基于多波束和侧扫声呐的人工鱼礁区对比分析

摘 要：建设人工鱼礁是恢复和养护近海渔业资源的重要措施。尽管中国沿海各地人工鱼礁规模较大，但对于鱼礁投放后的监测明显不足。本文分别利用高分辨率的多波束测深系统和侧扫声呐系统对人工鱼礁区进行测绘，获取鱼礁区详细的测深和侧扫数据，通过数据可以快速确定鱼礁位置、形态，对两种方法进行了对比，分析了不同的适用条件，具有较强的现实意义。

关键词：人工鱼礁；多波束声呐；侧扫声呐；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.159

海洋牧场是基于海洋生态学原理和现代海洋工程技术，充分利用自然生产力，在特定海域科学培育和管理渔业资源而形成的人工渔场[1]。一般调查常用潜水观测、录像等方式，效率较低，观测效果较差，调查效果不够理想。本次试验使用扫测范围宽、分辨率高的多波束测深系统进行测深，使用侧扫声呐对人工鱼礁投放区进行侧扫，获取了详细的海底地形、地貌和底质等信息，可以为人工鱼礁的监测及效果评估工作提供数据支持。

1 试验区概况

本文以河北省近海某海洋牧场作为试验对象，投放的人工鱼礁材料主要为岩石和混凝土礁，可以为海洋生物提供良好的栖息环境。为进一步了解人工鱼礁的分布状况及人工鱼礁区域的地形地貌特征，为人工鱼礁建设的科学监测与管理提供参考建议，本试验选取0.03km2的典型区域，进行调查，利用多波束测深系统和侧扫声呐获取人工鱼礁信息。

2 數据采集与后处理

本试验采用EM 2040C浅水多波束测深系统，该系统由换能器、甲板处理单元、数据采集处理工作站三个部分组成，结合了高性能与便携安装的特点。工作频率为200kHz-400kHz、最大开角130°、最大Ping率50Hz、波束角1.0°x1.0°@400kHz、测深分辨率为1cm，与之配套的辅助设备包括：GPS-RTK（中海达K9定位定向仪），SMC IMU-108姿态传感器（纵摇/横摇分辨率可达0.001°），表面声速仪（AML MicroX），声速剖面仪（Minisvp）以及数据采集软件Hypack 2016等。

2016年10月采用多波束测深系统对调查区进行扫测。扫测前，先用单波束测深仪对附近水域进行了测量，初步了解到测区浅处水深5米，深处水深10.5米，根据测量的水深布设测线，测线间距为15米，仪器开角设置为130°，频率为300kHz，测量了声速剖面，安装有表面声速仪实时测量换能器处声速。在地形变化较大处布设测量校准线，求得换能器的安装校准参数。按规划测线进行数据采集，在数据采集时，进行了吃水和声速改正。采用Caris对多波束数据进行后处理，输入校准参数，对多波束数据进行转换、潮汐改正、线模式编辑、Subset子区编辑，水深数据输出，本试验中选取调查区的典型区域（250m×130m）进行了地形分析。

采用PulSAR高分辨率侧扫声纳对调查区进行调查，该系统主要由拖鱼、甲板单元和拖缆等三个部分组成，工作频率为550KHz-1MHz、波束图50°x0.4°、单侧最大150m量程、分辨率横截航迹（最大）10mm，沿航迹7cm @10m量程、35cm @50m量程、70cm @100m量程，内置GPS传感器（SBAS差分改正），与之配套的辅助设备包括：声速剖面仪（Minisvp）以及数据采集软件PulSAR 1.0 B2等。

2016年10月采用侧扫声纳对调查区进行调查。根据测量的水深布设测线，测线间距为30米，频率为600KHz，在外业采集前，测量了声速剖面，输入软件进行声速改正，按规划测线进行数据采集。采用后处理回放软件PulSAR 1.0 B2对侧扫声呐数据进行后处理工作，可以计算人工鱼礁的长度、宽度和高度。本试验中选取调查区的典型区域（250m×130m）进行了分析。

3 数据分析

多波束水深数据具有精度高、数据量大等特点[2]。本次试验，采用多波束测深和侧扫声呐结合的方式，分别获取了测深和侧扫数据，并对数据进行了分析。通过水深数据判断和侧扫声呐辅助判断可知，调查区有大量的凹坑和凸起，凸起为人为投掷的鱼礁，有岩石鱼礁和混凝土鱼礁，分布不规律。岩石鱼礁高低长短不一，西南-东北方向分布，多数长50米，宽10米，高2-3米。混凝土鱼礁散布于部分区域，通过测深数据可知，混凝土鱼礁为正方形，边长约1.5米，并且部分混凝土鱼礁已被泥沙填充，功能有所损失。通过水深数据可知，凸起平均水深值5.5米，其中最浅水深值为4.8米，周边平缓水深约为8米，凹坑最深处水深为11.5米。

潜水调查方法效率低（一般潜水时间小于1h，单次探摸小于20m×20m）、成本高，且对于人工鱼礁投放位置的准确性无法进行有效的判定[3]。PulSAR高分辨率侧扫声纳单侧最大量程可达150米，EM2040C浅水多波束测深系统受开角的限制，量程一般为水深的三倍，可采用侧扫声呐对鱼礁区进行初步探查，快速获得鱼礁的分布，再采用高分辨率的多波束测深系统进行测量，本次采用河北CORS进行定位和定向，精度高，多波束数据条带拼接良好，较常用的DGPS定位，提高了定位精度和工作效率。鱼礁投放后，进行一定的监测，可以及时了解鱼礁分布状况，结合多期监测，分析鱼礁区的地形变化情况，了解鱼礁是否有位移，本次对鱼礁被泥沙掩埋的情况进行了评估。

4 结论

本次试验，使用扫测范围宽、分辨率高的多波束测深系统进行测深，使用侧扫声呐对人工鱼礁投放区进行侧扫，获取了详细的海底地形、地貌和底质等信息本次试验。试验区内投石和混凝土礁散布于海底，可以准确定位鱼礁的位置，计算鱼礁的体积，了解混凝土礁的覆盖情况。人工鱼礁建设评估工作可以采用多波束测深系统和侧扫声呐结合使用，既可以提高效率，也可以取得更好的监测效果。

参考文献：

[1]杨红生.我国海洋牧场建设回顾与展望[J].水产学报，2016，40

（07）：1133-1140.

[2]宫士奇，阎军，马小川等.湄洲湾北部海底地貌特征研究与分析[J].海洋科学，2016，40（08）：61-69.

[3]沈蔚，张守宇，李勇攀等.C3D测深侧扫声呐系统在人工鱼礁建设中的应用[J].上海海洋大学学报，2013，22（03）：404-409.

作者简介：逯金明（1986-），男，本科，工程师，主要从事海洋测绘和工程测量等研究工作。