3DSS-iDX-450三维侧扫声呐及条带测深仪设备验收及性能分析

摘  要：测量设备验收是一项基础、系统的工作，通过设备验收，检验设备实际指标是否符合购置的要求，是否满足相关测量规范标准，确定新购置设备在实际生产中的操作流程、工程适用度。三维侧扫声呐及条带测深仪是本中心2018年引进的新型测量设备，根据中心质量管理体系和相关规范的要求，测绘设备在投入使用前需要进行海上测试以保证设备有效性和结果的准确性，并积累设备使用经验，指导实际生产。

关键词：Ping3D 侧扫声呐;条带测深仪;设备验收

0 引言

天津海事测绘中心隶属于交通运输部北海航海保障中心，开展上级安排的海道测量、通航尺度核定、应急抢险、沉船扫测等工作，保障航行安全，必须保证测量精度和设备稳定可靠以及高效率。侧扫声呐和多波束全覆盖测量是目前水道测量的主要技术手段，为了更好地完成上级下达的港口航道测量年度指令性任务，开展港池、航道、锚地等测量工作，执行海事应急抢险、沉船等碍航物扫测、通航尺度等工作，详细了解水下状况以及水下目标的状况，中心引进了高分辨率的Ping3D侧扫声呐及条带测深仪。

1 3DSS-iDX-450三维侧扫声呐及条带测深仪简介

3DSS-iDX-450（见图1）是加拿大Ping DSP公司生产的三维侧扫声呐及条带测深一体化系统，内置了实时高精度声速探头及高精度可获GNSS辅助的测量级IMU姿态传感器，可内置或外接支持RTK实时差分及Qinertia PPK后处理差分的GNSS。3DSS-iDX-450采用了Ping DSPTM专利信号处理技术，从根本根变了过去相干理论中的单一入射角识别方法，实现了多入射角同时到达检测技术（如海底、海面、水柱和多路径等），成功地在一台便携且易用的小型声呐上，实现了真三维侧扫点云图像以及超宽覆盖水道测深一体化，革命性地将2D侧扫声呐扩展到三维立体时代，在完全享用无偏差的坐标位置的同时，实现了侧扫测深的二维和三维图像的同步显示。3DSS实时软件能够实时显示、捕捉和测量清晰的三维立体侧扫图像，如海底纹理，结构和沉船，生物栖息地和植被，管道，电缆，地质形态，桩基，地质灾害等，有效发现和验证在测深地形中不明显的特征物。

2 3DSS-iDX-450海上测试验收方案设计

根据规范要求，对3DSS-iDX-450海上測试主要进行了设备稳定性、水深成果符合性、沉船障碍物扫测、小目标发现能力等方面的测试。

2.1 室内通电测试

对新进海上测量设备3DSS-iDX-450室内通电测试主要检查各种设备硬件连接、通信是否正常，模拟采集是否正常，备件是否齐全。同时整理新进设备随机资料，制作开箱验收单，归档相应的资料。

2.2  3DSS-iDX-450测深稳定性测试

将测量船停泊在一处水深超过5 m 的安静码头水域，连续开机采集8 h以上，在5 m处放置水深检查板进行数据采集，以中央波束为准检查仪器稳定性。

2.3  3DSS-iDX-450测深精度符合性测试

计划在天津港主航道附近选取一处范围500 m×500 m左右（现场根据实际情况适当调整）的海底平坦自然水域实施条带盖测深，对测区进行全覆盖测量，根据测量区域水深和开角设计计划测线，分别采用不同扫宽、不同测量模式、不同船速等不同设置进行测量。使用该条带多波束垂直于主测线设计检查线，为保证检查线水深精度，检查线开角计划使用90°。将不同采集设置采集的数据经过处理后，使用主测线与检查线测深数据进行内符合检查，并与现有水深图进行外符合比对检查。

2.4  障碍物探测能力测试

为检查该条带多波束发现海底障碍物能力，在临港航道北侧原图载“南疆南”沉船水域处进行测试（38-**-27N，117-**-57E），使用准备验收的3DSS-iDX-450型条带测深仪对其进行全覆盖扫测，经数据处理后并生成三维海底地貌图，计算最浅点的位置坐标及最浅水深值。

为检测最小目标发现能力在临港航道沉船附近选择一处不影响过往船只航行的海底平坦水域，抛设一座长宽高各1 m左右的塑料水箱作为海底目标，使用3DSS-iDX-450对该目标进行扫测，测试该条带多波束对海底小目标的发现能力。

3 3DSS-iDX-450海上测试验收结果

3.1 室内通电测试结果

室内检查设备软硬件、备件齐全，并进行实际连接，安装相关的软件硬件搭建整体运行环境;室内通电测试，各种指示灯状态以及数据传输正常，系统运转正常，可以进行海上现场测试。

3.2  3DSS-iDX-450测深稳定性测试结果

本次测量将该设备使用专用安装架固定安装在测量船舷侧，量取安装参数，将测量船停泊在一处安静码头水域，测量固定深度为5 m的检查板，连续开机采集8 h以上，测试该设备在静态环境下的仪器稳定性，经对测得数据分析，该仪器传输至3DSS系列软件进行数采时数据正常连续，且采集数据经后处理所得结果准确。最大偏差0.03m，中误差0.02m，稳定性满足要求。

3.3  3DSS-iDX-450测深精度符合性测试结果

测深精度符合性检查对外业采集的数据按照条带测深数据处理要求进行船体坐标建立、姿态校准、声速改正、水位改正等必要的处理后，对处理结果进行内符合和外符合比对，内符合使用主测线和检查线数据进行比对，外符合使用主测线与2018年《天津港主航道（二）（23113）》港口航道图测量采集的数据进行比对，比对结果如下：

采用三维侧扫声呐及条带测深仪内置的SBG姿态仪，双天线GPS，船速4.5-5.5节时各采集参数比较结果下（见表1—表10）：

采用三维侧扫声呐及条带测深仪内置SBG姿态仪，单天线GPS，船速4.5-5.5节时各采集参数比较结果如下（见表11—表12）：

采集参数：开角55°约束角10°GPS单天线外符合比对（有效比对水深137个）

采用三维侧扫声呐及条带测深仪内置SBG姿态仪，双天线GPS，船速8～9kn时数据质量效果较差（如图2所示）：

3.4  障碍物探测能力测试结果

为检查三维侧扫声呐及条带测深仪系统发现海底障碍物能力，在临港航道北侧原图载“南疆南”沉船水域处进行了测试，使用该仪器对其附近水域进行了全覆盖扫测，数据经处理后得到清晰的海底三维图像（如图3所示）。经数据处理测得沉船最浅点处水深为12.3 m，最浅位置：38-**-27.03N，117-**-55.56E（测量时间2018年12月20日）。2017年3月21日对Reason T50P多波束进行测试时，沉船最浅位置为38-**-27.03N，117-**-55.56E，水深为12.3 m，两次测试结果一致。

在天津港港池北防波堤自然水深附近（38-**-27N，117-**-02E）抛设一长宽高各约1 m的塑料水箱作為海底目标，该区域水深在16 m左右，测得较为清晰的海底三维图像（如图4所示）。

4 结论

本次测试采用不同采集参数、不同船速对3DSS-iDX-450型三维侧扫声呐及条带测深仪进行验收测试，扫测结果显示使用该设备内置SBG姿态仪、双天线GPS、采集参数为：开角55°约束角10°时水深数据质量最好。建议在以后的工作中使用内置SBG姿态传感器和双天线GPS的工作模式，设置采集参数为：开角55°约束角10°;现场施工过程中根据海况、水深、水质等实际环境控制船速提升数据采集质量。

测试结果表明3DSS-iDX-450型三维侧扫声呐及条带测深仪携带和使用方便，控制软件操作简单，能够发现1 m3小目标障碍物，测试结果满足规范要求，可用于海道测量、障碍物探测、水下目标检测等生产活动。

参考文献

[1]JT/790-2010. 多波束测深系统测量技术要求.北京： 人民交通出版社，2011.

[2]JT/T 701-2007.水深测量数据采集与处理技术要求.北京： 人民交通出版社，2008.

[3]JT/T 954-2014.沿海港口航道测量技术要求.北京： 人民交通出版社，2015.

[4]GB12327-1998.海道测量规范.北京： 中国标准出版社，1999.

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

作者简介：

汪连贺，高工，从事测量设备、测绘软件开发， 022-58873070