多波束倾斜安装在浅水区域中的测量应用

2021-11-07周林，任皓，付栋

港工技术 2021年5期

周林，任皓，付栋

（中国电建集团港航建设有限公司，天津 300467）

引言

近年来，随着国内外经济实力的飞速增长，不仅带动了世界航运事业的发展，同时促进了大江大河治理和沿海港口的兴建和扩建，多波束测量技术的应用越来越广泛。普遍意义上的多波束测量主要在水深大于3 m 的区域进行，当测量区域水深小于3 m 时，常规的多波束测量方法很难在浅水区域测得有效数据，多波束探头倾斜安装可以在很大程度上解决这一难题，使浅水区域可被多波束测量覆盖，并提升了船舶测量设备的安全。

本文以孟加拉帕德玛大桥河道整治项目为依托，探讨多波束倾斜安装在浅水区域测量中应用。

1 多波束倾斜安装系统组成

多波束设备在国内外应用比较广泛，其主要技术参数如表1 所示。

表1 多波束技术设备的技术参数

运动传感器（光纤罗经）更适宜于本项目运用小型测量船进行浅水区域多波束测量，具有精度高、稳定性强等特点。其主要技术指标如表2 所示。

表2 技术指标

定位设备水平精度为8 mm+1 ppm RMS，垂直精度为15 mm+1 ppm RMS。

声速剖面仪量程为1 400-1 600 m/s，测量精度为±0.05 m/s。

多波束倾斜安装架的设计使用可以更大程度的在水深小于3 m 的测量区域进行多波束测量。综合考虑多波束数据质量和船型结构，将倾斜安装架的倾角设计为20°，配合多波束自身的旋转测量功能，可以保证测量船在安全水深区域测到水深小于3 m 的浅水区域。倾斜安装架设计如图1 所示。

图1 倾斜安装架示意图

倾斜安装架的位置量取基点为法兰盘中心，通过精确量取，测得基点与多波束探头声学中心的相对位置关系如表3。

表3 相对位置关系

2 设备安装校准

2.1 测量设备安装及相对位置关系量取

本项目所用测量船为英国猎豹公司设计生产的玻璃钢材质双体测量船，具备船体轻巧、易操作、抗风浪能力强等特点，可以在各种复杂水文条件下开展测量任务。

多波束换能器安装池（月池）位于船体中心偏后（后甲板）的位置，定位设备GPS 安装于月池中心的正上方，运动传感器（光纤罗经）安装于船舱内部船体中轴线上。

各测量设备在相应位置安装完毕后，需进行精确的相对位置关系量取，量取方法包括全站仪测量、人工多次量取取平均值的方法。全站仪测量方法为分别在测量船的左右舷自由架站，然后测出各设备的坐标，从而计算出各设备间的相对位置关系；另一方面，以人工多次量取取平均值的方法进行量测。

将用两种不同方法测算出的数值进行比对，取平均值，最终得出各设备间的相对位置关系，本次相对位置关系量取的坐标原点为运动传感器(Octans)中心。如表4 所示。

表4 各设备的相对位置关系

2.2 多波束安装校准测试

多波束安装校准测试是进行多波束测量的重要前提，其目的是校正多波束换能器与运动传感器之间的系统偏移，偏移量最终体现在横摇（Roll）、纵摇（Pitch）、朝向（Yaw）三个数值上。

对于多波束安装校准，应遵循以下航行模式：

横摇（Roll）：以相同的速度在平坦区域上进行往返线测量（两条测线数据彼此重叠）

纵摇（Pitch）：以相同速度在斜坡（或非平坦）区域进行往返线测量（两条测线数据彼此重叠）

朝向（Yaw）：以相同速度在斜坡（或非平坦）区域进行两条平行线测量并且航向需要一致（两条测线数据需要至少一半数据重叠）

运用以上方式采集的多波束测量数据经过处理后，得到最终校准值，如下表所示：

表5 多波束安装校准结果

3 多波束倾斜安装测试

该项目所在孟加拉帕德玛河全年河流水位变化较大，水位高程基准为BangladeshPublicWorks Datum(简称PWD)，雨季水位可达6.0 m（PWD），干季水位约为1.0 m（PWD）。雨季高水位期进行浅水区域的多波束测量相对容易，测量数据可以满足施工需求；干季水位较低期的浅水区域多波束测量很难进行，多波束换能器的倾斜安装可以很大程度解决这一难题。项目设计疏浚边坡坡比为1:6，测试在干季低水位期，高程为1.0 m（PWD）时进行。

首先运用常规多波束安装方式，即多波束换能器朝船体正下方，测量区域选择在施工区某段的-2.4 m（PWD）平台处进行，沿平台内侧边缘平行于河岸布设测线。

结合本项目实际，经过长时间多次测试，通过不断调整多波束控制软件的各项参数，总结出了一套分别在多波束普通安装方式和倾斜安装方式下的最佳参数，通过本套参数测得的数据质量良好，可以为项目在浅水区域施工提供可靠的数据支持，具体参数设置如表6 所示。