多波束测深系统在西江测量的质量控制

黄伟亮

摘 要：多波束测深技术已经成为水下地形测量工程中的一种非常重要的水深测量方法。由于多波束测深系统是一套多传感器的综合性测量系统，与单波束测深设备相比，其测深误差具有一定的复杂性和隐蔽性。在多波束测量过程中，自然因素、仪器设备因素、人为操作因素等都会不同程度地影响测量精度。为获取高精度的多波束测量成果，必须对整个多波束测量过程进行严密的质量控制。

关键词：多波束测深系统 西江 质量控制

1.引言

近年来，随着计算机以及卫星定位测量的高速发展，多波束测深系统的应用越来广泛，特别是在发达的欧美国家，多波束测量已经成为水下地形测量的常规手段。我国也陆续从国外引进大量多波束测深系统，并广泛应用于江河、水库、湖泊、海洋水下地形的测量。多波束测深系统在河道疏浚及港口、码头、桥梁工程的测量，并在抗洪抢险实时监测及溃口、崩岸监测，江岸堤防工程及险工险段水下监测，水下管线、电缆布设监测，水下工程检测，沉船、水下物体打捞搜寻等方面有着良好的应用，在国家经济建设中发挥着越来越重要的作用，对我国测绘事业的发展也有着积极的影响。

结合本人工作经验，本文将对多波束测深系统在西江测量的质量控制措施进行探讨，总结多波束测深系统在西江测量的质量控制经验。多波束测深系统在西江测量的质量控制可以分为三个阶段，第一阶段为测量准备阶段质量控制；第二阶段为外业测量实施过程质量控制；第三阶段为多波束数据后处理阶段质量控制。

2.测量准备阶段质量控制

在测量准备阶段，应收集测区已有的水文资料，并根据测区实地查勘情况及任务的要求制定周密的测量计划和多波束扫测质量控制方案，并使其贯穿整个多波束测量过程。实施测量前的质量控制必不可少。

多波束测深系统在西江测量的准备阶段质量控制的具体内容主要包括：（1）测区查勘与资料收集；（2）多波束系统的安装校准；（3）测量船动吃水测定；（4）测线布设。

2.1测区查勘与资料收集

测区查勘与资料收集是进行多波束测量设计和水位观测点布置的主要依据。多波束测量前应充分收集测区已有成果资料，再开展实地查勘。

当在新测区开展多波束测深任务时，应在多波束扫测前布置一次较小比例尺的单波束测量，其成果作为多波束测深计划线布置的依据。

根据测区查勘与收集到的资料，制定详细的测量方案，并按照相关规范要求制定技术设计书。测量技术设计书应详细说明整个测量过程的计划安排以及需要注意的事项。具体应根据中华人民共和国测绘行业标准《测绘技术设计规定》（CH/T 1001-2005）以及测量任务要求进行技术设计书的制定。

2.2多波束系统的安装校准

安装校准工作是多波束测深系统实际应用中的一个主要难点，其校准效果的好坏将直接关系到测量成果的质量。

设备安装参数包括换能器、運动传感器、罗经以及定位系统天线等设备的位置安装参数。这些参数是直接测量获得的。进行两坐标系统之间的平移，需要对多波束仪器进行安装后，进行仪器安装参数测量，包括GPS天线与姿态仪的相对位置、多波束换能器与姿态仪的相对位置、多波束换能器的吃水深度、GPS天线离水面的高度等，并将多波束系统所需要的各参数结果写入采集参数文件。由于各个部件之间安装固定在船舶之后，可能存在很多障碍物而导致不能之间丈量出各部件之间的相对位置，所以这个测量过程要求测量人员做到重复丈量，通过多次测量结果的比对，尽可能把两坐标系统之间的平移值误差缩到最小，保证测量结果的精度。

进行两坐标系统之间的旋转校准，就是在测深作业前，于测区合适区域布设测线进行多波束的校准，计算出多波束系统的纵摇（Pitch）、横摇（Roll）、艏摇（Yaw）等校正参数。校准多波束旋转参数时，要求测量时必须为RTK固定解。

2.3测量船动吃水测定

测量船的动吃水测定要求测量时船速在5～6节之间。为了真实、可靠、简便的测定船体的下沉量，测量人员应在测区附近选择了一平坦海域，在平潮期间，测量船以准静止状态（1～2节）进行水深测量，再以工作船速（5～6节）沿同一轨迹重复测量。再分别处理不同船速下的测线文件，选择坐标相近的点位（半径1m之内）分别计算工作船速（5～6节）与准静止状态下同一点位的水深差值。

根据规范中要求，当使用机动船测深时，测定的测深仪换能器动吃水改正数小于0.05m时可不改正，如果超过0.05m，则在数据处理时需做改正。

2.4测线布设

根据测区查勘和收集到的资料，了解到测量时段的一公里水位落差以及同位置一小时水位变化情况，再进行测线的合理布设。如果测区水位比降较大，或者测区的范围过大，应该适当分段对测区进行多波束测深。主测深线布设方向应按工程的需要选择平行于等深线的走向、潮流的流向、航道轴线方向或测区的最长边等其中之一布设，主测深线的间距应不大于有效测深宽度的80%，在重要航行水域，测深线的间距应不大于有效测深宽度的50%。

下面引入多波束测深系统在西江航道扩能升级工程（XJ7合同段）施工临时航道扫床项目中的应用，说明测量准备阶段如何进行测线布设。

对测量区域进行测量前期水位观测，从下游往上游依次布设编号为1、2、3、4、5号水尺，每把水尺相隔大概二公里，从早上10时观测至17时，每30分钟记录一次水尺读数，每把水尺均按四等水准观测技术要求测量验潮工作点的高程。根据各个水位观测点的水准引测结果，对记录的水尺读数换算成瞬时水面高程，得出下1、2、3、4、5号水尺的瞬时水面高（表1）。endprint

观测记录结束后，对观测数据进行整理，发现测区下游当天的最低水位为10：30记录的3.92米，最高水位为16：00记录的4.83米，测区上游当天的最低水位为10：30记录的4.28米，最高水位为16：00记录的5.25米。上、下游水位的最小落差处出现在10：30，为0.36米。上、下游水位的最大落差处出现在16：00，为0.42米。经过数据的对比总结，得知测量期间，测区的水位每公里大概在0.05米至0.07米之间。根据得出的水位观测成果，应该把计划线主测线长度控制在500米为合适，这样既能缩短每个测量文件的工作时间，也能够减少水位落差变化对测深成果的影响。

3.外业测量实施过程质量控制

多波速测深系统在西江测量的外业实施过程为：基站设置与控制点校对-水尺记录点引测及水位观测-进行多波束测量-完成多波束测深外业工作。

3.1基站设置与控制点校对

进行多波束测量之前，需要对控制点的平面、高程进行校核，确认其精度符合平、高控制测量起算点精度要求，而且，测量所用仪器设备需经过专门的检测机构定期进行校准与检定，仪器精度必须满足测量要求。

GPS测量作业，应满足下列要求：1.设站前，应对接收机进行预热和静止，同时检查电池的容量是否充足，防止测量过程中因为基站电量不足而导致定位误差过大；2.天线安置的对中误差不应该大于2mm，天线高的量取应精确到1mm；3.移动站对控制点进行校对时，应对移动接收机进行两次初始化，并对两次初始化后的测量数据进行对比，满足相关规定要求，方可进行测量。

3.2水尺记录点引测及水位观测

水位观测宜采用北京时间，测量期间每日早晚对时，其误差应不大于1分钟，水位观测值精确到1cm；水位读数取波峰、波谷读数的平均值并归算至基尺零点上水位。测量时每三十分钟观测一次实时水位，观测时间与测深系统的电脑时间核对相一致，误差不超过1分钟。水位观测提前20分钟开始，测后延迟20分钟。将实时水位归算至当地理论最低潮面，并形成一个潮位文件以供水深数据后处理。

3.3进行多波束测量

进行多波束测量应严格遵守设备的操作规程。将测量船驶至施测范围时，应有两名测量员实时不间断观测多波束扫测情况，如果河床底出现疑似浅点，则待测线扫测完毕后回到疑似浅点处重复扫测，做到全覆盖测量。

4.多波束数据后处理阶段质量控制

多波束测深系统在西江测量的数据后处理阶段质量控制主要有三方面内容：一、数据后处理过程的质量控制；二、补测或重测；三、测绘成果检查与分析。

4.1数据后处理过程的质量控制

多波束后处理软件都能够对采集到的多波束测深数据进行自动分析和分类及进行精细点编辑，但每种多波束的后处理软件的操作流程都不尽相同。

不同的软件其数据后处理流程不相同，数据后处理流程应按所使用的后处理软件所规定的流程操作。数据后处理都要保持一个总的原则，就是“去伪存真”。在数据编辑时，应忠实于实时采集的数据、尽量减少人为主观因素。

4.2补测或重测

当多波束水深测量不能满足下列技术要求时，均进行补测或重测：

1.相鄰主测线间的有效条带重叠度小于任务要求时；

2.水上平面定位中误差大于图上1.0mm；

3.深度测量中误差超限；水深不大于20m时，中误差大于0.2m；水深大于20 m时，中误差大于水深的1%；

4.重合点（图上1mm以内或不同时间不同系统）深度不符值限差超限：水深不大于20m时，水深较差大于0.4m；水深大于20m时，水深较差大于水深值的2%的点数超过总数的20%；

5.水测深点号与定位点号不符，且无法纠正；

6.水位、声速资料不能满足深度改正要求。

4.3测绘成果检查与分析

根据《测绘成果质量检查与验收》（GB/T 24356-2009）规定，测绘成果质量通过二级检查一级验收方式进行控制，测绘成果应依次通过测绘单位作业部门的过程检查、测绘单位质量管理部门的最终检查和项目管理单位组织的验收或委托具有资质的质量检验机构进行质量验收。

在测绘工作完成后，应组织质量检查小组对测量项目内外业资料进行了全面的检查。

5.结论

与传统的单波束水深测量系统相比较，多波束测深系统的误差具有复杂性和隐蔽性。基站选点不合理、潮位变化、测深探头表面不干净、系统参数设置不合理、其他设备的声波干扰、水底底质对声波的影响、人为操作不合理等等因素都会不同程度地给多波束系统的正常测量工作带来一定的干扰与影响。

因此，在应用多波束测深系统的各个阶段，必须进行周密细致的布置、切实有效的质量控制、科学正确的精度评估，才能有效地提高多波束测深成果质量，充分发挥多波束测深系统的优越性。

参考文献：

[1]王玉鹏.多波束测深系统数字海图技术研究[D].哈尔滨工程大学，2008.

[2]张伟.多波束测深系统在水下地形测量中的应用研究[D].中国地质大学，2009.

[3]全小龙.浅谈多波束测深质量控制[J].人民长江，2007，38（9）：136-142.

[4]王闰成.多波束测深系统的安装校准[J].海洋测绘，2003，23（1）：34-37.

[5]刘芳兰，等.Geoswath多波束系统及其在航道测量中的应用[J].测绘工程，2009，18（4）：47-54.

[6]JT/T 790-2010.多波束测深系统测量技术要求[S].北京：测绘出版社，2010.

[7]JTS 131-2012.水运工程测量规范[S].北京：人民交通出版社，2012.

[8]GB/T 50138-2010.水位观测标准[S].北京：中国计划出版社，2010.

[9]刘俊文.丹麦多波束测深系统RESON7125-SV2，FP3使用手册[M].2014.

[10]GB/T 24356-2009.测绘成果质量检查与验收[S].北京：中国标准出版社，2009.endprint