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摘要：多波束测深系统能完成全覆盖水深测量、航行障碍物探测，使航道测绘技术从外业到内业全过程真正实现了自动化、智能化和数字化。RTK三维水深测量省去传统水深测量中繁琐的水位测量，能够自动消除波浪起伏和动态吃水变化的误差影响。航道疏浚结果表明，在近海海域该方法可以取代有验潮的常规水深测量。
关键词：多波束测深系统；航道测量；问题
引言
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，最常使用在海洋环境中，多波束测深系统打破了传统单波束以点为基础的离散式的作业模式，尽管如此，经过多次水深测量应用，认识到RTK模式下的多波束测深有诸多方面不同于常规水深测量，尤其是误差分析和改正。
1.多波束测深系统简介
与传统的单波束测深技术相比较，多波束测深系统优势明显。①多波束系统采用了全覆盖的测量方式，采集的数据全面，能真实的反映河床地形；②多波束系统同步记录船体姿态信息，起伏、纵摇、横摇、航向等，由后处理软件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减小到最低限度；③多波束系统后处理软件功能强大，能对测量资料进行多种成图处理，可生成等值线图、三维立体图、彩色图像、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及土方计算等，极大地提高了工作效率；④多波束系统应用的采集软件具有实时成像功能，可以直观地看到水下的地形起伏，以及护岸工程的效果，便于指挥决策和重点监测，利用软件的回放功能，不仅在现场而且在室内也能演示；⑤多波束系统通过后处理软件可以绘制任意比例尺水下图形图，可以满足高精度的水利工程测量要求。
与常规多波束系统不同，SEA BAT 8101 采用特殊的波束形成方法，即在发射和接收时，系统均产生完全经过横摇校正的波束，此项技术被称为旋转定向发射（RDT），其优点为：在发射和接收时无论在沿航迹方向还是垂直航迹方向均可以获得极好的指向性，换能器小但声源级高、系统的安装应用非常方便灵活、旁瓣抑制好于36dB、错误率低。而常规多波束在发射脉冲时将声波照射到某一区域，仅在接收时产生波束形成。
2.多波束 RTK 三维水深测量作业模式
多波束测深系统以其全覆盖、效率高、后处理数据强大的扫海测深特点，结合目前常用的GPS RTK实时定位技术，能够良好的完成水运工程方面的测量任务。其工作原理是：GPS 基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信号传输给流动站，GPS 流动站通过接收基准站数据，在测量船上实时得出三维坐标；而多波束系统通过与 GPS 流动站连接与设置，在秒脉冲 PPS（Pulse － Per －Second）技术的协同下自动同步接收并记录实时定位与测深值，见图 1。
3.多波束系统的安装
SEABAT 8101 系统由 GPS 导航定位系统、多波束换能器（探头）、光纤罗经和运动传感器、声速剖面仪、水深数据采集处理器、数据处理计算机和处理软件构成。各部分之间通过专用数据线连接，固定安装在测量船上。结合我院现有设备安装如下：SEABAT 8101 多波束测深系统一套，安装于 “渝工测201 ” 上，考虑到测量船的大小（26*6m）和结构以及测量环境（内河），换能器采用船舷（右舷）固定安装并可拆卸。安装时要注意固定好，为避免换能器产生抖动、下沉，换能器与测量船用一根 3m 长 φ200*5mm 不锈钢钢管连接。OCTANS（光纤罗经和运动传感）器固定安装于船体重心位置并尽可能与水面平行；同时考虑到运动传感器的方向性，其罩壳上的指示方向与船艏方向一致。DGPS 接收机天线应安装在船舶高处（低于避雷针），视场内障碍物的高度角不能超过 10°；尽可能远离船舶主桅杆；尽量远离大功率的无线电发射信号源（如雷达、高频电话天线等）；天线安装要稳固，避免船舶姿态变化使其产生位移；天线位置应选择远离船体大型金属物体结构，距甲板高度为 6.2m，尽可能减少信号多路径效应。多波束系统的参数校正应在水下扫测之前或扫测结束后立即开展，以保证系统校正与扫测时多波束系统各仪器状态一致。多波束系统校正计算应在校正操作现场完成并做好校正参数记录，多波束系统校正方法及要求见下表。
4.RTK 三维水深测量
（1）在陆地已知控制点上架设基准站，测量船上 GPS 流动站受无线数据信号有效传输距离的限制，一般在近海岸水域应用多波束测深。此外，将基准站架设于地势较高视野开阔的地点，同时尽量增大电台发射功率，或在海上设置中继电台，可以在一定程度上有效提高 RTK 模式下的作业距离。
（2）在港口工程中，通常需布设 GPS 控制网获得由 WGS 84 坐标系到地方坐标系（比如本次航道测量采用 1954 年北京坐标系）的转换参数（如布尔莎七参数），但由于 GPS 控制网通常只能沿海岸在陆地布设，所求取的转换参数不适用于控制网外的测区。因此，需要在施测前在测区适当海域设立临时定点水位站并确定其深度基准面，求得该处准确水位，在 RTK 三维水深测量时进行水位修正。
（3）在正式作业时应根据作业环境及成果要求对数据采集的航向、航速、扫测扇面、波束角、量程、频率、发射功率和接收增益范围等设置合理调节，避免测深不漏不余，保证采集数据真实有效。
（4）ＲTK 三维水深数据采集时，定位数据更新率设置不小于 10Hz，以更好地削弱涌浪对测深的影响。
5.结束语
GPS RTK 作业模式下的多波束水深测量，其突出特点就在于集成定位系统和测深系统于一体，在RTK 有效控制范围内，摒除常规有验潮水深测量中繁琐的水位测量，从而既降低成本，又方便施工作业。
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]刘经南，赵建虎．多波束测深系统的现状和发展趋［J］．海洋测绘，2012，22（5）：3-6．
论文作者:李远文
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/27
标签：波束论文; 测量论文; 系统论文; 水深论文; 作业论文; 技术论文; 航道论文; 《基层建设》2017年6期论文;