广东省佛山航道事务中心禅城航标与测绘所 广东佛山 528000
摘要：随着社会的不断发展，航道资源也越来越受到重视，为了加强航道保护方面的工作，现在有很多先进的测量系统被应用于航道测量之中。本文将通过多波束测深系统在航道测量中的应用案例进行分析，探讨了该系统的组成部分，分析了在内河航道测量中应用多波束测深系统开展测量的相关流程及探测效果，为航道管理相关工作的开展提供有益参考。
关键词：内河航道；监测测量；多波束测深
引言
由于河流有其流速多变、水位影响因素较多、地形复杂、各种情况相互交叉影响等特点，使得水下地形探测工作面临较为复杂的情况。为了快速高效地掌握通航水域范围内的水深情况、通航障碍物情况以及工程施工遗留物情况等，有利于航道管理部门更好地开展对航道的规划建设养护保护等工作。本文结合多波束测深系统在航道测量中的运用实例，浅谈多波束测深系统在航道测量中发挥的作用。
1多波束系统
多波束测深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成，最常使用在海洋环境中，多波束测深系统打破了传统单波束以点为基础的离散式的作业模式，而代之以空间面为基础的立体式作业模式，实现了立体测图、智能处理以及自动化成图。其工作原理是通过换能器阵进行声波广角度定向发射、接收，运用各种传感器（卫星定位系统、运动传感器、电罗经、声速剖面仪等）对各个波束测点的空间位置进行归算，从而获取与航向垂直的条带式高密度水深数据。与传统的单波束测深技术相比较，多波束测深系统优势明显。①多波束系统采用了全覆盖的测量方式，采集的数据全面，能真实的反映河床地形；②多波束系统同步记录船体姿态信息，起伏、纵摇、横摇、航向等，由后处理软件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减小到最低限度；③多波束系统后处理软件功能强大，能对测量资料进行多种成图处理，可生成等值线图、三维立体图、彩色图像、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及土方计算等,极大地提高了工作效率；④多波束系统应用的采集软件具有实时成像功能，可以直观地看到水下的地形起伏，以及护岸工程的效果，便于指挥决策和重点监测，利用软件的回放功能，不仅在现场而且在室内也能演示；⑤多波束系统通过后处理软件可以绘制任意比例尺水下图形图，可以满足高精度的水利工程测量要求。
2多波束测深技术优势
2.1多波束的测深精度
多波束测深的精度是比较高的。经过近20年的发展，目前国内已形成了一套数据处理技术及误差控制理论，在成果质量评定和控制方面也比较成熟。根据相关文献研究结果。RESON公司较早型号的Seabat8101多波束的中央波束在30m水深时，中间波束的平面及高程综合误差为0.034m和0.068m，这一数量级的误差是单波束无法比拟的。目前最新型号的SeabatT50在各项技术指标上远优于高于Seabat8101，故其达到的精度还要更高。
2.2多波束的微地形探测能力
波束的开角越小，其“脚印”越小，代表其声学探测能力越强。单波束的波束开角度为8°，多波束开角仅仅为0.5°～1°度。开角越小，在多波束的一个发射扇面上的波束也就越多，所测地形越精细。单波束只能通过加大测深比例，增加测点密度，但受限于其波束性能，其微地形的探测能力也是无法与多波束相比的。
3基于多波束测深技术的航道测量新思路
3.1多波束测深系统安装及测试
EM2040C是一款基于EM2040技术的浅水型多波束测深仪，适用于高分辨率测图和海底检测。EM2040C采用全球zui先进的EM2040的信号处理算法，换能器尺寸大小与EM3002相同，内置声波发射和接收阵列。该系统结合高性能与便携安装的特点，为航道测量、海底成图提供高分辨率、高精度的测量仪器。
（1）多波束仪器与设备的安装
依照设计要求在多波束测量船固定位置安装多波束换能器、表面声速仪、K9主机和天线、F175惯导，将多波束KongsbergEM2040主机、电脑主机、显示器、稳压器等设备合理放置并进行正确连接。
（2）软件的安装与参数设置
在电脑上安装声剖仪声速采集软件“ValeportDatelogx2”，K9数据接收设置软件“Himax接收机设置软件”，K9数据格式转换软件“K9forcoda”,F175惯导控制软件“motioncontrol”，显控软件“SIS”,数据采集软件“Qincy”和”HYPACK”，数据格式转换软件“CASSDAT”。软件安装好之后，逐一进行各项参数的设置。
（3）仪器的校准与调试
首先是F175惯导的收敛。打开motioncontrol软件，连接惯导，设置参数后，进行惯导收敛。收敛工作选择在河面宽阔水深足够的区域，船绕8字型航行。
其次是ROLL、Pitch、yaw的校准。完成惯导收敛后，打开SIS软件，连接多波束，设置参数，显示正常后，打开Qincy数据采集软件，设置参数，显示正常后，开始进行横摇、纵摇、艏摇三个参数的校准。经过数据后处理后得到了ROLL、Pitch、yaw的三个校准值。
然后加校准值改正后，经过校准与调试，多波束仪器与设备运行正常，可以进行水深测量工作实施测量。
3.2数据处理
使用CARIS后处理软件进行水深点的后处理，除去假水深，在CARIS软件中录入潮位信息，自动对水深数据进行水位改正。数据处理包括数据预处理和成图两个部分。预处理主要包括定位数据处理，声速剖面数据处理，潮位数据处理，姿态数据处理，深度数据处理和数据编辑、去噪、合并、清项；成图处理是对预处理后得到的水深数据进行网格化，生成数字地形模型(DTM)，形成水下地形图。
3.3测量作业
通过多波束进行扫测，将计划线及网格调入到计算机屏幕上，确保各仪器处于良好的运行状态，测船顺着计划线进入测区之后，多波束测深系统便开始工作，通过各个仪器进行动态化的测量相关的数据，在此基础上生成一定格式的数据文件，并在计算机中进行存储，并在网格中直观的填充系统扫射的带宽和水深颜色等，能够让相关人员对测线重叠的情况及是否存在漏测情况进行动态的观察，并开展相应的补测，确保数据的完整性。单波束检验工作在多波束扫测作业结束之后进行，通过测量系统（单频测深仪及DGPS定位系统和测量软件组成）共同开展数据测量，具体实施前对测深进行检查，在测量区域进行平均分布检测线。
3.4水下隐蔽工程的检测核查
水下隐蔽工程的检测是航道技术核查的一个难点，传统的手段为单波束测深、水砣测深、潜水员探摸，测量结果不理想。利用多波束测深高精度、高密度、三维可视化的特点，可对施工效果进行实时监测核查。
3.5掌握码头港池水域现状
通过对码头港池水域进行多波束扫测，掌握码头港池范围内的河床表面的冲刷和淤积情况、通航障碍物情况以及有无施工遗留物情况，为船舶安全通航等提供准确可靠的多波束水深测量成果资料及相关基础数据。
3.6礁石扫测
通过三维地形图，可以清晰的分辨水底的礁石等其他目标物。对通航水域航槽参考线附近的大块礁石和边缘的小尺寸礁石的分布、大小等特征信息都可以进行清晰的显示，为航道建设规划整治提供可靠的基础资料。
结语
本文通过列举案例，说明应用多波束测深系统能够精准测量水下地形地貌变化情况，为水下工程技术核查、船舶安全通航等提供更准确可靠的成果资料及相关基础数据。尤其是随着城市交通的发展，内河桥区航道通航安全越来越受到重视，航道管理部门为加强通航安全保障，需要掌握桥区航道的通航技术参数变化情况，以便及时采取应对措施。在内河水运发达的珠江三角洲地区，这套系统的测量效益、实用性和广阔的应用前景将进一步显现。
参考文献
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[2]田勋.肖付民.朱小辰，等.多波束测深系统各误差的传播影响规律分析[J].海洋测绘,2011(31):23-27.