MS400多波束测深仪在正峡段治理工程测量中应用

张效锋

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230000)

安徽省淮河干流正峡段行洪区建设与调整工程项目位于淮河中游淮南市境内，项目涉及淮南市寿县、毛集试验区和凤台县，总投资62.1亿元。项目建设内容较多，其中有25km淮河干流河道疏浚，规划疏浚规模为：底宽330m，底高程12.0m～10.0m，边坡1∶4，疏浚后能够极大提高该段河道泄洪能力。疏浚计量采用断面法，为防止施工图阶段与初设阶段河道疏浚土方量产生较大误差，2018年10月中旬，采用GPS RTK配合MS400多波束测深仪对初设的245条(间距约100m)河道断面进行复核测量。

1 MS400多波束在水下地形测量中的应用

MS400多波束测深仪是该设备在项目中的首次应用，为了保证产品质量，首先选了观测条件较好的7km河段作为测试段，并采用两种测量手段对仪器的可靠性进行校核。

1.1 不同行驶方向进行对比

采用两种不同的航行方向，通过重合点进行校核。测量船沿河道等深线方向行驶，即顺水流方向，该方向根据水深和开角(120°)对航线进行设计，使河床能够全覆盖扫描测量。

测量船垂直等深线方向行驶，即垂直河道方向。该方向沿原断面方向行驶，原断面位置通过生成.dxf文件，导入电脑，由导航软件HydroNavi进行航线控制，航线设置涵盖该段原70条河道断面。

1.2 不同的仪器设备进行对比

采用多波束与单波束HD-360进行数据对比，该段河道245条断面均采用MS400多波束和HD-360单波束同步方式进行测量。

2 应用结果分析

2.1 内业数据处理

MS400多波束数据后处理采用海测大师软件，多波束的数据处理就是删除噪点的过程，采用自动滤波与人工处理相结合方法进行，剔除少量的异常数据，通过各种数据处理后，能够得到形式多样的数据形式——水下点的三维坐标、等深线图、水下DTM模型、水深数据三维点云视图，具体模型如图1、图2所示,能够满足不同用户的设计需求。

图1 局部水下DTM模型

图2 局部水深数据三维点云视图

2.2 MS400多波束测深仪不同航向重合点的比较

表1 多波束不同航向重合点高程比较

通过MS400多波束测深仪两种测量方法得到水下点的三维坐标，生成.dat文件，在南方CASS成图软件中展点得到图形文件，在图形文件中可直观的看到重合点，我们随机抽取部分不同航向且开角边缘数据进行比较得出如下结论：①两种测量方式所取得最终成果能够吻合，均比较可靠，高程差值主要集中在0.1m左右。②多波束开角边缘的极少部分高程点差值达到0.2m，其平均差值为0.08m。抽取部分重合点比较如表1所列。

2.3 MS400多波束测深仪与单波束HD-360测深仪数据的比较

在使用多波束进行外业数据采集的过程中，把单波束测深仪固定在测量船的后部同时进行数据采集，按间距2m设置采点样式。由于单波束测深仪采集的数据是逐点采集，而多波束数据是点云数据，为了方便比较两者之间的差异值，采用断面图的方式进行比较，断面图比较如图3所示，图中生成的断面图横向比例尺1∶4000， 纵向比例尺1∶200，从生成的断面图中能够直观地看出断面图的形状能够吻合，差值多数集中在0.2m～0.4m之间，并且有很强的规律性，即单波束比多波束测得水深较大，即高程数值小些，而且水深越深、坡度越大高程值相差越大，产生的原因与实际情况相符，经分析认为最主要还是单波束未进行倾斜改正，尤其当坡降、水深同时较大时，仪器安装倾斜导致水下地面点和RTK水上采集点位置偏心较大，从而影响水下点的精度，设备安装倾斜是单波束产生误差的主要因素。

图3 多波束、单波束水下部分断面图比较

《水利水电工程测量规范》SL197-2013是水利水电工程测量中执行的主要技术规范，规范规定地形图图幅等高线允许中误差平地为±h/3，基本等高距取0.5m，水下地形可放宽2倍，中误差达0.33m。 对于多波束测深仪完全能够满足规范要求，但对于单波束测深仪施测的水深，本项目随机选取了近200点进行中误差计算，Mh=0.31m，同样能够满足水下测量精度要求，因篇幅有限，省略了计算过程。对于单波束水下测量等深线中误差接近临界值，应引起高度重视。

2.4 多波束测深系统误差分析

(1) 多波束测距精度。测距精度对测深的精度产生直接影响，一般来说，频率越高，测距精度越高，但测程相对就会缩短，反之亦然。项目实施时可根据水深来设置相应的频率，尽量提高测距精度，常规深度经验值为2Hz。

(2) 传播介质的影响。为减弱或消除传播介质的影响，厂家都配有声速剖面仪，对于深水区首先应进行声速测量，然后根据测量的声速剖面在后处理时进行参数设置，从而达到提高测量精度的目的。

(3) 运动传感器及罗经精度的影响。MS400多波束测深仪优势在于内置高精度的姿态仪，通过多条航线计算出安装校准参数，从而减少繁琐的校准过程。在数据后处理时进行参数设置，能够削弱或消除横偏、纵偏、艏偏等因素的影响。

(4) 延时误差影响。《水利水电工程测量规范》SL197-2013对大比例地形图测深定位点中误差设定为图上1.5mm，对应1∶1000～1∶2000地形图，实地距离为1.5m～3.0m，RTK平均延时约0.5s，换算时速为3m/s～6m/s，实际作业中船速一般应控制在3m/s以内，当变坡较大时应适当减速可减少延时带来的误差。

(5) 其他影响因素。多波束除了上述影响因素外，还有噪音、震动、水位观测、数据处理软件等，这些因素有偶然性，靠长期实践，不断积累经验来加以削弱。

3 结束语

在淮河干流正峡段行洪区建设与调整工程中，用MS400多波束采用不同航向测深数据成果和不同仪器测深数据成果进行对照，摸索出一套可行的方案，为单位后期相关项目提供有力支撑。同时多波束比单波束有显著的优越性，测量过程中多波束更容易控制，测量成果更加稳定可靠，生产效率明显提高，产品形式多样。同时随着BIM设计技术的普及，计算土方量、水库库容等方面能够充分利用水下、水上地表模型，比传统的断面计算法，精度将提高1个数量级。