多波束测深在海洋工程勘察中的应用

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1、!第"#卷第$期物!探!与!化!探%&’("#!)&($!!"**$年#月+,-./0123456+,-3/,72345,8.5-94:2-)4;<(!"**$!多波束测深在海洋工程勘察中的应用李文杰!胡平!肖都!刘春雷!中国地质科学院物化探研究所勘查地球物理开放实验室"河北廊坊!*=>***#摘要!简述了多波束测深技术的基本原理!并结合几个典型的海上勘察工程实例!介绍了该技术在香港特别行政区海洋环境勘察环境"填海工程勘察等方面的应用成果以及工程勘察中的一些实践经验#关键词!多波束测深$海洋工程勘察$声速剖面校正$潮位改正中图分类

2、号!.=?@($!!!文献标识码!4!!!文章编号!@***A#B@#""**$#*$A*?C?A*$!!多波束测深是当代海洋基础勘测技术中的一项换能器阵和多波束信号控制处理电子柜$#波束空间高新技术!是计算机技术"导航定位技术和数字化传位置传感器子系统包括电罗经等运动传感器"G+.1差感器技术等多种技术的高度集成#在各种海洋调查分卫星定位系统和1%.声速剖面仪#运动传感器将船测量中!如海道测量"海洋工程%包括水下钻探"海只测量时的摇摆等姿态数据发送给多波束信号处理系底管道"电缆"疏浚"填海工程测量&"地质编图%包统!进行误差补偿

3、#卫星定位系统为多波束系统提供括矿物探查"研究"电子海图制作&"军事应用%包括精确的位置信息#声速剖面仪为准确计算水深提供精扫雷&"其它调查任务%沉船考古"生物栖息地的地确的现场水中声速剖面数据$$数据采集"处理子系统形研究&等领域!多波束勘测技术都有着巨大的优%包括多波束实时采集"后处理计算机及相关软件和数势!并得到了广泛的应用#香港海洋勘察工程使用据显示"输出"储存设备&#了1,4D,47@@#>%@#*E/F&多波束测深系统!%以下简称D33@@#>系统&!现就多波束测深技术的基本测量原理"系统标定"测线设计"野外勘测和数据

4、处理中的一些实践经验技术做一简述#@!测量原理多波束测深系统通过声波发射与接收换能器阵进行声波广角度定向发射"接收!在与航向垂直的垂面内形成条幅式高密度水深数据!能精确"快速地测出沿航线一定宽度条带内水下目标的大小"形状和图!"多波束测深原理示意高低变化!从而精确可靠地描绘出海底地形地貌的精细特征#与单波束回声测深仪相比!多波束测深"!多波束标定技术系统具有测量覆盖范围大"测量速度快"精度和效率系统的参数标定是多波束系统为消除来自换能高"记录数字化和实时自动绘图等优点#器"电罗经的安装误差以及+.1的导航延迟造成的完整的多波束系统

5、除了具有复杂的多阵列发射接系统内部固有误差而引入的误差改正的基本方法#收换能器和用于信号控制"处理的电子柜外!还需要高在多波束系统的安装过程中!把电罗经航向的安装精度的运动传感器"定位系统"声速剖面仪和计算机误差校正为零是十分困难的$同时换能器的安装精软"硬件及其显示输出设备#典型多波束系统应包括?度又受到支架"角度测量和焊接变形等误差的影响!个子系统’"多波束声学子系统包括多波束发射接收一般很难按设计要求一步到位#有鉴于此!多波束!!1,4D,47@@#>H@@#*H@*>>H@*>*&IJKLMNO

6、P;ONSQMN&OT,543)Q;MNE+PU/!@BBB(收稿日期!"**?A*?A@$)?C$)物!探!与!化!探"#卷!系统普遍引入了一种在特定条件下通过测量水下特目标几次#测量中船速应保持不变并尽可能低!以定目标物以求取系统内部误差的方法!即多波束系减小导航延迟效应及增加位置分辨率#测区水深应统的参数标定方法!并通过系统的参数设定!达到消尽可能大!以减小导航延迟效应和增加角度分辨率#除内部误差的目的#测线布设应以中心波束穿越目标顶部!以减小电罗系统参数标定包括横摇偏差"纵摇偏差"导航延经效应#选择=*V扇区开角以增加发射

7、更新率#测迟"偏航等的标定#多波束系统标定所要具备的基量后叠加"个方向的所有测线!标出"个不同方向本条件如下’优于@P的定位精度!平静海况!偏航测线测出的目标#如果存在纵摇偏差!则孤立目标距保持在>P内!现场声速校正!换能器"+.1"运动在显示来回测线的多波束数据叠加图上出现的将是传感器的相对位置精确!运动传感器参数设定合理#"个分离的目标#在完成了校正并正确的输入参数#$!"横摇偏差校正之后!来回的测线将会把原先分开的"个目标合并由于导航延迟和纵摇偏差均造成测点的前后移为@个目标!#位!而航向角偏差在平坦的海底只造成波束横向排?

8、!多波束测深应用实例列角度的旋转!因此在平坦海底进行横摇校正不会受其他偏差的影响!即横摇偏差校正独立于其他校%$!"航道疏通土方测量正!应予首先进行#香港某公司为其火力发电厂卸煤码头疏通航#$#"电罗经偏差校正道!需要对航道的疏通工作进行监测!以检