3DSS-iDX-450三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀設(shè)備驗收及性能分析

摘 ?要：測量設(shè)備驗收是一項基礎(chǔ)、系統(tǒng)的工作，通過設(shè)備驗收，檢驗設(shè)備實際指標是否符合購置的要求，是否滿足相關(guān)測量規(guī)范標準，確定新購置設(shè)備在實際生產(chǎn)中的操作流程、工程適用度。三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀是本中心2018年引進的新型測量設(shè)備，根據(jù)中心質(zhì)量管理體系和相關(guān)規(guī)范的要求，測繪設(shè)備在投入使用前需要進行海上測試以保證設(shè)備有效性和結(jié)果的準確性，并積累設(shè)備使用經(jīng)驗，指導實際生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：Ping3D 側(cè)掃聲吶;條帶測深儀;設(shè)備驗收

0 引言

天津海事測繪中心隸屬于交通運輸部北海航海保障中心，開展上級安排的海道測量、通航尺度核定、應(yīng)急搶險、沉船掃測等工作，保障航行安全，必須保證測量精度和設(shè)備穩(wěn)定可靠以及高效率。側(cè)掃聲吶和多波束全覆蓋測量是目前水道測量的主要技術(shù)手段，為了更好地完成上級下達的港口航道測量年度指令性任務(wù)，開展港池、航道、錨地等測量工作，執(zhí)行海事應(yīng)急搶險、沉船等礙航物掃測、通航尺度等工作，詳細了解水下狀況以及水下目標的狀況，中心引進了高分辨率的Ping3D側(cè)掃聲吶及條帶測深儀。

1 3DSS-iDX-450三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀簡介

3DSS-iDX-450（見圖1）是加拿大Ping DSP公司生產(chǎn)的三維側(cè)掃聲吶及條帶測深一體化系統(tǒng)，內(nèi)置了實時高精度聲速探頭及高精度可獲GNSS輔助的測量級IMU姿態(tài)傳感器，可內(nèi)置或外接支持RTK實時差分及Qinertia PPK后處理差分的GNSS。3DSS-iDX-450采用了Ping DSPTM專利信號處理技術(shù)，從根本根變了過去相干理論中的單一入射角識別方法，實現(xiàn)了多入射角同時到達檢測技術(shù)（如海底、海面、水柱和多路徑等），成功地在一臺便攜且易用的小型聲吶上，實現(xiàn)了真三維側(cè)掃點云圖像以及超寬覆蓋水道測深一體化，革命性地將2D側(cè)掃聲吶擴展到三維立體時代，在完全享用無偏差的坐標位置的同時，實現(xiàn)了側(cè)掃測深的二維和三維圖像的同步顯示。3DSS實時軟件能夠?qū)崟r顯示、捕捉和測量清晰的三維立體側(cè)掃圖像，如海底紋理，結(jié)構(gòu)和沉船，生物棲息地和植被，管道，電纜，地質(zhì)形態(tài)，樁基，地質(zhì)災害等，有效發(fā)現(xiàn)和驗證在測深地形中不明顯的特征物。

2 3DSS-iDX-450海上測試驗收方案設(shè)計

根據(jù)規(guī)范要求，對3DSS-iDX-450海上測試主要進行了設(shè)備穩(wěn)定性、水深成果符合性、沉船障礙物掃測、小目標發(fā)現(xiàn)能力等方面的測試。

2.1 室內(nèi)通電測試

對新進海上測量設(shè)備3DSS-iDX-450室內(nèi)通電測試主要檢查各種設(shè)備硬件連接、通信是否正常，模擬采集是否正常，備件是否齊全。同時整理新進設(shè)備隨機資料，制作開箱驗收單，歸檔相應(yīng)的資料。

2.2 ?3DSS-iDX-450測深穩(wěn)定性測試

將測量船停泊在一處水深超過5 m 的安靜碼頭水域，連續(xù)開機采集8 h以上，在5 m處放置水深檢查板進行數(shù)據(jù)采集，以中央波束為準檢查儀器穩(wěn)定性。

2.3 ?3DSS-iDX-450測深精度符合性測試

計劃在天津港主航道附近選取一處范圍500 m×500 m左右（現(xiàn)場根據(jù)實際情況適當調(diào)整）的海底平坦自然水域?qū)嵤l帶蓋測深，對測區(qū)進行全覆蓋測量，根據(jù)測量區(qū)域水深和開角設(shè)計計劃測線，分別采用不同掃寬、不同測量模式、不同船速等不同設(shè)置進行測量。使用該條帶多波束垂直于主測線設(shè)計檢查線，為保證檢查線水深精度，檢查線開角計劃使用90°。將不同采集設(shè)置采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，使用主測線與檢查線測深數(shù)據(jù)進行內(nèi)符合檢查，并與現(xiàn)有水深圖進行外符合比對檢查。

2.4 ?障礙物探測能力測試

為檢查該條帶多波束發(fā)現(xiàn)海底障礙物能力，在臨港航道北側(cè)原圖載“南疆南”沉船水域處進行測試（38-**-27N，117-**-57E），使用準備驗收的3DSS-iDX-450型條帶測深儀對其進行全覆蓋掃測，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后并生成三維海底地貌圖，計算最淺點的位置坐標及最淺水深值。

為檢測最小目標發(fā)現(xiàn)能力在臨港航道沉船附近選擇一處不影響過往船只航行的海底平坦水域，拋設(shè)一座長寬高各1 m左右的塑料水箱作為海底目標，使用3DSS-iDX-450對該目標進行掃測，測試該條帶多波束對海底小目標的發(fā)現(xiàn)能力。

3 3DSS-iDX-450海上測試驗收結(jié)果

3.1 室內(nèi)通電測試結(jié)果

室內(nèi)檢查設(shè)備軟硬件、備件齊全，并進行實際連接，安裝相關(guān)的軟件硬件搭建整體運行環(huán)境;室內(nèi)通電測試，各種指示燈狀態(tài)以及數(shù)據(jù)傳輸正常，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，可以進行海上現(xiàn)場測試。

3.2 ?3DSS-iDX-450測深穩(wěn)定性測試結(jié)果

本次測量將該設(shè)備使用專用安裝架固定安裝在測量船舷側(cè)，量取安裝參數(shù)，將測量船停泊在一處安靜碼頭水域，測量固定深度為5 m的檢查板，連續(xù)開機采集8 h以上，測試該設(shè)備在靜態(tài)環(huán)境下的儀器穩(wěn)定性，經(jīng)對測得數(shù)據(jù)分析，該儀器傳輸至3DSS系列軟件進行數(shù)采時數(shù)據(jù)正常連續(xù)，且采集數(shù)據(jù)經(jīng)后處理所得結(jié)果準確。最大偏差0.03m，中誤差0.02m，穩(wěn)定性滿足要求。

3.3 ?3DSS-iDX-450測深精度符合性測試結(jié)果

測深精度符合性檢查對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)按照條帶測深數(shù)據(jù)處理要求進行船體坐標建立、姿態(tài)校準、聲速改正、水位改正等必要的處理后，對處理結(jié)果進行內(nèi)符合和外符合比對，內(nèi)符合使用主測線和檢查線數(shù)據(jù)進行比對，外符合使用主測線與2018年《天津港主航道（二）（23113）》港口航道圖測量采集的數(shù)據(jù)進行比對，比對結(jié)果如下：

采用三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀內(nèi)置的SBG姿態(tài)儀，雙天線GPS，船速4.5-5.5節(jié)時各采集參數(shù)比較結(jié)果下（見表1—表10）：

采用三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀內(nèi)置SBG姿態(tài)儀，單天線GPS，船速4.5-5.5節(jié)時各采集參數(shù)比較結(jié)果如下（見表11—表12）：

采集參數(shù)：開角55°約束角10°GPS單天線外符合比對（有效比對水深137個）

采用三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀內(nèi)置SBG姿態(tài)儀，雙天線GPS，船速8～9kn時數(shù)據(jù)質(zhì)量效果較差（如圖2所示）：

3.4 ?障礙物探測能力測試結(jié)果

為檢查三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)海底障礙物能力，在臨港航道北側(cè)原圖載“南疆南”沉船水域處進行了測試，使用該儀器對其附近水域進行了全覆蓋掃測，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后得到清晰的海底三維圖像（如圖3所示）。經(jīng)數(shù)據(jù)處理測得沉船最淺點處水深為12.3 m，最淺位置：38-**-27.03N，117-**-55.56E（測量時間2018年12月20日）。2017年3月21日對Reason T50P多波束進行測試時，沉船最淺位置為38-**-27.03N，117-**-55.56E，水深為12.3 m，兩次測試結(jié)果一致。

在天津港港池北防波堤自然水深附近（38-**-27N，117-**-02E）拋設(shè)一長寬高各約1 m的塑料水箱作為海底目標，該區(qū)域水深在16 m左右，測得較為清晰的海底三維圖像（如圖4所示）。

4 結(jié)論

本次測試采用不同采集參數(shù)、不同船速對3DSS-iDX-450型三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀進行驗收測試，掃測結(jié)果顯示使用該設(shè)備內(nèi)置SBG姿態(tài)儀、雙天線GPS、采集參數(shù)為：開角55°約束角10°時水深數(shù)據(jù)質(zhì)量最好。建議在以后的工作中使用內(nèi)置SBG姿態(tài)傳感器和雙天線GPS的工作模式，設(shè)置采集參數(shù)為：開角55°約束角10°;現(xiàn)場施工過程中根據(jù)海況、水深、水質(zhì)等實際環(huán)境控制船速提升數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

測試結(jié)果表明3DSS-iDX-450型三維側(cè)掃聲吶及條帶測深儀攜帶和使用方便，控制軟件操作簡單，能夠發(fā)現(xiàn)1 m3小目標障礙物，測試結(jié)果滿足規(guī)范要求，可用于海道測量、障礙物探測、水下目標檢測等生產(chǎn)活動。

參考文獻

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[5]JTS 131-2012.水運工程測量規(guī)范.北京： 人民交通出版社，2012.

作者簡介：

汪連賀，高工，從事測量設(shè)備、測繪軟件開發(fā)， 022-58873070