摘要：本文结合长江航道测量，对多波束测深系统在航道测量中的测线布设进行了论述分析，首先概述了多波束测深系统，简述了多波束测深系统的工作原理，对多波束测深系统在航道测量中应用的测线布设原则及其要求进行了论述分析，旨在提高航道测量的水平。
关键词：多波束测深系统；航道测量；测线布设
多波束测深系统目前在航道测量中的应用非常广泛，其是利用安装于船底或拖体上的声基阵向与航向垂直的海底发射超宽声波束，接收海底反向散射信号，经过模拟/数字信号处理，形成多个波束，同时获得几十个甚至上百个海底条带上采样点的水深数据，测量条带覆盖范围为水深的2一10倍，与现场采集的导航定位及姿态数据相结合，可以绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。
一、多波束测深系统的概述
多波束测深系统是一种多传感器的复杂组合系统，是现代信号处理技术、高性能计算机技术、高分辨显示技术、高精度导航定位技术、数字化传感器技术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成。最初的设计构想就是为了提高海底地形测量效率。与传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越。多波束测深系统设计初衷是为了提高海底地形的测量效率。多波束测深系统主要包括三大子系统：第一、多波束发射接收换能器阵及信号控制处理系统；第二、辅助设备，包括卫星定位系统（提供大地坐标）、船体运行状态测量仪器、声速剖面仪等；第三、相关数据处理软件。
二、多波束测深系统的工作原理分析
多波束作为一种高新测量技术，可以得到精度较高的水下三维地形图，在当前航道测量中得到广泛应用。该系统的工作原理是利用发射器阵列向水底发射一定宽度的扇形覆盖声波，利用声波遇到障碍物反射原理对其进行收集，通过这“一放一收”过程来对水底地形照射脚印，之后对这些信息进行信号处理就能得到成百上千个被测点的深度值，这样就可以制作出精确的水底三维地形图。
三、多波束测深系统在航道测量中的测线布设原则及其要求
多波束测深系统在航道测量中的应用过程中，只要声波能覆盖到的范围，均可以纳入测量范围，测量工作与测量船体的航行状态无关。但是在实际应用中，受限于航行安全、测量精度、经济成本等多方面因素，必须要根据航道的实际情况进行科学布设测线，既要保证航道覆盖面，又要尽可能使测点均匀分布。
1、多波束测深系统在航道测量中的测线布设原则。主要表现为：（1）要求技术上科学合理，且系统可靠；（2）要求测量成本较低，有较强的经济性。测线布设的疏密程度应符合测量标准，若过密则造成很多测线数据不能发挥作用，浪费资源；测线过疏则会造成有盲区存在。
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2、多波束测深系统在航道测量中的测线布设要求。多波束测深系统在航道测量时，应遵循有利于作业展开和地形显示，且要求对障碍物进行精准测量，具体要求表现为：（1）测线要求平行布设。区域内的测线应为彼此平行关系，且走向也要符合航道底部等深线走向，这样布设可尽量扩大测线范围，提高覆盖率。由实际经验可知：长江航道为典型的“U”型横断面，航道水深由中间向两侧减小，因此长江航道的等深线走向基本和航道走向一致，因此布设测线时也尽量沿航道设计布设。（2）主测线长度应稍大于测区范围。多波束测深系统虽然具有效率高、精度好等优点，但是也存在系统复杂、受干扰因素多等缺点。由于该系统安设于船体之上，而船体在行驶中的转弯、摇晃、速度变化等因素均可造成探测误差。所以测量船体应提前进行测线测量，在航行中由巡警提前开道，为保持匀速直线航行创造条件。在布设主测线时应保证其长度稍大于测区范围，这样测量船可提早上线，可有效保证多波束测深系统的稳定性和准确性。（3）测线总长度不得过大。长江航道水深呈现“中间大，两边小”的特点，因此在布设测线时可适当加密边缘航道测线，而航道中间测线可适当稀疏（但不得超过有效测宽的80%），这样可合理分配测深资源。测线条数越少，相应的系统复杂性也越低，得到的测量数据也越清晰准确，后续处理工作也变得较为容易。（4）各个测线测量范围应有重叠。航道测深是建设航道、保证行船安全的基础，不得存在半点盲区，因此要求测线网可将测区航道全面覆盖。多波束测深系统测量模式是“由点到面”，虽然可大幅度提高测深效率，但是也存在信号干扰区。比如在位于测深系统中心下部某一范围，其反射信号清晰，探测效果也很好；而位于边缘的反射波由于散射明显，很多反射波都不能被接收器有效接收，因此得到的有效波较少，信号质量存在较大干扰。因此要求相邻测线的探测范围必须要有一定的重叠区，以保证每一区域的信号清晰、可靠为标准。（5）复杂区应加密测线。测线的布设密度和测量精度呈正比关系，因此在航道复杂区应加大采样点密度，以提高对该区域水底地形分辨率。若在测深作业中发现了沉船、岩礁等障碍物，应以障碍物为中心布设“井”字型加密测线，多方向、多角度获取障碍物的详细信息。（3）布设一定数量的检查测线。检查测线的作用是检验测深系统的准确性和可靠性，垂直于主测线均匀布设。检查侧线布设位置在于平坦区，数量不得過少，要求检查测线总长度大于主测线总长度的5%。测检测线可采用单波束或多波 束测线，但当采用后者时，其只收集回波清晰区数据即可。
结束语
综上所述，多波束技术是水声技术、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综合集成体，凭借着高分辨率、高精度性等特点在当前航道测量工作中得到广泛应用，因此为了充分发挥其作用，对多波束测深系统在航道测量中的测线布设进行分析与探讨具有重要意义。
参考文献：
[1]钱行.浅析国产多波束系统在航道测量中的应用[J].中国水运，2017（12）
[2]成芳等.多波束测量测线布设优化方法研究[J].海洋技术学报，2016（04）
[3]张旭等.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，2017（01）
论文作者:李金乾,马随阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/20
标签：波束论文; 航道论文; 测量论文; 系统论文; 技术论文; 船体论文; 障碍物论文; 《基层建设》2018年第14期论文;