Sonic 2024多波束水下地形扫测应用实例

李玉海　陈兰伟　韩明钦

摘 要：文章主要介绍了多波束系统的仪器性能指标、多波束系统的安装与校准和后处理的流程，并通过实例叙述了Sonic 2024多波束系统在水下地形扫测中的应用，有效地说明了多波束测量在水下地形测量中的优势。

关键词：Sonic 2024；多波束；水下地形扫测

1 概述

多波束测深系统将传统的测深技术从原来的点、线扩展到面，能够对所测水域进行全覆盖、高精度测量[1，2，3]。Sonic 2024多波束测深系统是目前市场上主流的测深设备，较其他类型多波束优势在于超高分辨率和准确度，且波束具有导向性[5]。文章结合实际工作中航道扫测的项目，详述了多波束系统中各传感器的性能指标、多波束系统的安装与校准以及多波束数据后处理的基本流程，最后通过CARIS HIPS生成水下地形的三维图像。

2 主要仪器性能指标

2.1 多波束测深仪

Sonic 2024是美国R2Sonic公司生产的基于第五代声呐结构的高精度多波束测深仪。工作频率为200-400kHz（可调），波束宽度为1°×0.5°@400kHz，波束数目为256个，扇形条带开角为10°-160°，测深最大量程为500m，脉冲宽度为17μS-500μS，功率为191-2211dB，测深分辨率为1.25cm。

2.2 光纤罗经及姿态传感器设备

法国iXSEA公司生产的OCTANS光纤罗经和运动传感器是世界上唯一经IMO认证的测量级罗经。它内置有自适应升沉预测滤波器，在任何情况下，均能实时提供精确可靠的运动姿态数据。OCTANS航向稳定时间小于5min，航向精度为0.1°×Secant纬度，Roll/Pitch动态精度为0.01°，Heave精度为5cm或5%。

2.3 定位设备

Trimble SPS361型信标机是世界GPS知名公司Trimble的高精度的定位设备，支持接收MSK信标差分信号，可提供亚米级定位精度，广泛应用于海洋测量、港口工程等各个领域，水平定位精度优于1米。

3 多波束安装与校准

3.1 多波束系统安装

多波束换能器采用侧舷安装方法安装于测量船舶的左舷，并以多波束换能器安装杆与海水面交点作为参考点建立船体坐标系，定义船右舷方向为X轴正方向，船头方向为Y轴正方向，垂直向下为Z轴正方向[6]，量取各传感器相对于参考点的位置，往返各测量一次，取其平均值。

3.2 多波束系统校准

多波束系统的校准需要选择具有一定地形特征的合适区域做校准测量，本次选取垂直于航道的两条测线作为多波束校准的测线。由于Sonic 2024多波束系统具有PPS功能，能够实现GPS UTC时间和电脑时间的同步，故时间延时（Latency）为0[4]。因此，本次测量仅需进行横摇、纵摇和艏摇校准。

（1）横摇（Roll）校准。通过海底平坦海区同线同速反向的条带断面测量数据测定横摇（Roll）偏差数据。

（2）纵摇（Pitch）校准。通过水深变化大的海区同线同速反向的中央波束测量数据测定纵摇（Pitch）偏差数据。

（3）艏摇（Yaw）校准。通过水深变化大的海区异线（间距为覆盖宽度的2/3的两条测线）同速同向的边缘波束测量数据测定艏摇（Yaw）偏差数据。

4 数据处理与比对

多波束测量结束后使用CARIS HIPS软件进行水深后处理，后处理顺序为：定位数据检查-姿态数据检查-声速改正-线模式编辑-潮位改正-合并数据-面模式编辑数据处理等，生成水下地形三维效果图，如图1所示，使用CARIS GIS软件对水深数据进行抽稀，并按照5mm间隔生成水深文件*.txt，最后根据项目要求绘制测区1：1000比例尺的水深图。

5 结束语

通过Sonic 2024多波束测深系统水下地形扫测的工程实例，详述了各种传感器的性能指标、多波束系统的安装与校准和多波束数据处理的基本流程，通过水下地形三维图的生成，较直观地验证了高精度和高密度的多波束数据可以分辨水下地形地貌的细微结构和变化，这为对水深测量有较高要求的水下工程以及研究海底地形地貌的变化问题等提供了有力的手段。

参考文献

[1]赵建虎，刘经南.多波束测深及图像数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2008.

[2]李家彪，等.多波束勘测原理技术与方法[M].北京：海洋出版社，1999.

[3]赵建虎，等.现代海洋测绘[M].武汉：武汉大学出版社，2007.

[4]王闰成.多波束测深系统的安装校准[J].海洋测绘，2003，23（1）.

[5]周兴华，陈永奇，等.长江口航道疏浚的多波束监测[J].海洋测绘，2002，22（6）.

[6]何斌，程绪红.多波束测深系统在扫海工程中的应用[J].港口科技-信息化技术.