海洋測繪中多波束測深技術的應用趨勢

摘 要：伴隨著現(xiàn)今社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對于水下進行地形測量的要求越來越高，這些年來，傳統(tǒng)單波的測深儀已很難再滿足社會不斷增長新需求，因此，多波束水深測量技術的出現(xiàn)，為海洋的測量技術帶來了一次巨大改變。在這種新的形勢之下，必須對海洋的測繪工序與多波束的測量技術進行再次調(diào)整。文章主要討論了海洋測的繪工序與多波束測量技術的策略調(diào)整。

關鍵詞：多波束測量；海洋測繪；調(diào)整策略

1 關于多波束測深系統(tǒng)

多波束的測深系統(tǒng)是使用多波束的原理，對海底進行測量地貌與測圖的一種寬條帶的回聲測深的系統(tǒng)，是計算機、數(shù)字化傳感器、水聲及導航定位技術等多種技術的合成。它工作的原理是由聲波利用發(fā)射與接收換能器陣再進行聲波廣角度的定向發(fā)射與接收，通過不同傳感器對每個波束測點的空間位置進行歸算，進而可以得到與航向相垂直的條帶式高密度的水深數(shù)據(jù)。

測深系統(tǒng)所載有的處理回聲的設備較多。數(shù)字磁帶機可按照所規(guī)定的格式進行數(shù)據(jù)導航、時間記錄、縱橫搖擺、羅經(jīng)航向及各波束測得的水深與船的橫向距離等相關數(shù)據(jù)，以便于后期的處理；數(shù)字打印機能夠?qū)λ枰乃袛?shù)據(jù)記錄進行時時監(jiān)控；計算機可以預先給定一種程序，在按照這種程序?qū)Σ煌瑓?shù)及數(shù)據(jù)在船上進行實時處理；數(shù)字繪圖機能夠沿這校正過的航行痕跡標繪出等深線圖，及時的對海底地貌輪廓進行判讀；顯示器則是對系統(tǒng)模擬輸出進行時刻得到監(jiān)視，可直觀的對橫向深度剖面進行顯示。

與單個的寬波束回聲測深儀相比較，多波束測深系統(tǒng)擁有有波束窄、橫向覆蓋范圍大、效率高等一些優(yōu)點。可以精確測定航行障礙物的位置及深度，適用于大面積的精確的測量如海上要航道及海上工程施工區(qū)等。同時它又能繪制出海底的三維圖，解決了使用側(cè)掃聲吶時所出現(xiàn)的判讀困難。更甚至有的系統(tǒng)還能夠在冰覆蓋區(qū)進行使用。

2 目前的海洋測繪工序技術和多波測量技術體系

目前，在海洋測繪體系中，我國從地形、控制及水深等方面的測量再到海圖編輯與加工出版等一系列工作已完全實現(xiàn)了數(shù)字化的技術改造?？墒呛图堎|(zhì)的海圖工序相比較，但是這些對于它現(xiàn)在的供給與需求量的變化卻不大，其主要的因素還是它進行改造的全部的技術都是借鑒了原紙質(zhì)海圖的工序，進行實施改造的。

在進行海洋的測繪中，其水深的測量是最中心的技術，目前受到單波束變革到多波束測量方式的變化，水深測量技術完全實現(xiàn)了壘覆蓋的海底地形測量方式，這是一項重大的變革。但是，如果不對現(xiàn)在的測量要求與工序進行改變，不僅擴大不了海洋測繪產(chǎn)品的多樣性、減少不了海圖產(chǎn)品化的時間。反而由于數(shù)據(jù)量過大，增加了海圖出版的負擔。

3 多波柬測量技術與海洋測繪工序的技術調(diào)整

多波束測量系統(tǒng)是由多種技術結合的高度集成，如有導航定位系統(tǒng)、計算機與數(shù)字化傳感器技術等。通常它利用測船底部所安裝的探頭進行發(fā)射與接收聲波的信號，再由水體中所探得的聲波的傳播聲速及時間乘積便可以算出水的深。船底所安裝的探頭由接收換能器及發(fā)射探頭組成，其接收換能器至多可達126個且都是相互獨立的；探頭所接收的信號可以通過聲納處理器再傳回到計算機中。

多波束的測量系統(tǒng)將徹底改變傳統(tǒng)的測深方法，在校正與處理波束所形成的理論及勘測技術的方法上形成了其獨特的體系，不過在測量的過程中要嚴格注意，否則將嚴重的影響其勘測精度與結果。

3.1 影響多波束測量技術的主要因素

多波束測深系統(tǒng)可形成高密度條幅式的水深數(shù)據(jù)，通常它使用廣角度及多組陣來進行接收、發(fā)射，且其大部分都是由數(shù)字化的計算機與傳感器技術、導航定位系統(tǒng)等各類技術進行高度集成的。因為多波束系統(tǒng)的縱向、橫向測點都非常密集，必須要與之相配套高精度的GPS定位系統(tǒng)。否則測點的位置就會錯位，測點一旦錯位多波束系統(tǒng)便就失去了進行勘測的意義，而所勘察到的海底地形也會畸變或失真。所以，必須保障測量的精度，嚴格的測量每個坐標的定位數(shù)據(jù)，以達到最佳測量結果。

影響多波束測量精度的主要因素包括：GPS定位系統(tǒng)的精確度對坐標精度所產(chǎn)生的影響、在不同的水域環(huán)境的音速對波束的傳播所產(chǎn)生的影響、潮位的變化對水深所產(chǎn)生的影響、測船中換能器的相對位置等等。如坐標系的影響，因為多波束測深系統(tǒng)采用的多陣列的信號接收及廣角度的定向發(fā)射，多個波束的形成及處理等技術，為了能夠更好的理解波束海底的投影點的空間位置與波束的空間關系，第一就是要定義好多波束測船的參考坐標系。不論是便攜式還是固定安裝的多波束系統(tǒng)的換能器，其測量船相對的位置是不會變的，所以，在多波束的勘測工作之中，最真實的考察平臺其實是測量船。由于在波束空間中其角度的表達相對方便，因此，測量船的進行參考的坐標系的原點一般設置在換能器的對稱中心點，以船只的縱向船頭的方向作為Y軸，以船只的橫向左舷的方向作為X軸，而船只的鉛垂向下的方向設為Z軸。除此之外，設計運動傳感器時必須要在船中軸相平行的方向進行裝置。多波束船只進行參考的一些坐標系是一種隨著船只不斷運動而進行運動的一種三坐標軸的坐標系，建立這種的坐標系，使得多波束的各個測深點的相對位置和測量船只的定位系統(tǒng)的大地空間的位置擁有了更加有效的聯(lián)系，與此同時，也為不同船只的補給提供了便利。因此，所有坐標所進行定位的數(shù)據(jù)都必須準確且嚴格的進行測量。

通過實際試驗得出，進行工作時通過使用多波束的測深系統(tǒng)，對潮位與參考坐標系、導航系統(tǒng)和聲速系統(tǒng)的定位等影響因素都要加以注意，對數(shù)據(jù)進行嚴格的精細的處理及利用合理的測量方法，完全能夠發(fā)現(xiàn)水下一些較細微的地形變化，還可以很可靠準確的測得水下的地形圖。

3.2 海洋測繪工序的技術調(diào)整

因為進行技術工序的改變或測量重點的調(diào)整，一定會使得一些海洋測繪等方面的技術及方法的發(fā)生變革，部分方法與理論需要修正，大量的不夠成熟的技術需要克服。

多波束測量系統(tǒng)的特點有數(shù)據(jù)量大、全覆蓋等，如果當前海圖水深數(shù)據(jù)仍由相符合要求的多波束測量的源數(shù)據(jù)組成，水深測量工序不進行及時的改變，其發(fā)展是相當困難的，這樣會加大從水深測量再到海圖成品的時間差。參考NOAA（美國國家海洋大氣管理局）的方式，同時與H-Cell與NS（航海表面）的概念相結合，調(diào)整當前的一些水深測量的工序。具體修測體系：

計算水的深測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差并及時進行修改，這就形成了網(wǎng)格化的NS；之后嚴格的依循自動綜合的方法，再由NS所組成的水深點與等深線（H-Cel）；然后修正障礙物的探測數(shù)據(jù)，再形成一種障礙物的H-Cdll；所有不同的H-Cell進行想回重合疊加，再插入海圖的數(shù)據(jù)庫中，進而整合完海圖數(shù)據(jù)的全部修鍘。由此可見，由所測量的一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到網(wǎng)格化的NS，再由已網(wǎng)格化的NS轉(zhuǎn)到H-Cell，不僅是改變了其成果的展現(xiàn)形式，還形成了一個新的水深測量工序或服務于數(shù)據(jù)庫的修測系統(tǒng)，同時，不僅能夠使海底的DTM等各種產(chǎn)品快速有效的出版，還可以很大程度的提高海洋各種測繪產(chǎn)品的豐富性及多樣性。

4 結束語

海洋測繪體系的三個核心環(huán)節(jié)分別產(chǎn)品化、海洋測量及數(shù)據(jù)庫，它們相互的影響，相互的依存，并共同發(fā)展。海圖數(shù)據(jù)庫的完成及多波束測量技術的進步，極大地影響的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品化，有效的縮短了海洋測繪產(chǎn)品化的時間，并且很好的提高了海洋測繪產(chǎn)品的多樣性。

參考文獻

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