杨景鹏，陈　东

（中交广州航道局有限公司勘察测量分公司，广州　510220）

单波束三维水下地形测量声速改正方法运用分析

杨景鹏1，陈东2

（中交广州航道局有限公司勘察测量分公司，广州510220）

【摘要】随着现代海洋测绘技术的发展，测量精度要求越来越高，在重视提高测量设备及定位精度的同时，人们更关注测量环境包括波浪、声速等因素引起的误差修正，本文以珠江口深水隧道基槽检测为例，对单波束在三维水下地形测量过程中采用不同声速改正方法获取的数据进行对比、分析。

【关键词】单波束；声速改正；数据对比

1　引言

单波束三维水下地形测量作为新兴的测量技术，不但可进行平面位置的精确定位，而且可实时测量水面高程，在作业环境理想的情况下,获得的水位高程精度较高，并能较好消除波浪、水位涨落等因素对水底高程的影响，提高测量工作效率及测量精度。

2　单波束测量

在单波束三维水下地形测量过程中，特别是在深水及水体复杂的条件下偶然误差是影响精度的主要因素。珠江河口径流强、潮汐弱，淡水与海水交融，在深水基槽检测中，面临声速梯度变化大的特点，运用Odom双频测深仪搭载Trimble R7 GPS进行三维水下地形测量，发现运用不同的声速改正方法，获得的数据有一定差异。

3　声速改正方法

声波在海水中的传播是一条空间曲线，其弯曲程度取决于声波传播路径的声速改变。声速剖面反映了海水中声速随深度变化的规律，它受海水温度的影响，与时间、大气温度、海流等因素关系密切。声速改正是水深测量误差的主要来源，声速测量精度直接关系到测深精度，为准确获得声速剖面数据，本次测试声速剖面采集运用HY1200型与AML两套仪器进行采集。HY1200获得的表面声速为1519.6m/s，AML获得的为1520m/s，如图1所示。

图1　采集的声音剖面图

3.1单一声速改正

在单波束测量过程中，常规方法为在测深仪中设置单一声速值，内业处理过程中不做声速改正。单一声速可以为某一深度声速值或平均声速值，本次采用表面声速进行施测。

3.2声速剖面改正

在单波束外业测量过程中，在测深仪中设置表层声速值，内业处理过程中引入声速剖面数据进行改正。

3.3理论法修正

在单波束测深外业采集过程中，利用表面声速对水深数据进行采集，内业数据处理根据《水运工程测量规范》（JTJ131-2012）深度改正计算要求进行深度改正：

式中∆Hc-----深度改正值（m）；

H-------水深读数（m）；

Co------水中标准声速，其值为1500m/s。

4　测量数据分析

为提高单波束测量数据改正方法的可比性，在外业测量过程中，选取水深约10m、40m典型的区域进行检测，内业过程采用三种声速方法进行处理。

图2　10m水深区域三种声速改正方法数据比对图

图3　40m水深区域三种声速改正方法数据比对图

图2中，单一声速改正与声速剖面改正结果相对吻合，而在图3中单一声速改正与声速剖面改正结果差异逐渐增大。

参照相关规范及精度评定要求，引入多波束测深系统进行外部校核，从系统间相对误差≤0.5％标准对三种方法获取的数据进行分析，单一声速改正法在深度10m内系统间相对误差≦0.5％的比重基本与声速剖面改正法一致，但随着测量深度加深其比重降低；声速剖面改正法系统间相对误差≤0.5％的比重在各种深度范围都比较均衡且与多波束测量法数据符合程度最为理想；而理论法修正系统间相对误差≤0.5％的比重随深度增加也有变大的趋势，但在声速剖面突变的区间，整体数据与多波束测量系统数据符合程度较差。

5　小结

在声速梯度变化较大海域，开展单波束三维水下地形测量，宜选择合适声速改正方法。单一声速改正适用于10m左右深度的水下地形测量，随深度加深其测量精度逐渐降低；深度超10m，建议采集声速剖面，通过获取的声速剖面对测深数据进行改正，该方法能有效地减小声速梯度变化带来的测深误差，成果数据可靠，整体精度较高。

【参考文献】

[1]张彦昌；隋海琛；韩德忠.多波束声速改正模拟及其误差分析.水道港口，2009-01；

[2]JTJ131-2012，水运工程测量规范.