徐乐

（交通运输部北海航海保障中心天津海事测绘中心，天津300000）

1 引言

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。

2 多波束系统概述

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。该系统区别与传统单波束测深系统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。主要分为以下三个子系：多波束的发射接收系统；定位、定姿态等辅助系统；数据后处理系统。该种系统的应用将对海洋航道实行面化的测量，提升了我国在海洋航道测量过程中的效率以及准确程度，将在一定程度上推动我国海洋运输事业的发展[1]。

3 多波束系统的应用特点

3.1 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。

3.2 发射换能器较为先进

多波束系统在应用过程中，能够向水底投射的覆盖扇区可达到165°宽。与此同时，接收器还能够形成动态聚焦波数。不仅如此，对探测到的数据还能够实时传递至监视器中。由此可见，发射换能器的先进性。

3.3 保障海洋航道测量的精确

在测量过程中，船只是动态的，因而对水下测量的精确性和可靠性是存在很大的影响的。在应用多波束系统时，由于能够对动态数据进行实时采集，因而在测量精确性方面和可靠性方面均具有很重要的优势。这不仅体现在测量前，更体现在测量过程中。为进一步保障海洋巷道测量的精确性，运动传感器以及光纤罗经和相应软件等等，能够对船只进行同步的记录，不仅如此，还能够对其进行及时矫正，从而真实且精确地反映出水底的实际情况。这些均归功于多波束系统的应用。

3.4 可形成直观的数据图

多波束系统在应用过程中，除了具有以上的应用特点外，还能够形成直观的数据图。这主要是由于多波束系统是较为强大的处理软件，具有十分完善的功能，能够从实际需求出发，对不同比例尺的数据进行抽取，并生成数据图。同时功能的强大性还体现在数据图类型的多样化方面，有测量深度的数据图，还有测量水深等值线的数据图，也有地形模型图，更有彩色水深图以及地形阴影图等等。除此之外，还有质量控制报告。由此可见，多波束系统功能的强大。

4 多波束系统在海洋航道测量中的应用

4.1 项目概况

某项目部承担了某港区的港口航道图测量任务，为编绘该港区港口航道图提供可靠的基础数据，采用Seabat 7125型多波束测深系统对测区内的港池航道及碍航物进行了多波束全覆盖扫测。

4.2 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。④数据采集。测量时使用RBN/DGPS差分定位系统进行定位，使用HYPACK 2014软件进行实时导航和航迹线定位数据的采集，采样间隔设置为1秒；使用QINSy 8.1软件进行多波束水深数据的采集。⑤数据处理。采用CARIS HIPS and SIPS 6.1软件后处理软件对多波束原始数据进行数据转换、声速剖面改正、潮汐改正、线模式编辑、SUBSET子区编辑，最后采用CARIS GIS 4.5a软件按照1∶1000比例尺压缩水深数据用于留存待用。⑥仪器检验。以上所使用之仪器包括：定位设备、声速仪、测深设备、测量船动吃水、多波束探头校准测试均应在测量前依技术规范进行检校。

4.3 海洋测量应用

通过对港池及航道内水域进行扫测，测区内主测深线与检查线符合情况良好，共比对104个水深点，比对半径图上1.0mm以内，比对结果符合规范要求，如下表所示：

表1 水深主检测线比对表

主、检测线比对结果符合测量规范要求。

对某港池内港池航道进行多波束全覆盖扫测后。在内业处理期间发现本次扫测范围内现疑似沉船信号。经对2017-143、2017-146、2017-245的数据进行处理分析后确认该可疑信号为沉船，通过对多波束影像判读显示，该沉船长约40m、宽约12m，呈正座姿态沉于海底,船艏-船尾约呈155°～335°方向。多波束扫测最浅水深为3.8m，高出海底面约4.6m。

图1 “沉船”扫测图

5 结论

本文通过对多波束系统进行阐述，进而分别从应用带状方式进行测量、发射换能器较为先进、保障海洋航道测量的精确、可形成直观的数据图四方面对多波束系统的应用特点进行详细的分析，并分别从项目概况、多波束系统应用的前期准备以及海洋航道测量的应用三方面对在海洋航道测量中的具体应用进行详细的研究与思考。在未来的研究生活中应进一步对多波束系统在海洋航道测量中的应用进行详细的研究与分析，希望本文能够为多波束系统在海洋航道测量中的应用研究提供几点借鉴，并为我国海洋航道的发展提供积极的推动作用。