步增强航道的运行安全性，为海洋工程提供有效保障，利用现代化设备进行精准的航道测绘，已经成为了多方关注的重点。建立在实际案例解析以及技术分析的基础上，针对多波束测深仪的航道测绘应用价值和应用流程进行分析，意在能够为相关工程的开展奠定基础。

一、基础测绘案例及具体工作流程分析

（一）工程概况

为了进一步提升文章论述的科学性和有效性，本文建立在某航道测绘项目的基础上进行分析。以J2019—011舢舨洲附近检查测量测绘任务书为具体依据，结合实际情况进行测量，测量的比例是控制在1:10000，利用2000国家大地坐标系作为衡量依据，高斯—克吕格投影，中央子午线为114°，深度基准面采用理论最低潮面，质量目标为优秀。

（二）具体测量流程

执行外业测量作业时，主要涵盖了测量前期准备、外业测量、资料检查这三个具体阶段。首先在前期准备阶段，需要结合实际的测量工程进行资料收集，并落实好相关测量工作人员的技术交底，了解多波束检测仪的具体性能以及其他的耗材设备，进行设备的性能调试；其次，在外业测量的过程中，需要将实际的工作分化为以下几个环节，首先要进行GPS对比，做好仪器的安装和调试工作，检测设备的稳定性，确保设备稳定之后，开始进行多波束水深数据的采集，检验检测区的涨潮情况，并且做好数据采集，将采集到的数据进行内业处理，将其完善成最终的图像；在最后的资料检查阶段，相关的队员需要结合实际情况进行全过程检查，并且根据检查得出的结果提出整改意见，在过程检查结束之后，问题得到整改，需要由质量管理工程师再次进行最终检查，结合最终的检查结果提出整改方案，质量检查通过才可以上交最终材料。

二、多波束测量仪的实际应用

（一）原理分析

从工作原理角度来讲，多波束检测仪依靠发射换能器阵列向海底发射声波，声波的状态主要为宽扇区覆盖，这时接收换能器阵列将反射回来的声波接收。重复这样的操作，会在海底形成正交性的照射脚印。恰当地进行脚印处理，便能够直接给出和航向垂直的海底垂面内上百个检测点的水深数值，从而可以精准地探测出航线内某位置水下目标的具体情况，例如高低变化情况，形状以及大小规模，最终通过这种图形的转化可以得出海底地形的三维立体图形。

（二）具体的布线

结合计划书以及相关规范，为了进一步提升扫描的效率，本次案例中采取多波束测量仪进行航道检测。多波束测量仪在扫描时扫描点的布线位置需要与航道的方向一致，每一个检测点之间的距离需要进行详细计算，计算公式为：测区水深—2.5*探头吃水参数。侧线的重复率要确保在50%以上，且所有的侧线需要延长200米，确保罗经具有稳定性，并且能够实现全区域的数据覆盖。本次任务中多波束测两主线的里程为3000千米。测量人员结合多波束性能以及扫宽进行调整，确保尽量减少外业作业的工作量。

（三）数据采集

在多波束扫描仪进行测量时，利用GPS进行定位，将扫描仪的坐标输送到Qinsy多波束外页检测软件中，软件可以结合实际情况进行传感器数据的接收和整理，主要以扫描仪的位置和水深等多种参数为主。本次任务中多波束扫描仪的发射频率为400kHz，波数开角为120度，陡坡以及转弯等区域开角设置为130度。主测线和航道的走向相同，间距控制在25~30米左右。检查线垂直于主测线，间距控制在2千米左右。同时，本次实验中的多波束扫描仪安装了表面升速仪，能够在测量的过程中结合具体规范分时段的通过剖面声速仪采集，了解检测区的声速剖面数据。在检测结束之后需要将采集到的数据转换成xtf格式，方便后期进行三维立体图像的转换。

（四）内业数据处理

当前进行多波束数据内页处理的软件类型较多，本次案例中采取的软件为 Hipsandsips软件，能够在在线的状态下直接采集传感器传递的 xtf格式数据也能够结合水深的数据进行假信号的删除，最终的多波束数据处理流程如图1所示。

图1 基于CUBE的多波束数据处理流程

三、扫描精度的评估

为了确保本次检测的数据与实际情况相符，还需要结合检查线的水深数据以及多波束、单波束主测深线水深数据相比较。本次作业中共统计了287个点数，主检线的点数间距控制在一米左右，平均误差为0.0米，中误差为0.1米，符合实际标准。其余相关详细数据如表1所示，最终统计结果符合误差要求。

表1 检测误差统计

结语

本次检测建立在多波束扫描仪测量的基础上，详细的获取了航道的具体水深数据以及海底的地形图。完成了近2850千米的航道扫描，探测到了海底的障碍物共四处。各个过程的相关操作符合技术规范以及相关设计书，水深检测的数值较为完善，同时满足所有的具体任务需求，具有较强的精准性以及可靠性，由此证明多波束检测仪在航道测绘中具有较强的应用价值。

参考文献

[1]梁达炜,李艳芳,朱楠.测绘新技术在航道测量中的应用[J].中国水运.航道科技,2021(02):67-70.

[2]张博文.多波束测深仪在航道测绘中的应用分析[J].珠江水运,2020(19):13-14.

[3]吴泽献.海洋测绘通信技术在航道疏浚工程测量中的实践[J].四川水泥,2020(09):191-192.

[4]邹小锋,曹树青,梁达炜,张诚.航道测深中的水位改正方法及应用研究[J].中国水运.航道科技,2020(03):54-58.

[5]何民华.多波束测深仪在航道测量的应用分析[J].山西建筑,2020,46(01):167-168.

[6]纪君平.多波束测深系统在现代海洋测绘中的应用研究[J].科技创新与应用,2019(19):178-179.