多波束测量系统在广州某航道疏浚验收中的应用思路探讨
随着国家经济建设的加速, 港口建设迅猛发展, 港口航道疏浚工程也成为港口发展中的一个重要部分, 因为航道是港口的咽喉, 因此对航道疏浚的验收测量非常重要。如何客观、真实的了解航道疏浚情况, 掌握航道的水下现势地貌等, 便是摆在每个测量工作者面前的技术关键。多波束系统的应用, 改变了传统测量手段的效率低、质量差等不足, 以其高精度、全覆盖、高效率等优势, 为疏浚工程验收提供了高效可靠的服务。
1 8125多波束系统介绍
Seabat 8125多波束测深仪是美国RES ON公司生产的世界上第一台投入使用的商品化、宽扇区、宽频带、聚集式多波束测深仪, 该测深仪在世界各地以其数据密度大、分辨率高的特点被投入到海洋调查, 障碍物探测, 渔业调查、疏浚验收等各个领域。Seabat 8125多波束系统主要由8125多波束测深仪、OCTANS光纤罗经、DGPS定位系统、声速剖面仪、6042多波束数据采集处理系统组成, 该系统通过光纤罗经OCTA NS实时测定测量船的航行姿态及每个水深断面的方向, 通过DGPS接收机测定测量船对应的位置, 结合外业数据采集系统确定每个波束对应脚印的位置, 实现带状扫测的能力。系统通过换能器发射1个扇面波束, 反射信号经换能器接收, 通过波束形成器形成240个窄的波束, 每个波束的宽度沿航线方向为1°, 垂直航线方向为0.5°, 系统的覆盖宽度为240×0.5°=120°。其波束的频率为455kHz, 最大发射速率为40次/秒, 系统最大测深范围为120m, 测深分辨率为6mm, 测深精度满足IHO国际海道测量特级标准。
2 系统作业过程
2.1 设备安装
将多波束换能器固定在船舷稳定部位, 并远离机器等噪音源, 换能器要超过船底, 安装杆不能太细, 要在尽量靠近水面的位置设置固定点。Octans要尽量放在船的重心位置, 以减少仪器补偿中的误差。如无法装在重心位置也要尽量与中轴线平行, 因为罗经提供按自己方位确定的方向角, 如果罗经和船的方位不一致, 则罗经给出的方向角不能代表船的航向角。Octans同时能够同时输出方位和运动姿态数据, 主要包括横摇roll, 纵摇pitch, 方位Yaw以及Heave。DGPS要安装在固定且没有遮挡物的位置, 保证能够更好的接收定位信息。设备安装后, 要定义船体坐标系, 定义坐标系的参考点VRP, 最好将VRP定义在船体的重心, 并测量GPS天线、8125换能器、光纤罗经、水线相对于参考点VRP的坐标位置, 测量各项设备相对于船的重心位置的偏离值, 并输入保存在项目设置文件中。
2.2 仪器校准
由于在换能器安装时无法保证其方位, 故换能器实际方位与OCTANS测量值存在一定偏差, 在数据后处理及位置归算时需要将此偏差进行改正。一般仪器校准主要包括:GPS延迟误差的校准 (Latency) 、横摇安装误差的校准 (Roll) 、纵摇安装误差的校准 (Pitch) 以及船艏向安装误差的校准 (Yaw) 。
2.3 数据采集
在多波束系统的校准工作完成后, 边可以进入测量区域开展测量工作, 工作前要用声速剖面仪采集测区的声速剖面数据, 并导入到6042多波束数据采集处理系统, 调试81-P系统参数, 调节换能器功率及增益等, 保证系统数据质量良好。根据水深情况合理布设测线, 要充分考虑两相邻测线数据的重叠, 要保证重叠区域控制在20%左右。生成格网文件, 并设置水深颜色, 测量时根据色带覆盖情况实时调整测船航行间距, 发现有漏测区域及时补测, 并对测量过程中的时间、文件、特殊问题的信息作详细记录。
2.4 内业处理
测量数据内业后处理主要包括: (1) 数据分析:采用数据处理系统配置的滤波器对数据进行滤波分析。 (2) 数据回放:将潮位等改正信息重新输入并回放, 生成可编辑文件。 (3) 数据编辑:剔出跳点、孤立点和边缘波束数据。 (4) 网格化处理:即对高密度的测量数据采用网格插值法进行合理压缩处理, 以使其能够满足绘图及使用需要。 (5) 数据格式转换:将处理过的测量数据转换为能够满足绘图需要的格式。 (6) 绘制竣工图:将成果数据展绘成图并加套格网、范围线、岸线、航道线等, 按规定的图面格式绘制竣工成果图。
3 系统优势
我单位利用多波束系统多次在广州港航道疏浚验收项目中发挥其高效率、高精度等优势, 保证了航道疏浚验收工作的顺利进行。
3.1 测深精度优势
决定一套设备性能的主要指标就是设备的测量精度, 而8125多波束系统作为水深测量设备, 自然要考察其测深精度。影响水深精度的因素有很多, 比如多波束本身的测深误差、潮汐改正误差、船舶姿态补偿横摇改正误差、声速剖面改正误差、船舶动吃水改正误差等。根据误差传播定律, 结合工作中各类改正误差的影响, 8125多波束系统的测深精度完全能够满足相关规范要求。
3.2 全覆盖优势
全覆盖是指多波束测量中, 前后左右脚印有一定的重复测量。传统测量手段只能对点或者线进行测量, 数据代表范围很小, 而且测线之间的未测量区域水深情况更是无从表示。8125多波束系统通过测幅重叠和设置更新率的方法能够覆盖整个测区, 对于测区内1m3以上物体的高度、形状、姿态等, 能够提供量化描述, 对于疏浚施工过程中所遗漏的浅点浅区不仅可以提供具体的位置, 理论最低潮面下的水深, 还可以通过制成三维立体图观测水下微地貌, 直观看到水下状态, 初步实现水下可视化。
3.3 高效率优势
疏浚项目施工完成后, 有关各方都急于了解水下施工情况, 以便判断是否满足设计或通航要求。对于大面积水域, 传统的测量方法需要按计划线逐线测量, 关键区域还要求加密测量, 需要较长的作业时间。如果采用多波束系统, 因其测量轨迹为带状, 单线覆盖宽度能够达到几十米, 即可以保证分辨率又能节省外业测量作业时间。
4 结语
多波束测深系统的应用实现了水深测量技术革命性的进步, 它具有高精度、高分辨率、全覆盖等特点, 能够提供真实细致的水下地貌, 对航道疏浚后期的扫浅工作有很大的指导意义, 并为航道疏浚验收质量评定工作提供了更可靠的数据依据。
摘要：本文基于笔者多年从事航道测量的相关工作经验, 以多波束测量系统在广州某航道测量的应用为研究北京, 分析了多波束测量系统的特点, 结合广州某航道疏浚验收项目, 介绍了多波束系统的工作流程, 分析了该系统在航道疏浚验收中的各种优势, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。
关键词：多波束,疏浚验收,精度
参考文献
[1] RESON公司, SeaBat8125多波束操作手册.
[2] 周云飞, 张彦昌, 等.SeaBat8125安装误差校准及在边坡测量中的应用[J].水道港口, 2006 (3) :188～191.
[3] 郭松林, 范东华, 高莹.在疏浚工程检测中的多波束数据后处理方法研究[J].海洋测绘, 2007 (2) :30～33.
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