多波束测深仪在航道测绘中的应用分析

张博文 广东省粤西航道事务中心湛江航标与测绘所

近几年，伴随国家经济水平的提高，“一带一路”的实施与海洋强国战略的实行，海洋经济活动越来越频繁，航道测绘的作用日益明显。为了保障经济的稳定、迅速发展，确保船舶的运行安全与海洋工程的要求，需要定时展开航道测绘。其中，多波束测深仪是一种高新测绘系统，在航道测绘方面使用普遍。

1.多波束测深仪介绍

多波束测深仪测绘，是依靠多波束作用而完成水下测绘的。相对于单波束测绘有许多优点，大幅度提高了水下地形测绘效率，在测绘时，能够根据水下多个测绘点进行测绘，获取相关的测绘深度值。多波束测深仪是由发射换能器、接收器和定位、定姿态辅助器，及处理得到信息的系统等多个子系统所组成。航道测绘中使用多波束测深仪提高了面化测绘效果，促使航道测绘效率和效果得到了明显提高，推动了航道建设的持续发展。

1.1 多波束测深仪的构成

在现代水中探测方面，多波束测深仪发展迅速，是该领域的关键新兴科技之一，多波束测深仪实现了计算机科技和声呐系统及与空间测控系统及数据处理系统的充分结合。在进行水底探测时，其既具备较高密度，并且测绘精度很高。本文探究的多波束测深仪SeaBat 8101，是当前世界上精度较高的测深系统之一。其构成涉及运动传感仪与OCTANS光纤罗经、侧扫图片处理平台、声速剖面器和处置多波束信息平台及底质分类平台等。

1.2 特征

（1）采取带状形式来测绘。多波束测深仪集合了许多先进科技，是一种十分先进的测绘技术，具体使用时，基于带状形式进行测绘。该系统的使用优点是，测绘涵盖范围较广，能够取得全覆盖水底物体的成效。而且，相对于单波束测绘，该系统可以精确的呈现出水底每种地形细小的改变。这一特征主要是因为单波束是展开点式测绘，但多波束是进行面式测绘。测绘水底状况时，基于带状方式测绘，可以全面获得水底地形的有关信息。多波束测绘形成等值线的环节，该种测绘方式取得了全覆盖，具备信息量很大，且有良好的稳定性。但单波束测绘在操作中会产生信息不全的现象，这就更加突出多波束测深仪的优势。

（2）发射换能器比较先进。水下探深时，该技术可以实现165°宽的投射涵盖面，而且接收器还可以把投射波实现动态聚焦，也可以实时的把探测到的信息依靠监视器传输。

（3）能产生直观的信息图。多波束测深仪使用时，除了以上优点以外，还能形成直观的信息图。该系统内处理系统较强大，功能十分完善，能够根据实际情况进行不同比例尺的测绘，基于此形成信息图。而且可以多元化处理信息图，包含水下测深等直线的有关信息图，也可以形成地形模型图，能产生彩色水深图等等。

2.多波束测深仪安装检测

2.1 设置电罗经传感仪

电罗经的设置部位具有较高要求，电罗经传感仪要安置于船舶中心周围，电罗经指示角度要和船首方向相同，而且需要在船体坐标轴的水平面中。安装部位要远离导磁材料和易被磁化的材料；电罗经和很大的铁性物质、强电流的导线和电池组最少维持1.3-1.5米的间距；有些电子产品的应用将影响电罗经的稳定运转，使之测得的方向信息失真和干扰，要远离它们。

2.2 设置运动传感仪

运动传感仪（TTS）要固定安置，且尽量和水平面平行；TTS离船体重心愈远，船体纵横倾变化越大，形成的测绘偏差也愈大，因此安装部位要在船体重心或尽量接近重心；TTS的设置存在方向性，它罩壳上的显示方位要和船首方向相同，否则就出现反向改正，引起较大偏差。

2.3 设置多波束换能设备

多波束换能设备的设置重点取决于船型与船舶结构，而且还要考量多波束测深仪应用的水域，像在内河测绘，由于受风浪程度很小，能够安置于船首，但在潮汐河口和近海水域，由于受风浪程度很大，适合采取船舷固定设置。安置时应注意加固，防止测绘换能设备出现抖动、沉降。另外，还兼顾换能设备的安全性，防止在靠离码头碰撞受损，建议设置换能器，还存在可拆除和能转移的作用。

2.4 设置DGPS接收器天线

DGPS接收器天线要设置在传播高处，根据场内阻碍物的高度角不得大于10°；尽量远离船体主桅杆；尽可能离开大功率的无线电发射信号源；设置天线要稳定，防止船体姿态改变使之出现移动；天线部位要选取远离船舶重大金属物体构造，离夹板高度最少1.5米之上，降低信号多途径效应。

天线设置后，要严格测试，测试能够分成通电测试与航行检测。通电检测：在静态情况下展开，检查平台各部分导线衔接是否正常稳定，准确无误；检测接地是否准确，可靠；检测配电电源传输电压是否稳定，直流配电的极性是否准确，确认正常后，就目测系统每个部位的通电运转情况、信号的稳固性与信息的通讯状况。

航行检测：要选取适合水域设测多个往返测线展开横倾、纵倾、定位延缓、电罗经误差等指标改正。另外，在测试时也要检测DGPS接收器、声速剖面器、电罗经等是否运行正常。当前，以上各检测项目不只是安装测试的需要，并且已经是各个航次和承接新测绘项目前需要处理的任务。

3.定位导航

水深测绘工作平面定位采用RBN-DGPS系统处理。因为GPS采集的是WGS-84坐标，但测绘成图使用的坐标系是当地坐标系。所以，在测绘前要先计量WGS-84至当地坐标轴间的坐标变换值。

WGS-84坐标系到当地坐标系间的坐标调换值能够直接使用2-3个控制点求出。为验证坐标调换值的精准度，采取RBN-DGPS接收器展开坐标比较，依靠实测坐标和已知坐标的比较差来验证调换值的精准性，比较结果符合标准要求才能够投用。DGPS信标接收器接收差分信息完成平面定位。

4.测绘和信息处理

4.1 扫道规划与测线分布

（1）扫道方位。扫道方位规划时，兼顾到多波束测深仪收集的属于高密度条带式水深信息，其能够对水底地形实现全覆盖探测。在正常操作环境下，只需船速选取合理，就不会漏掉特别水深，所以，扫道方位规划沿着航道方向分布。

（2 ）扫道道宽。Atlas Fansweep20 的扫道规划宽度是W=2D图tanθ（D图指海图水深，θ指波束角）。具体操作过程，扫道道宽按照场地水深来决定，主要以扫道规划宽度值为基础。此外，兼顾到施工过程对涨潮水位的合理使用，也能以实际扫侧信息填充屏幕呈现的规划范围且有重合为准。

（3）重合带宽度。在《多波束测深系统测量技术要求》JT/T 790-2010中提出：主测深线的间距应不大于有效测深宽度的80%，在重要航行水域，测深线的间距应不大于有效测深宽度的50%。

4.2 测绘实施与信息后处理

多波束测绘选择的是PDS2000测绘系统，系统同步收集DGPS位置信息、多波束测深仪水深测绘信息、波浪补偿器姿态补偿信息、电罗经信息。声剖器实时收集声速信息明确单波束声速与多波束声速剖面。选择CARIS后处理系统展开水深点后处置，剔除了假水深，于CARIS系统内记录潮位数据，智能对水深信息完成水位改正。信息处理涉及信息预处理与成图两点，预处理包含定位信息处理，声速剖面信息处理，潮位信息处理，姿态信息处理，深度信息处理与信息编辑、除噪、兼并、清项；成图是对预处理后获得的水深信息实现网格化，形成DTM，制定水下地形图。