基于工程案例的多波束海洋测绘分析

朱毅斌

（福建省水产设计院，福州 350000）

1 引言

多波束海洋测绘技术是一种新型测绘技术，能够对海底进行高精度的测量。在传统的海洋测绘工作中，通常使用单波束探测仪作为测量仪器，但是其在使用过程中需要面临2个方面的问题：（1）在使用窄波束技术时，需要通过加大换能器将波束变窄，因此，会增加测绘工作的成本；（2）加密测线，也会增加测绘成本。而多波束海洋测绘技术可以进行多信道的定向接受以及广角度的发射，不需要使用换能器就可以更准确、更广泛地获取海底的相关数据，全面提高海洋测绘技术的精确度。

2 多波束海洋测绘系统的相关概述

2.1 多波束海洋测绘系统的构成

本次水下探测工程使用 SeaBat7125多波束海洋测绘系统，这也是目前精度最高、最先进的一种多波束海洋测绘探测系统，该系统由运动传感器、图像处理系统、QTC Multiview 低质分类系统、ICTANS 光纤罗经以及多波束数据后处理系统组成，其具体工作原理如图1所示。

图1 SeaBat7125多波束海洋测绘系统工作原理

2.2 多波束海洋测绘系统的特点

以 SeaBat7125多波束海洋测绘系统作为例子，其特点主要表现以下方面：SeaBat7125多波束海洋测绘系统可以实现波束的连续接收与连续发射，有效提高了测绘的覆盖范围，具体来说，其可以对水下地形进行全部覆盖。与单波束测绘不同，多波束能够整体从面上做出反应，在这种情况下，得到的测量结果更加准确、真实。而单波束测绘系统在只能将断面中所产生的数据进行记录，而后通过插补的方式形成等值线，在这种情况下就会降低测绘结果的准确性。另一方面，利用系统中包括的发射换能器，可以向水底投射 128°的扇形覆盖区[1]，在这种情况下，接收器可以同时生成256个动态聚焦波束，此时分辨率达到 5mm，完成波束后，将检测到的距河床底距离与散射强度的图像直接显示于声呐监视器中，这样也可以为质量检查工作提供方便。

3 多波束海洋测绘系统的应用

在传统的水下监测工作中，基本上都是采用单波束测绘系统进行水下测量，单波束测绘系统属于一种线状测绘方式，能够将水下的真实情况反映出来，但是这种测绘方法不仅难度较大，且精确度比较低，无法满足一些复杂地形或大比例尺水下测绘工作的要求。采用多波束海洋测绘系统则能够有效提高测绘结果的准确性，具体来说，多波束海洋测绘系统具有高分辨率、快速测量、全面覆盖、精确度高等多种优点，能够对水下地形发生的细微变化进行全面监视，从而更加高效地完成测绘工作。

4 多波束海洋测绘系统数据处理

传统海洋测绘中的数据处理方法，主要是通过构建 Grid规则格网或者 Delauny 三角网形成水下的 DTM （数字地面模型），而后利用四叉树索、分块处理实现多尺度 LOD（Levele of Data，多细节层次）的现实效果，呈现水下地形。但是，在如今的海洋测绘工作中，对测绘结果准确性的要求也越来越高，加之水下地形数据具有海量性、多样性以及复杂性等特点，同时，应采用离散点云数据进行插值拟合，对所采集的多波束水下地形数据进行处理，从而获得足够的水深值，而后完成数据插值，以此确保结果的真实性与准确性。除此之外，计算拟合曲面差后，可以得到水下砂石资源的变化情况。

现如今，由于图形学科与计算机技术的不断发展，相关学者或科学研究人员对离散数据的曲面重建技术进行了更加深入的研究与分析，具体来说，插值或离散数据拟合是使用一系列无规则或者是一个光滑曲面的抽样数据进行逼近的。

5 运用多波束海洋测绘系统的相关注意事项

多波束海洋测绘系统不仅应用灵活，而且还具有计算过程简单、精确度较高、所占内存较小等优势。利用算法选择离散分布的数据点时，需要对2个方面的因素进行重点考虑：一方面是范围，具体指的是利用大面积范围内具有的数据点对被插点的数据进行计算；另一方面是点数，是指应选择多少个点参加被插补点的计算。在应用这2个因素时，应根据具体情况进行合理选择。确定范围时，应将某一个被插值的点作为圆心，而后确定半径，进而确定整个范围、原始数据点的疏密性、半径决定的疏密程度以及原始数据点均会对具体的范围造成影响。因为每一个原始点的分布不够均匀，所以，为了可以更加准确地求解二次曲面方程，必须保证拥有的点的数据充足，但不能太多，确保其适中性，在这种情况下，圆形范围的半径也是不固定的[2]。所以，在确定圆的半径时，可以使用逐步变动的方法。

将被测绘的水下地形表面中具有的离散化的数据点进行转化，使其能够成为规则化的网格分布的连续函数，具体转化过程中，可以使用规则圆方法进行转化，将所取的规格化节点临域范围内的扫测值进行拟合计算。选择一个新的数据点时，应在其周围选择多个邻近的数据点，并将最初选择的新坐标点作为原点，而后再使用多项式曲面拟合，利用多个数据点求得多项式中含有的各项参数。

6 结语

综上所述，利用多波束海洋测绘系统对水库、堤防、海洋以及湖泊等水域进行水下地形的测量，可以为检测水下工程建筑物、水下工程的安全性提供数据支持，如水下管线、电缆的监测；河道桥梁、码头、港口以及疏浚等工程的测量；水下物体、沉船的搜寻等，都可以采用多波束海洋测绘系统进行测量，从而有效提高测量结果的真实性与准确性，这也说明多波束海洋测绘系统具有非常良好的应用前景，因此，应对多波束海洋测绘系统进行更加深入的研究。