單波束三維水下地形測量聲速改正方法運用分析

楊景鵬，陳　東

（中交廣州航道局有限公司勘察測量分公司，廣州　510220）

單波束三維水下地形測量聲速改正方法運用分析

楊景鵬1，陳東2

（中交廣州航道局有限公司勘察測量分公司，廣州510220）

【摘要】隨著現(xiàn)代海洋測繪技術(shù)的發(fā)展，測量精度要求越來越高，在重視提高測量設(shè)備及定位精度的同時，人們更關(guān)注測量環(huán)境包括波浪、聲速等因素引起的誤差修正，本文以珠江口深水隧道基槽檢測為例，對單波束在三維水下地形測量過程中采用不同聲速改正方法獲取的數(shù)據(jù)進行對比、分析。

【關(guān)鍵詞】單波束；聲速改正；數(shù)據(jù)對比

1　引言

單波束三維水下地形測量作為新興的測量技術(shù)，不但可進行平面位置的精確定位，而且可實時測量水面高程，在作業(yè)環(huán)境理想的情況下,獲得的水位高程精度較高，并能較好消除波浪、水位漲落等因素對水底高程的影響，提高測量工作效率及測量精度。

2　單波束測量

在單波束三維水下地形測量過程中，特別是在深水及水體復(fù)雜的條件下偶然誤差是影響精度的主要因素。珠江河口徑流強、潮汐弱，淡水與海水交融，在深水基槽檢測中，面臨聲速梯度變化大的特點，運用Odom雙頻測深儀搭載Trimble R7 GPS進行三維水下地形測量，發(fā)現(xiàn)運用不同的聲速改正方法，獲得的數(shù)據(jù)有一定差異。

3　聲速改正方法

聲波在海水中的傳播是一條空間曲線，其彎曲程度取決于聲波傳播路徑的聲速改變。聲速剖面反映了海水中聲速隨深度變化的規(guī)律，它受海水溫度的影響，與時間、大氣溫度、海流等因素關(guān)系密切。聲速改正是水深測量誤差的主要來源，聲速測量精度直接關(guān)系到測深精度，為準確獲得聲速剖面數(shù)據(jù)，本次測試聲速剖面采集運用HY1200型與AML兩套儀器進行采集。HY1200獲得的表面聲速為1519.6m/s，AML獲得的為1520m/s，如圖1所示。

圖1　采集的聲音剖面圖

3.1單一聲速改正

在單波束測量過程中，常規(guī)方法為在測深儀中設(shè)置單一聲速值，內(nèi)業(yè)處理過程中不做聲速改正。單一聲速可以為某一深度聲速值或平均聲速值，本次采用表面聲速進行施測。

3.2聲速剖面改正

在單波束外業(yè)測量過程中，在測深儀中設(shè)置表層聲速值，內(nèi)業(yè)處理過程中引入聲速剖面數(shù)據(jù)進行改正。

3.3理論法修正

在單波束測深外業(yè)采集過程中，利用表面聲速對水深數(shù)據(jù)進行采集，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理根據(jù)《水運工程測量規(guī)范》（JTJ131-2012）深度改正計算要求進行深度改正：

式中?Hc-----深度改正值（m）；

H-------水深讀數(shù)（m）；

Co------水中標準聲速，其值為1500m/s。

4　測量數(shù)據(jù)分析

為提高單波束測量數(shù)據(jù)改正方法的可比性，在外業(yè)測量過程中，選取水深約10m、40m典型的區(qū)域進行檢測，內(nèi)業(yè)過程采用三種聲速方法進行處理。

圖2　10m水深區(qū)域三種聲速改正方法數(shù)據(jù)比對圖

圖3　40m水深區(qū)域三種聲速改正方法數(shù)據(jù)比對圖

圖2中，單一聲速改正與聲速剖面改正結(jié)果相對吻合，而在圖3中單一聲速改正與聲速剖面改正結(jié)果差異逐漸增大。

參照相關(guān)規(guī)范及精度評定要求，引入多波束測深系統(tǒng)進行外部校核，從系統(tǒng)間相對誤差≤0.5％標準對三種方法獲取的數(shù)據(jù)進行分析，單一聲速改正法在深度10m內(nèi)系統(tǒng)間相對誤差≦0.5％的比重基本與聲速剖面改正法一致，但隨著測量深度加深其比重降低；聲速剖面改正法系統(tǒng)間相對誤差≤0.5％的比重在各種深度范圍都比較均衡且與多波束測量法數(shù)據(jù)符合程度最為理想；而理論法修正系統(tǒng)間相對誤差≤0.5％的比重隨深度增加也有變大的趨勢，但在聲速剖面突變的區(qū)間，整體數(shù)據(jù)與多波束測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)符合程度較差。

5　小結(jié)

在聲速梯度變化較大海域，開展單波束三維水下地形測量，宜選擇合適聲速改正方法。單一聲速改正適用于10m左右深度的水下地形測量，隨深度加深其測量精度逐漸降低；深度超10m，建議采集聲速剖面，通過獲取的聲速剖面對測深數(shù)據(jù)進行改正，該方法能有效地減小聲速梯度變化帶來的測深誤差，成果數(shù)據(jù)可靠，整體精度較高。

【參考文獻】

[1]張彥昌；隋海??；韓德忠.多波束聲速改正模擬及其誤差分析.水道港口，2009-01；

[2]JTJ131-2012，水運工程測量規(guī)范.