多波束测深仪扫床技术试验分析

2020-03-01谢黎黎

西部交通科技 2020年6期

关键词：试验

谢黎黎

摘要：为探索先进高效的扫床方式，文章开展多波束测深仪测深替代硬式航道扫床的可行性研究，并进行多波束测深仪测深和硬式扫床对比试验。试验结果证明，多波束测量精度能满足行业要求，且具备更高效率。

关键词：多波束;扫床;试验

0 引言

硬式扫床作为检验航道尺度的主要手段已沿用几十年，该方法简单有效，但相对落后低效，需配员较多，劳动强度大。为探索先进高效的扫床方式，充分利用现有设备，有必要进行航道扫床技术革新科研，为此从2017年起，南宁航道养护中心即着手开展对多波束测深仪测深替代硬式航道扫床可行性研究。

1 目标要求

航道扫床技术革新科研工作的目标要求为：

（1）选择适合的航段进行硬式扫床检验，并与多波束测深仪测深检测进行对比，要求分别在浅水区（4m以内）、中水区（4～7m）及深水区（7m以上）进行三组试验。每组试验均要检验在硬式扫床发现0～20cm小区域浅点的情况下，多波束测深仪能否检测发现，即多波束测深仪测深替代硬式扫床是否可行。

（2）研究成果要得出明确的结论，即是否可行及其依据。若可行，应提出其适用的条件，如适用水深情况、需配备的船舶类型、使用仪器型号、人员技术能力与数量、以及科研扫床的准确率和效率等。

2 工作准备情况

试验初期，组织了多波束测深系统原理、仪器安装调试校正、多波束测深软件的应用和数据后处理软件操作等培训，使技术人员掌握了多波束各个部件的安装，保证仪器能接通工作，各改正参数调试复核后，随即着手开展多波束测深仪测深替代硬式航道扫床的可行性研究。

3 第一次试验

2017年11月，技术人员在南宁航道站辖区进行第一次多波束测深仪测深和硬式扫床对比试验。

硬式扫床前，把多波束所测水深图成图基准面换算到当天水位下的水深，以方便作对比。当天，采用的是局现有设备DT100进行测量，扫测测区选择在南宁市豹子头航道站辖区的郁江某航段，长度约600m，宽度约200m。根据测量船特性，采用倒L型平台支架+钢丝绳固定的形式，测量采用多波束悬挂安装测量方式。

在试验过程中，将多波束测深仪所测水深与单波束测深仪所测水深进行了对比，发现多波束测深仪所测水深普遍比单波束测深仪所测水深值大0.15～0.3m，不满足《水运工程测量规范》（JTS-1312012）的要求。研究认为，出现该问题的原因主要是：（1）本套多波束测深仪测量系统自身误差未完全调试好;（2）多波束测量时形成的是带状测量面，测量点偏离换能器中心，导致测量误差逐渐增大。

完成水深对比后，我们对多波束测深仪测量和硬式扫床分别在浅水区（4m以内）、中水区（4～7m）进行了对比，因航道条件受限，无法开展深水区（7m以上）试验，其中浅水区和中水区情况如表1所示：

从对比结果看，在水深小于4m的浅水区，多波束测深仪所测水深最低值为2.7m，但扫床下杆深度为2.5m时，所扫区域均出现碰杆，下杆深度为2.6m时，碰杆现象更为严重，个别区域碰杆高度达到50cm。

在水深4～7m为中水区，多波束测深仪所测水深最低值为4.0m，扫床下杆深度为3.8m时，所扫区域多处碰杆，下杆深度为4.0m时，碰杆现象更为严重，个别区域碰杆高度达到40～50cm。

因此第一次试验结果显示：

（1）本套多波束测深仪DT100多波束测深系统在测深仪、GPS、声速仪和姿态仪分别正确设置后方可使用，调试安装和测量操作步骤繁琐，测量过程采集的数据量大，对硬件要求高，且采集数据后的处理工作量极大（1h测量采集的数据，后处理时间需要3～6h左右）。

（2）在浅水区（4m以内），多波束测深仪单条测线覆盖范围跟硬式扫床相当，且无法发现0～0.2m小区域浅点或者障碍物情况，扫床效果不理想。

（3）在中水区（4～7m），多波束测深仪覆盖范围比6m长单杆硬式扫床覆盖范围稍大，外业劳动强度比硬式扫床小。但其精度没有硬式扫床精度高，无法发现0～0.2m甚至0～0.5m小区域浅点或者障碍物情况，无法满足航道扫床标准的要求。

4 第二次试验

因第一次试验结果不理想，且缺少对深水区的研究，认为缺乏足够的数据来证实多波束测深仪测深不能替代硬式航道扫床的观点，为了对多波束技术进行更多的深入研究，2018年8月，南宁航道养护中心协同北京麦格天[HTXH1]渱科技发展有限公司共同研究海卓MS400型号多波束测深仪;11月再次与广州南方测绘科技股份有限公司合作，使用RESONT20P多波束航道扫测系统，同时也研究现有DT100多波束测深仪以作对比。对比结果如表2所示。

扫测测区选择在南宁市隆安县境内的右江某航段，长度约540m，宽度约160m。采用倒L型平台支架+钢丝绳固定的形式，采用多波束悬挂安装测量方式。

为验证多波束测深系统的精度问题，测试现场采用高精度改正过的单波束测深仪测水深，对多波束和经过严格校正后的单波束测深仪所测的水深值，分别在4m以内、4～7m、7m以上的水深区域抽取位置重叠或位置相对靠近的多个水深点进行对比。在试验过程中，根据需要展现了水下地形的等高线情况，以便更直观地查看水深分布情况。

在本次測量区域范围内，一次全覆盖扫床时间少于2h，相比至少需要4h的硬式扫床，大大提高了效率。

经多次测量，试验结束后对测量结果数据进行后处理，对比结果如表3所示：

根据《水运工程测量规范》（JTS-1312012）8.6.4，扫获的浅点或障碍物平面位置偏差≤0.15m、深度误差≤0.1m的要求，从三个水深分层区域（4m以内、4～7m、7m以上）水深数据对比来看，三组仪器均满足要求，但DT100精度稍差，其他两个型号的多波束测深仪精度较好。

因此第二次试验结果显示：

（1）从三个不同型号的多波束测深仪技术参数可知，多波束适用水深一般为0.5m水深以上。（DT100测深范围0.5～60m，海卓MS400测深范围0.2～150m，南方测绘的RESONT20P测深范围0.5～575m）

（2）水深越深，多波束测深仪测深替代硬式航道扫床效率越高。在5m以上的水深区域，多波束测水深效率比传统的硬式扫床好;在3～5m水深区域，多波束测水深效率与传统的硬式扫床效果相当;在3m以下的浅水区，多波束测水深效率比较低，甚至不如传统的硬式扫床。

（3）多波束测深仪不受气象条件限制，一般行驶稳定、转向灵活、转弯半径小的中小型船舶（除玻璃钢船舶外）都能满足要求。

（4）若在扫床过程中未发现浅点，则无需进行数据处理，多波束测深仪能大大提高效率，若发现浅点，则数据后处理较繁琐，对技术人员素质要求比较高。

5 结语

此次航道扫床技术革新科研工作是成功的，多波束测深仪能检测发现在硬式扫床中发现的0～20cm小区域浅点或障碍物，即多波束测深仪测深替代硬式扫床是可行的。在试验过程中，我们总结了多波束测深仪的优点如下：

（1）多波束测深系统使用便捷，具备更高的安全性;

（2）多波束可以达到水域范围全覆盖，一条测线横向覆盖范围基本能达到水深的两倍，特别是对于深水环境，多波束外业测量效率高;