摘要：随着海洋在全球中的战略地位日趋突出，各国纷纷把维护国家海洋权益、发展海洋经济、保护海洋环境列为本国的重大发展战略，所以海洋建筑工程测量工作显得日益重要。同时，多波束测深系统凭借其高效率、高精度的特征被广泛应用于海洋建筑工程测量中。本文重点探讨了多波束测深系统在海洋建筑工程测量中的应用。
关键词：多波束测深系统；海洋建筑工程测量；应用
多波束测深是一项高新技术，是计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。同时，多波束测深系统能对海洋建筑工程区域的海底进行全覆盖测量，从而获得该范围内水深、海底形态等详尽的资料，这对于单波束测深是一个较大的进步，尤其在海底形态较复杂的情况下，优势更为明显。另外，多波束测深系统还可在海面有较小障碍物及船只不能到达的岸边区域进行测量等。当然多波束测深系统的覆盖范围与水深有关，只有在一定水深时，才有更好的效率。因此，在各种海洋建筑工程测量中，多波束测深技术有着巨大的优势，并得到了广泛的应用。
一、多波束系统概述
多波束测深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成，由多个子系统构成，虽然不同的多波束系统的组成单元不尽一致，但大体上可将其分为声学系统、数据采集系统、数据处理系统和外围辅助传感器几部分。多波束采集系统完成波束的触发，经换能器发射和接收后将其转换为数字信号，反算出其测量距离或记录往返时间，通过定位设备、姿态仪、声速剖面仪和电罗径等实现船舶瞬时位置、姿态、航向的测定及海水中声速的传播特性，最终由数据处理系统综合声速、定位、姿态、声速剖面和潮位等信息，计算波束脚印的深度及坐标，绘制海底地形图。
二、多波束测深的校正
1、电罗径偏差校正。电罗径安装后应进行电罗径指向与船首向的一致性校正。因多波束测深系统发射的扇形声波及接收阵的排列与船首向垂直，若点罗径与船首向不一致，将影响换能器阵的发射、接受角度，导致覆盖宽度减少。电罗径校正应在船只靠泊码头或船坞上进行，精确测定船首向与点罗径进行对比，确定电罗径的校正值。
2、多波束换能器阵的状态校正。多波束换能器阵在安装时应严格垂直，若发生横向偏移，纵向俯仰或左右旋转，会使同一位置在不同航向测量时造成测量误差，所以在多波束系统安装后应进行横摇、纵摇和航向校正。
横摇校正和航向校正应选择在海底平坦区，确定一条较短的试验测线往返测量。选择符合要求的记录经后处理进行对比，确定横摇校正参数。
纵摇校正应选择在一个斜坡上进行，试验测线垂直斜坡布设，往返测量。选择符合要求的记录经后处理进行对比，确定纵摇校正参数。
此外，由于船只油、水消耗导致船体左右、前后倾斜，也会造成换成器阵状态的改变。所以即使船体安装的多波束测深设备，亦应相隔一定时期进行横摇和纵摇校正试验。
3、运动状态校正。船只受海浪影响产生的运动，通过运动传器感将船只的垂向起伏，横摇、纵摇等以数字形式传送至多波束数据采集和显示系统进行校正。
4、吃水校正。多波束换能器阵放置在船底以下0.5m处，由于船只吃水变化会改变换能器阵离海面的距离，在每次安装换能器时，实际测量换能器至水面的距离进行吃水校正。
5、潮位校正。近岸海区潮位校正使用附近岛屿验潮站的潮位资料，远岸海区使用预报潮位，预报潮位依据周边岛屿的潮位资料向海区中部推算，所以实测资料与预报资料具有较好的一致性。潮位预报在远岸海区用10个分潮，近岸海区则用实测长期潮位资料推算的100多个分潮进行预报，近岸地区潮位在时间、空间上变化较大，所以每隔10′设一预报站，远岸海区每隔20′设一预报站，预报的时间间隔均为6分钟。上述预报潮位的时间、空间密度能使相邻站位相互衔接，缓慢变化。潮位预报资料以磁盘为载体，直接输入多波束数据后处理系统，进行实时潮位校正。
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6、声速校正。声速校正使用声速剖面仪的实测资料进行校正。声速测定时将探头放置于海水表层5分钟左右，使其适应海水温度，然后下放至海底后收回，将实测的声速剖面输入seaBat6042进行声速实时校正。每隔20-30km设一声速测定站，每天的工作区段分为两段，在工作开始和结束时测定声速，分别作为前后两段的声速校正依据。
7、时间延时校正。校正DGPS天线将定位信号传输至多波束换能器，并完成发射、接收、记录至磁盘的时间延时。
三、多波束测深的设计与实施
1、侧线布设。单波束测深时，测线布设原则为垂直等深线。多波束测深系统的覆盖宽度与水深有关，因此测线布设时，应以获得最大工作效率为原则，可以采用沿等深线布设测线的方式。在工程测量时，由于工程要求在管线中心线必须要布设测线，因此应计算每天大致可以完成的工作量，将路由调查区分为若干段，根据覆盖宽度要求确定测线间距及测线数，但最小应布设3条测线。测线间距的设计，根据宽深比计算。但必须考虑以下几个因素：1）一定的重复覆盖率，一般相邻测线应有10%的重复覆盖。2）偏离航线的要求。用于工程测量时，船只偏离设计测线为小于测线间距的20%，当船只大于该偏离距离时应返工。3）声速剖面导致的声传播路径的弯曲。由于声速随深度的改变，多波束换能器发射的声束将不会按原定角度以直线路径传播，而是走一条曲线。因此，在测线设计前应收集测区的声速资料，大致计算由于声传播路径的弯曲导致的覆盖范围的改变，提供设计测线时参考。
2、多波束测深的实施
l）确定量程。打开seaBat6042，显示声纳图象，在图象范围内均可接收多波束信号。一般应将海底面放置在A处，量程为水深的4倍左右。这样可获得最大的覆盖范围，又可得到较多的发射次数，获得的信号是最多的。若将量程放大，海底面在B处，这样覆盖范围变小，而且发射次数变少，所获取的信息量要少得的多。若将量程变小，则海底变到C处，只有中间一部分波束在起作用，两侧的波束将被删去，覆盖范围同样变小。所以要取得好的效果，选取适当的量程十分重要。
2）检查覆盖范围，不同测线测量资料经校正后的实际覆盖宽度用不同颜色表示，然后将它们合在一起，检查是否有重复覆盖10%，是否存在漏测区，如有漏测区应进行补测。
3）检查资料拼接情况。在海底较平坦区域一个多波束测量剖面应是平的，若出现外缘波束普遍向上或向下弯曲，则说明声速校正等不完整。在海底面弯曲区域，不同测量资料能较好拼接，说明多波束测量效果较好。
4）CARIS资料与Auto CAD的转换。CARIS HIPS后处理软件系统，虽具有强大的多波束测深系统数据处理能力，能生成最终用户图形文件，但在图上进行文字注记、图形修改等方面存在不足。但该软件提供图形文件转换功能能方便地把图形文件转换成其它图形格式文件，可以被如计算机辅助设计系统Auto CAD读入进行编辑或修改。因此，要求CARIS 将多波束测深系统数据处理生成等值线图，以矢量图形文件存盘。沿主测线海底面纵剖面图，以三维数据文件存盘。Auto CAD直接读入矢量图形文件，用内嵌的解释性编程语言Auto lisp编制剖面线自动生成程序，把三维数据文件处理生成海底面剖面线图形文件。
5）根据需要打印输出不同格式图件，如阴影立体图及三维立体图等。
四、结语
近年来，我国已在海洋建筑工程测量中广泛使用多波束测深系统。它可以准确地得出某点的水深，精确得到海底管道的高度和位置，具有高效、直观和高分辨率等特点，通过DTM网格插值可以获得较为直观的彩色晕渲图。随着多波束技术更广泛的发展和应用，它在海洋建筑工程测量中所占的地位会越来越明显。
参考文献：
[1]李家彪.多波束勘测原理技术与方法[M].北京：海洋出版社，2014.
[2]吴永亭，陈义兰.多波束系统及其在海洋建筑工程测量中的应用[J].海洋测绘，2015，22（3）：26-28.
[3]王闰成，卫国兵.多波束探测技术的应用[J].海洋测绘，2015，23（5）：20-23.
论文作者:郑艳平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/16
标签：波束论文; 声速论文; 潮位论文; 测量论文; 系统论文; 海底论文; 剖面论文; 《基层建设》2018年第16期论文;