摘要:随着测量技术的不断发展,扫海测深系统不断升级,在疏浚维护工程中,多波束测深系统作为工程中一双明亮的眼睛,时刻指导着工程的施工,在疏浚工程中多波束测深系统扮演着不可替换的角色。文章利用多波束测深系统在疏浚工程的应用,结合当地施工情况,分析在工程受到泥沙回淤干扰过程中,多波束测深系统如何提高多波束测深精度,提高了回淤分析报告质量,较好地指导工程施工。
关键词:多波束测深系统;疏浚工程;回淤分析
1引言
疏浚工程中测量数据成果的准确性直接影响工程质量的好坏,如何在一定条件下提高测深精度,在测量过程中尽可能减少一些不必要因素引起的误差,对整个测量过程中测量质量的有效监控,确保水深测量成果的正确无误,对避免施工质量事故的发生是尤为重要的。因此文章探讨了多波束测深系统在疏浚工程回淤分析中如何尽可能提高测深精度,从而达到精准有效的分析工程回淤情况,指导项目后续施工。
2多波束测深系统
本次回淤分析运用的多波束系统为R2Sonic 2024,其部分指标如下:
(1)硬件技术指标:工作频率200到400KHZ实时可选,最大里程500m,波束个数256,覆盖宽度10°~60°实时可选;
(2)辅助设备:RTK定位接收机(TrimbleR7GNSS)、声速剖面仪(HY1200)、电子罗经(OCTANS);
(3)外业采集软件:PDS2000外业采集数据软件;
(4)内业处理软件:CARIS多波束处理软件。
3工程概况
纳米比亚位于南部非洲西海岸,南临南非,北临安哥拉,本项目位于鲸湾港,地处纳米比亚西海岸,距离纳米比亚首都Windhoek约400km。鲸湾港是纳米比亚最大的港口城市。施工范围主要如下:
(1)1#及2#泊位
该项目新建两个10万t级油轮泊位,泊位尺度为650m×65m,设计浚深标高为-16.5mCD,边坡坡比为1:7,允许超深为2.0m,超宽5.0m。
(2)工作船泊位
工作船泊位位于码头泊位南侧,设计浚深至-8.0mCD,边坡坡比为1:7,允许超深为2.0m,超宽5.0m。
(3)港池掉头圆回旋水域
港池掉头圆回旋水域设计标高为-16.5mCD,原海床面至-12.0mCD部分施工由天航局耙吸船完成,项目部负责-12.0mCD~16.5mCD部分施工。港池掉头圆回旋水域面积约32万m2,边坡坡比为1:7,允许超深为2.0m,超宽5.0m。
纳米比亚油码头疏浚项目于2016年09月20日完成施工,为了进一步了解该施工区内回淤情况并指导后续施工安排,在该区域无施工船舶的情况下,对施工区域选定一块区域进行集中分析(见图1),项目部对该施工区域进行了3次多波束检测,采取时间间隔近两月为一周期,结合现场施工环境、土质及其他因素,根据实际测量数据进行分析。因该工程项目验收时间的不确定性,而我方考虑到后期船舶的退场计划,故在该项目实施上留有一定的备淤。通过数据回淤分析对比,了解施工区的回淤速率等情况,对后期船舶施工安排起了重要指导作用。
图1 回淤分析区域示意图
4测量数据分析
如表1所示为油码头港池一区回淤分析报告,如图2所示为回淤厚度示意图。
表1 油码头港池一区回淤分析报告
图2 回淤厚度示意图
分析:因施工区域有船舶来往,故在测量范围内并不能很好地完全覆盖整个施工区域,因此项目部选定施工区域内某一区域(该区域在3次检测中,数据能完全覆盖,并该区域距离附近其他施工作业项目有一定距离,尽可能提高分析区域内的数据的有效性)。每期数据分析按固定标高计算,按固定标高计算该区域内剩余土方量,面积一定即可得出该区域内的泥层厚度(即高度)[1]。
结论:通过3次多波束数据分析,自2016年10月~2017年3月,该分析区域存在0.122m的回淤量,平均每月存在0.02~0.03m的回淤量。
5多波束系统测量质量分析
在多波束测深系统中,由测量前的外业准备到出成果数据的内业完成,是一个严谨的过程。在此次利用多波束系统检测回淤情况中,发现测量成果质量的好坏与测量过程中的操作的把控存在非常大的影响。如图3所示为多波束系统安装示意图。
图3 多波束系统安装示意图
本项目验潮方式采用人工验潮,在靠近施工区域选取受风浪影响较小,便于观测的验潮站;定位采用实时差分RTK技术定位模式。
检测疏浚项目回淤情况,是个严谨的过程,其误差应尽量控制在最小范围,下面就此项目中遇到引起误差展开讨论。
5.1测前准备
多波束系统的组装是很严谨的,一个多波束测量项目的实施,在条件允许的情况下,多波束测量船舶应该是有专门的测量船舶,也就是说测量项目的开始,多波束系统组装完成后,以后的每次测量就不再拆装该船舶的多波束系统,这样做的目的可以达到在以后的测量中几乎很多参数是固定的,包括相对定位、换能器吃水等,这样可以避免多次的人为原因带来的累计误差。但是由于条件的限制,并不能每个多波束测量项目都能如此。文章讨论案例正是如此,因条件限制,每次多波束测量前,都是人工重装多波束测深系统,那么这就涉及多方面带来的误差:(1)船舶自身影响:船舶吃水问题,因本案例不是使用专门的多波束测量船舶,本案例使用船舶为当交通使用的锚艇,因此船舶除测量外还需要担任其他运输任务,那么船舶吃水并不是每期测量都相同,本次检测过程发现,船舶因吃水问题,引发了船舶的稳定性,船舶的稳定性对多波束测量结果存在较大的影响,这里说的稳定性与多波束测深系统中的横摇、纵摇有一定的联系,为了减少这一问题引起的误差,项目部在每次测量前都会通知船舶尽可能地最大吃水,即满载,结果发现船舶在一定稳定性下,测量成果更加真实、可靠的趋向一定真实系数[2]。(2)换能器吃水问题:要求在测量前做好刻度的标记,对回淤监测而言,刻度的标记应在换能器吃水处标记多个,吃水刻度读数能达到厘米级,由换能器吃水引起的误差,将会影响测量成果厘米级至分米级的高差偏差。
5.2测量过程中的把控
分析区域的选择:在多波束回淤检测中,区域的选择对回淤分析结果有很大的影响,因多波束测深系统是多个项的组合,多个项包括GPS定位系统,换能器测深系统,姿态补偿系统等等,多个项的组合避免不了一些自身存在的误差,也就是多波束测深系统自身客观存在的一些误差,就拿GPS定位系统来说,GPS定位系统除了提供实时定位外,对多波束测深系统来说,GPS系统还提供时间同步这一重要作用。时间同步是个很严谨的步骤,然而实际中并不能完全做到理论上的时间同步,所以,多波束测深系统因一些客观原因,是无法消除一些客观存在的误差,我们只能尽量减少这些误差。因此利用多波束测深系统进行回淤监测,为了能最大程度上反映测区的回淤实际情况,我们作回淤监测的过程中,应该考虑的区域的选择,疏浚回淤分析是在极小范围高差内分析回淤,因此在选择分析区域时:(1)尽量选取远离施工作业区;(2)在有施工船舶作业的区域内检测时,应在船舶作业停止一定时间内再去检测,让施工区泥沙逐渐沉淀,有利于多波束波束更好地穿透从而反映海底真实情况;(3)因上述讨论到多波束测深系统客观存在的误差,以多期测量成果分析,这些客观存在的误差在水深方面体现约在0.05m-0.1m不等,因此在选择回淤监测区域时,应选择具有代表性且区域不宜过大,过大的区域带来的整体误差大,累计差也相应变大,不利于数据成果的分析。
5.3测量数据的处理
多波束内业处理是个严谨的过程,处理过程中步骤是环环相扣的,任何环节的出错,都将使测量成果失去可靠性,因此在处理内业时应严格按照操作手册,其次在删除假水过程中应仔细、严谨,根据海底实际情况修正水深点,一个水深点的错误删除都可能带来至少0.1m水深改变。
6结束语
综上所述,多波束测深系统在以后扫海领域将运用得越来越广泛,多波束测深系统精度也将在未来不断得到提高。文章讨论利用多波束进行回淤分析遇到的几点影响较大的误差来源,也是在多波束测深系统领域中较为普遍、较为容易发生的误差,针对各种误差,需秉着严谨的态度,在日常的测量工作中,认真仔细完成每一步每一环节的测量步骤,借助有效的测量数据,客观地指导工程施工,提高企业的效益,更好地完成工程建设目标。
参考文献:
[1]JTS 101-2014.水运工程标准编写规定[S].北京:人民交通出版社,2014.
[2]吴英姿,徐新盛,乔力争.多波束测深系统的精度评估方法研究[J].海洋技术,2003(03):65-69.
作者简介:
熊俊(1990-),男,广东梅州人,本科,从事测绘工作。
论文作者:熊俊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签:波束论文; 测量论文; 系统论文; 误差论文; 船舶论文; 区域论文; 吃水论文; 《基层建设》2018年第31期论文;