关于多波束系统在内河水下测量中的优越性能袁鹏

关于多波束系统在内河水下测量中的优越性能袁鹏

袁鹏

长江宜昌航道局湖北省宜昌市443001

摘要：在水运工程技术中，水下测量技术是重要的组成部分。而在内河水下测量方面，多波束系统具有优越的性能，成为了应用范围渐广的水下测量技术。基于这种认识，本文对多波束系统进行了介绍，然后对改系统在内河水下测量中的优越性能展开了分析，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：多波束系统；内河水下测量；航道测绘

引言：近年来，我国一直在加快内河航道建设。而在航道建设的过程中，还要应用多波束系统实现内河水下测量，从而为推动航道测量的数字化、智能化和信息化发展提供技术支撑。因此，还应加强对多波束系统在内河水下测量中的优越性能分析，从而更好的推动系统的应用发展。

1多波束系统概述

所谓的多波束系统，其实就是利用换能器阵实现声波广角度定向定向发射和接收，然后利用传感器实现各波束测点空间位置归算的探测系统。目前在内河水下测量中，该种系统得到了应用。通过对水声技术、导航定位技术、数字传感技术等各种技术进行集成，系统能够利用多波束实现空间立体式作业，获得与航向垂直的水深数据[1]。而这些数据具有条带式、高密度的特点，需要系统利用智能化处理方式完成数据处理，然后利用自动化成图功能提供数据分析图形。

2多波束系统在内河水下测量中的优越性能

2.1多波束系统安装

在内和水下测量中，采用多波束系统还要进行系统安装。而不同型号的多波束系统在结构组成上存在一定差异，所以拥有不同的安装要求。从总体上来看，系统应该由声速剖面仪、多波束换能器、数据采集处理器、运动传感器和导航定位系统等部分构成。在实际安装时，需要利用数据线完成各部分连接，并在测量船上进行各部分固定[2]。在具体安装的过程中，还应确保换能器安装稳固，以免其出现下沉或抖动等情况。在船体重心位置，需完成传感器的固定安装，并确保传感器与水面平行。而由于运动传感器具有方向性，所以还应使设备罩壳拥有与航道相同的指示方向。系统DGPS接收器需要在船舶高处安装，确保视场内障碍物高不超出10°，并与主桅杆保持一定距离。此外，系统应与无线电发射源保持距离，并使天线远离金属物体，以减少信号所受干扰。在进行内水下测量前后，还应完成系统参数校正，以确保各设备状态保持稳定。

2.2多波束系统应用

为研究多波束系统在内河水下测量中的应用情况，可以RESONSeaBat7125多波束测量系统在侯家湾时下地形扫测工作中的应用为例。2014年，航道部门在侯家湾位置开展航道测绘工作的过程中，发现一处浅点。通过实际测量发现，该处水深4.8m。而由历年水深探测结果来看，该位置为深水航道，最浅相对高程为9.1m。在水深4.8m的情况下，虽然能够满足通航水域安全的基本要求，但是也存在超吃水船舶搁浅的隐患。针对这一情况，航道部门利用多波束系统进行了探测，发现河道中心存在浅梗，其长380m，宽最大能够达到21.83m，最浅相对高程为2.8m。分析数据可以发现，如果采用常规的测量方法，需完成水深断面和点间距的设置。受二者的局限，通常较难完成浅点的采集。而采用多波束系统进行测量，则能实现水下地形的全面覆盖，得到密度大、数量多的一系列数据，因此能够更好的完成水下地形观察。

2.3系统应用成果分析

根据系统应用效果，可以利用与主测线相交方法实现测线检查，以完成系统成果检验分析。采用该种方法，能够对系统本身和各部分对测量结果的影响进行评估，如设备安装、参数校正等。在具体测试时，分别对测试区域的南边和北边进行了一次测试，以确定系统探测成果质量。如下表1所示，为系统水深测量验测精度统计结果。从表中的内容可以得知，应用系统进行内河水下测量，可以满足水下测量规范要求。

2.4系统优越性能分析

结合多波束系统应用情况可以发现，相较于单波束，系统性能明显更加优越。在内和水下测量中，系统采用的是带状方式，能够完成波束的连续发射和接收，并获得较高的覆盖高程，能够对水下进行100%的地形扫测。而系统发射的多波束拥有较窄的角，能够完成地形细微变化的反映。如果采用单波束，则只能利用点、线进行反映。采用多波束，能够实现整体反映。其次，采用多波束系统，能够得到更加真实的水下测量结果。因为采用系统能够获得更多的水深点数据，通过数据处理获得的等值线也就越接近真实。如果采用单波束，则只能得到断面数据。在数据处理的过程中，单波束需要采用插补方式，因此获得的等值线将产生较大偏差。再者，利用多波束系统，能够完成测量船纵摇、横摆等姿态信息的获取。利用系统软件完成这些数据的处理，则能实现测量参数校正，所以能够进一步提高测量结果精度，减少外界因素对内河水下测量结果的干扰。最后，在测量数据处理方面，采用多波束系统能够完成成图处理，自动生成彩色图像、三维图像等各种图像。针对同一测区，利用多波束系统可以得到不同比例尺的地形图，因此能够更好的满足内河水下测量需求。此外，针对同一测区，采用多波束系统可以完成比较和土方计算，进而提供更加全面的数据分析结果。

从内河水下测量工作的发展方向上来看，随着智能航道的建设发展，航道图更新也将对内河水下测量提出更高的要求。一方面，为加强数字航道的建设，航道部门需要进一步加强电子航道图的测量和绘制，同时也要完成水下建筑物的监测，并进行水毁情况的探测。另一方面，在航道建设的过程中，需要完成水下物体，如沉船、疏浚物等各种物体的探测和搜寻，以确保这些物体能够得到排除。再者，在疏浚作业的过程中，还需要提前完成施工区域水下探测，以获得更多的水下地貌信息，为作业的开展提供数据支撑。最后，在相关研究中，还要完成水深测量和水文调查等工作。而应用多波束系统，则能凭借系统的优越性能使这些需求得到满足，从而更好的推动内河水下测量工作的发展。因为从国内外来看，多波束系统为最先进的水下测量设备，近年来取得了不断更新换代，能够始终保持优越的测量性能。相较于其他测量系统，多波束系统采用的测量技术也更加成熟，能够用于水下地形扫测、水深探测等多个方面。在水下物体搜寻方面，多波束系统也取得了显著的应用成果，可以用于确认水下物体的高程和位置，为物体的打捞和航道维护提供足够的数据支撑[3]。此外，多波束系统也能够在电子航道图数据更新和航道建设等方面得到应用。

结论：通过分析可以发现，在内河水下测量方面，多波束系统目前已经得到了大量应用，并且取得了良好的应用成果。而能够取得这些成果，与多波束系统在水下测量中的优越性能有关。借助系统的这些性能，不仅能够较好的完成各种内河水下探测任务，也能够为内河航道的建设提供数据支持，因此系统必将获得良好的应用前景。

参考文献

[1]泉泽,刘飞,江坤等.多波束测深系统在内河航道测量中的运用探讨[J].中国水运.航道科技,2016,(05):54-59.

[2]张旭巍.多波束测深系统在内河航道中的需求及选型分析[J].中国水运,2011,(08):36-37.

[3]张从奎,蒋方强,陈宏乾.多波束测深系统在内河航道测量中的运用[J].中国水运,2014,(04):40-42.

作者简介

袁鹏（1976），男，高级工程师，长江宜昌航道局，长期从事航道测量工作。