多波束探测技术在矿山地质测量中的应用现状

2019-05-11李向红

世界有色金属 2019年4期

关键词：声纳波束勘探

李向红

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0六队，新疆阿勒泰 836500）

目前多波束声纳是目前在地质探测作业中一种最常用的设备，且该设备对于单波束勘探而言具有着非常快速的发展，甚至有时只需要一个PING即可完成上千个点的精确测量。

1 国内外现状

1.1 国内现状

20世纪80年代起，我国就开始研究AUV系统技术，并取得了重要的研究成果。20世纪90年代初中科院和哈尔滨工程大学等单位就开始与俄罗斯进行了合作，在测量机器人的基础上，针对目前我国对于部分矿区地质调查项目，研究了续航力约五十公里的自动勘测器。十二五期间，哈尔滨工程大学联合重工集团研究所等展开了多波束探测技术深入研究，并在此向研究中研制了智能探测系列，从而展开了区域地况的实验和应用。

1.2 国外现状

图1 REMUS系列在矿区地质探测示意图

现如今，国外对于AUV的研究也是日益的成熟，下面列举一下国外最具有代表性的多波束声纳。美国Hydroid公司生产的REMUS系列的AUV，其不同领域的应用和型号也是非常多的，因为其REMUS系列的AUV性能较强，美国的这一款AUV在2007年的时候就被挪威一家公司收购了，且现在已经被多国采用和应用中。详情请见图1。

2 AUV测量优点

2.1 质量

一般情况选使用AUV进行探测时，一般由于其的线缆较长，所以很难按照预定线路行驶。这种情况下如果使用AUV多波束声纳来进行勘探，它不仅可以准确的调整方向，精准的控制测量设备行驶在预定的线路上，还能在遇到突发状况时，使航线的偏差保持在几米之内，从而获得更准确的地况信息。

2.2 效率

熟知，AUV的探测速度为3千米到4千米，而深拖的探测速度只有2.5千米，其次深拖的系统在完成一个航线要转入下一个航线时，为了保证其自身的拖鱼不与深水地况进行碰撞，必须通过非常大的回转方式，这往往需要耗费几个小时。而AUV多波束声纳就不需要担心这一方面，它几乎只需要几分钟就能进入预定好的下一个线路，这也是提高了深部矿井勘探的一个时效性。

2.3 效益

对于深拖技术系统来说，一旦超过其承受的探测深度时，一般需要用到长基线来进行对拖鱼的定位，长基线虽然准确度较高，但是费用高、耗时。相比较下，AUV能够自主定位航行在规定的区域，这会大大减少了人力物力的使用和成本的浪费情况。

3 AUV测量难点

3.1 精度

熟知，AUV一般采用的是快捷连贯和速度补偿的导航方式。长时间在深部矿层进行地况勘探时存在着导航的失误和时间问题，因此导致AUV在探测作业时的坐标会有一定的偏差。目前的解决办法就是使用长基线或者声音系统来进行辅助，在使用AUV作业时，应该提前在作业区布置声纳的标志，通过布置好的标志从而建立类似于GPS系统的声音定位网络，解决对于多个标志的距离问题，由于位置已经知道，从而计算出测量设备的具体位置。

3.2 质量影响

要知道横向运动对于MBE的测量质量和精准度的影响是非常大的，一般可以影响一串波束的形成，造成测量的最终结果和精准度降低，而对于与其相关的多波束声纳来说影响是更大的，若横向运动没有及时修正，将没有办法进行正确的位置对比，从而导致大量的突发情况产生，且水下的检测剖面无法形成。

3.3 兼容问题

因为NBE对于定位、资源和特殊地质环境方面有着独特的要求，因此与AUV合体之后，会出现一些兼容性的问题。

3.3.1 时间同步

由于深部矿区勘探数据通常是存储在U盘中，当数据收集完整时可以进行提取处理工作，所以在数据收集时，需要先记录实时定位数据、探测过程形态、探测深度等等信息需要保持一致，不然后期测量数据的准确度与质量都会受到影响，更严重的还会导致数据信息无法进行处理和记录。针对以上问题最好的解决方法就是使用传统的信号时钟，将各种探测得到数据信息进行同步化处理。

3.3.2 兼容

由于AUV搭载了除NBE外多种声纳设备，例如DVL、高度计、USBL等声纳设备，所以如果其中一个声纳设备与NBE的频率接近、相邻或者发生一样的倍频，那么此时不同设备的矿山深部开采区信息会受到干扰，导致最终的检测质量下降。这时可以采用时间轮转的方式来使用不同的设备，尽量避开它们互相干扰的时间段。

3.3.3 电磁兼容

NEB设备本身的功率和其他设备相比平均功率较大，一般不小于一百万左右，且再发声时功率也会瞬间增大几倍，导致所给供电系统的电流也会产生一定的不平稳现象。且，AUV设备本身也搭载了无线网络、以及其本身的螺旋桨和电机等设备，而这些设备也会通过各种途径来对NBE进行干扰。

因此，在AUV的设计工程中，对于有可能导致电磁干扰的电磁兼容为问题要多多加以研究和考虑。