張博文 廣東省粵西航道事務中心湛江航標與測繪所

近幾年，伴隨國家經(jīng)濟水平的提高，“一帶一路”的實施與海洋強國戰(zhàn)略的實行，海洋經(jīng)濟活動越來越頻繁，航道測繪的作用日益明顯。為了保障經(jīng)濟的穩(wěn)定、迅速發(fā)展，確保船舶的運行安全與海洋工程的要求，需要定時展開航道測繪。其中，多波束測深儀是一種高新測繪系統(tǒng)，在航道測繪方面使用普遍。

1.多波束測深儀介紹

多波束測深儀測繪，是依靠多波束作用而完成水下測繪的。相對于單波束測繪有許多優(yōu)點，大幅度提高了水下地形測繪效率，在測繪時，能夠根據(jù)水下多個測繪點進行測繪，獲取相關的測繪深度值。多波束測深儀是由發(fā)射換能器、接收器和定位、定姿態(tài)輔助器，及處理得到信息的系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)所組成。航道測繪中使用多波束測深儀提高了面化測繪效果，促使航道測繪效率和效果得到了明顯提高，推動了航道建設的持續(xù)發(fā)展。

1.1 多波束測深儀的構成

在現(xiàn)代水中探測方面，多波束測深儀發(fā)展迅速，是該領域的關鍵新興科技之一，多波束測深儀實現(xiàn)了計算機科技和聲吶系統(tǒng)及與空間測控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的充分結合。在進行水底探測時，其既具備較高密度，并且測繪精度很高。本文探究的多波束測深儀SeaBat 8101，是當前世界上精度較高的測深系統(tǒng)之一。其構成涉及運動傳感儀與OCTANS光纖羅經(jīng)、側掃圖片處理平臺、聲速剖面器和處置多波束信息平臺及底質分類平臺等。

1.2 特征

（1）采取帶狀形式來測繪。多波束測深儀集合了許多先進科技，是一種十分先進的測繪技術，具體使用時，基于帶狀形式進行測繪。該系統(tǒng)的使用優(yōu)點是，測繪涵蓋范圍較廣，能夠取得全覆蓋水底物體的成效。而且，相對于單波束測繪，該系統(tǒng)可以精確的呈現(xiàn)出水底每種地形細小的改變。這一特征主要是因為單波束是展開點式測繪，但多波束是進行面式測繪。測繪水底狀況時，基于帶狀方式測繪，可以全面獲得水底地形的有關信息。多波束測繪形成等值線的環(huán)節(jié)，該種測繪方式取得了全覆蓋，具備信息量很大，且有良好的穩(wěn)定性。但單波束測繪在操作中會產(chǎn)生信息不全的現(xiàn)象，這就更加突出多波束測深儀的優(yōu)勢。

（2）發(fā)射換能器比較先進。水下探深時，該技術可以實現(xiàn)165°寬的投射涵蓋面，而且接收器還可以把投射波實現(xiàn)動態(tài)聚焦，也可以實時的把探測到的信息依靠監(jiān)視器傳輸。

（3）能產(chǎn)生直觀的信息圖。多波束測深儀使用時，除了以上優(yōu)點以外，還能形成直觀的信息圖。該系統(tǒng)內(nèi)處理系統(tǒng)較強大，功能十分完善，能夠根據(jù)實際情況進行不同比例尺的測繪，基于此形成信息圖。而且可以多元化處理信息圖，包含水下測深等直線的有關信息圖，也可以形成地形模型圖，能產(chǎn)生彩色水深圖等等。

2.多波束測深儀安裝檢測

2.1 設置電羅經(jīng)傳感儀

電羅經(jīng)的設置部位具有較高要求，電羅經(jīng)傳感儀要安置于船舶中心周圍，電羅經(jīng)指示角度要和船首方向相同，而且需要在船體坐標軸的水平面中。安裝部位要遠離導磁材料和易被磁化的材料；電羅經(jīng)和很大的鐵性物質、強電流的導線和電池組最少維持1.3-1.5米的間距；有些電子產(chǎn)品的應用將影響電羅經(jīng)的穩(wěn)定運轉，使之測得的方向信息失真和干擾，要遠離它們。

2.2 設置運動傳感儀

運動傳感儀（TTS）要固定安置，且盡量和水平面平行；TTS離船體重心愈遠，船體縱橫傾變化越大，形成的測繪偏差也愈大，因此安裝部位要在船體重心或盡量接近重心；TTS的設置存在方向性，它罩殼上的顯示方位要和船首方向相同，否則就出現(xiàn)反向改正，引起較大偏差。

2.3 設置多波束換能設備

多波束換能設備的設置重點取決于船型與船舶結構，而且還要考量多波束測深儀應用的水域，像在內(nèi)河測繪，由于受風浪程度很小，能夠安置于船首，但在潮汐河口和近海水域，由于受風浪程度很大，適合采取船舷固定設置。安置時應注意加固，防止測繪換能設備出現(xiàn)抖動、沉降。另外，還兼顧換能設備的安全性，防止在靠離碼頭碰撞受損，建議設置換能器，還存在可拆除和能轉移的作用。

2.4 設置DGPS接收器天線

DGPS接收器天線要設置在傳播高處，根據(jù)場內(nèi)阻礙物的高度角不得大于10°；盡量遠離船體主桅桿；盡可能離開大功率的無線電發(fā)射信號源；設置天線要穩(wěn)定，防止船體姿態(tài)改變使之出現(xiàn)移動；天線部位要選取遠離船舶重大金屬物體構造，離夾板高度最少1.5米之上，降低信號多途徑效應。

天線設置后，要嚴格測試，測試能夠分成通電測試與航行檢測。通電檢測：在靜態(tài)情況下展開，檢查平臺各部分導線銜接是否正常穩(wěn)定，準確無誤；檢測接地是否準確，可靠；檢測配電電源傳輸電壓是否穩(wěn)定，直流配電的極性是否準確，確認正常后，就目測系統(tǒng)每個部位的通電運轉情況、信號的穩(wěn)固性與信息的通訊狀況。

航行檢測：要選取適合水域設測多個往返測線展開橫傾、縱傾、定位延緩、電羅經(jīng)誤差等指標改正。另外，在測試時也要檢測DGPS接收器、聲速剖面器、電羅經(jīng)等是否運行正常。當前，以上各檢測項目不只是安裝測試的需要，并且已經(jīng)是各個航次和承接新測繪項目前需要處理的任務。

3.定位導航

水深測繪工作平面定位采用RBN-DGPS系統(tǒng)處理。因為GPS采集的是WGS-84坐標，但測繪成圖使用的坐標系是當?shù)刈鴺讼怠Ｋ?，在測繪前要先計量WGS-84至當?shù)刈鴺溯S間的坐標變換值。

WGS-84坐標系到當?shù)刈鴺讼甸g的坐標調換值能夠直接使用2-3個控制點求出。為驗證坐標調換值的精準度，采取RBN-DGPS接收器展開坐標比較，依靠實測坐標和已知坐標的比較差來驗證調換值的精準性，比較結果符合標準要求才能夠投用。DGPS信標接收器接收差分信息完成平面定位。

4.測繪和信息處理

4.1 掃道規(guī)劃與測線分布

（1）掃道方位。掃道方位規(guī)劃時，兼顧到多波束測深儀收集的屬于高密度條帶式水深信息，其能夠對水底地形實現(xiàn)全覆蓋探測。在正常操作環(huán)境下，只需船速選取合理，就不會漏掉特別水深，所以，掃道方位規(guī)劃沿著航道方向分布。

（2 ）掃道道寬。Atlas Fansweep20 的掃道規(guī)劃寬度是W=2D圖tanθ（D圖指海圖水深，θ指波束角）。具體操作過程，掃道道寬按照場地水深來決定，主要以掃道規(guī)劃寬度值為基礎。此外，兼顧到施工過程對漲潮水位的合理使用，也能以實際掃側信息填充屏幕呈現(xiàn)的規(guī)劃范圍且有重合為準。

（3）重合帶寬度。在《多波束測深系統(tǒng)測量技術要求》JT/T 790-2010中提出：主測深線的間距應不大于有效測深寬度的80%，在重要航行水域，測深線的間距應不大于有效測深寬度的50%。

4.2 測繪實施與信息后處理

多波束測繪選擇的是PDS2000測繪系統(tǒng)，系統(tǒng)同步收集DGPS位置信息、多波束測深儀水深測繪信息、波浪補償器姿態(tài)補償信息、電羅經(jīng)信息。聲剖器實時收集聲速信息明確單波束聲速與多波束聲速剖面。選擇CARIS后處理系統(tǒng)展開水深點后處置，剔除了假水深，于CARIS系統(tǒng)內(nèi)記錄潮位數(shù)據(jù)，智能對水深信息完成水位改正。信息處理涉及信息預處理與成圖兩點，預處理包含定位信息處理，聲速剖面信息處理，潮位信息處理，姿態(tài)信息處理，深度信息處理與信息編輯、除噪、兼并、清項；成圖是對預處理后獲得的水深信息實現(xiàn)網(wǎng)格化，形成DTM，制定水下地形圖。