段康伟
郑州中核岩土工程有限公司，河南郑州，450003
摘要：多波束测深系统是一种利用多波束对水底情况进行测量的系统，它不仅具有良好的海底地形测量效率，而且在实际的测量中还能够对多个海底测量点的深度值进行获取，因此，多波束测深系统在目前的海洋航道测量中得到了广泛的应用。为此，下文将对多波束测深系统在海洋航道测量中的应用展开详细的分析，希望能够促进我国海洋探测事业的发展。
关键词：多波束测系统；海洋航道测量；应用
由于科学技术的飞速发展，在我国海洋航道测量中逐渐出现多种测量系统，其中多波束系统是一种应用较为广泛，且具有较好实际效果的测量系统。因此，本文对多波束系统在海洋航道测量中的应用进行分析。
1 多波束系统概述
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，由多个子系统构成，虽然不同的多波束系统的组成单元不尽一致，但大体上可将其分为声学系统、数据采集系统、数据处理系统和外围辅助传感器几部分。多波束采集系统完成波束的触发，经换能器发射和接收后将其转换为数字信号，反算出其测量距离或记录往返时间，通过定位设备、姿态仪、声速剖面仪和电罗径等实现船舶瞬时位置、姿态、航向的测定及海水中声速的传播特性，最终由数据处理系统综合声速、定位、姿态、声速剖面和潮位等信息，计算波束脚印的深度及坐标，绘制海底地形图。
2 多波束系统在海洋航道测量中应用特点
2.1 应用带状方式进行测量
多波束系统作为一种新型的技术，是多种先进技术的集成，在应用过程中，测量是以带状方式进行的。多波束系统在应用过程中，优势在于具有较高的测量覆盖程度，能够实现对水下完全覆盖。多波束系统与单波束相比，更能够完全反映出水下地形的任何细微变化。这主要是由于多波束系统是面的反应，而单波束则是一种点的反应。在对水下地形进行测量的过程中，带状方式进行测量，测量的数据是具有较高的可靠性的。这主要是由于在生成等值线的过程中，这种全覆盖的测量方式，数据量较大，可靠性较好。而单波束则不然，在收集数据过程中，会由于数据不够而出现偏差。因此，多波束系统应用过程中，具有较大的应用优势。
2.2 多波束测深系统能够保障航道测量的准确性
船舶是动态的，在对水下进行测量时，精确性和可靠性都会有所不足。多波束测深系统的优点在于能够实时收集动态数据，能够保障水下测量的精确性。第四，形成直观的海底数据图。多波束测深系统作为一种强大的处理软件，它的功能较为完善，根据测深的实际需求抽取不同比例尺的数据，对数据进行整合形成数据图。
2.3 实时收集，不断更新数据
在海洋航道测量中，测量船只是不断运动的，这对水下测量的精确性和可靠性提出了较高的要求。多波束系统测量不仅收集的数量多，而且可以实时收集数据，避免了因为数据少而出现较大偏差的问题，测量的结果在准确性和可靠性方面还是比较高的。多波束系统中的运动传感器、实时姿态测量设备、声速测量设备等可以实现测量船只的瞬时位置、姿态、航向的测定以及海水中声速传播特性的测定，同步记录测量数据，并且数据处理单元等相应软件还可以对其进行实时矫正，确保数据的精确性和可靠性。
2.4 可形成直观的数据图
该探测系统应用中，排除上述这些优点之外，同时还可生成直观的数据图。
该系统中处理软件非常强大，功能非常完善，可以依照具体实际，开展不同比例尺的出具测量，在此基础上形成数据图。并且能够多样化地处理数据图，不仅包括测量深度，而且包括测量水深等值线的相关数据图，还能生成地形模型图，可形成地形应星图与彩色水深图等。此外，能够形成相关的质量报告。
3 多波束系统在海洋航道测量中的应用
3.1 多波束系统应用的前期准备
（1）多波束系统的安装与船体坐标系构建。安装时以多波束换能器杆与水面交点作为坐标系参考点，安装在测量船的舷侧。以多波束系统安装声纳头安装杆与海水面交点作为参考点，定义船右舷方向为X轴正方向，船头方向为Y轴正方向，垂直向下为Z轴正方向，量取各传感器相对于参考点的位置，往返各测量一次，取其中值。（2）测线布设。多波束主测线顺航道方向按水深3~4倍布设，要保证测量区域全覆盖，若发现可疑浅点，应进行复测，准确确定目标的性质和深度。检查线垂直于主测线且应达到主测线长的5%。（3）声速剖面测量。多波束测量不同区域海水温差较大，测量区域内海水温度和盐度均随时间及地理位置的变化发生变化，直接导致不同时间、地点的声速剖面差异明显，为不影响多波束测深精度，提高边缘波束的利用率，测量时根据当天测量区域及时间跨度合理加密声速剖面的测量，应早、中、晚各测定一次声速，详细准确记录测量的时间、地点，在后处理软件中选择距离最近或测量时间最接近的声速剖面进行声速改正。（四）数据采集。在测量中，多波束的测深系统所使用的定位系统为RBN/DGPS差分定位系统，利用HYPACK2014进行实时导航，并采集航迹线定位数据，在采集数据时，之间的间隔时间为1秒。而多波束水深数据的采集所使用的是QINSy8.1软件。
3.2 数据处理
（1）水位数据处理。此次测量具有非常大的区域，需要观测区内较多的水位情况，则通过多站分区的特点进行改正。水位改正过程中，通过重叠站的平均潮位值改正不同潮位站控制范围相互重叠区域的数据，这一过程通过软件来自动完成。（2）多波束数据处理。将Qinsy软件收集的多波束数据进行处理，将潮位加入到Qinsy软件中进行预处理，接着在Qloud2.3软件中倒入，通过该软件再对数据进行处理，具体实施阶段如下：①对船型文件进行建立，在该文件中将各仪器设备的精度和探头校准角度与不同传感器的位置相对关系输入其中。②对声速文件进行编辑，在Qinsy软件中输入外野采集的声速文件，在此前提下将声速改正文件的建立。③对潮位文件进行编辑，在Qinsy 软件中processing manager 模块，输入外业采集的潮位文件，并对潮位文件进行创建，UTC标准时间即为潮时时间，吃水改正包括于潮高之中。④通过潮位与声速改正数据。⑤通过 Qloud2.3软件的Manage cleaning profiles、Execute cleaning profile 等模块有效剔除其中的粗差数据及滤波等。⑥通过人工手段对滤波错误点进行进一步剔除剔除。⑦分区合并处理完成的相关数据，依照相关比例尺要求进行出图，抽稀条件定为10m间隔，抽希数据，形成成果数据。⑧对等深线数据进行展绘制，对图框进行编辑，通过整理之后形成最终成果图。
4 结束语
综上所述，多波束测深系统广泛应用于堤防、水库、湖泊及海洋等水域的水下地形测量，进行水下工程及其水工建筑物的安全检测（如抛石护岸等）；河道疏浚及港口、码头、桥梁的工程测量；水下管线、电缆等的监测；沉船、水下物体的打捞搜寻等。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。
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