多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨

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1、多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨王利锋，蒋新华，王冰，李兆均(河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001)摘要:介绍了多波束测深系统与GPSＲTK技术集成的工作原理及优势，并以秦皇岛港航道疏浚前后多波束扫海测量为例，论述该作业模式中的几个关键问题，即在声速改正和参数校准的前提下，ＲTK三维水深测量省去传统水深测量中繁琐的水位测量，能够自动消除波浪起伏和动态吃水变化的误差影响。航道疏浚结果表明，在近海海域该方法可以取代有验潮的常规水深测量，既能指导疏浚施工，又能方便检查疏浚结果，为今后的相关工

2、作提供参考。关键词:多波束测深;GPSＲTK;航道测量;校准中图分类号:P229.1文献标志码:B文章编号:1671-3044(2014)05-0055-04位与测深值，见图1。1引言近年来，随着国家对沿海港口城市综合规划和开发的重视，多波速扫海测量在港口航道的扩建和疏浚维护工程中的应用也日渐增多。而多波速系统的不断更新以及GPSＲTK技术的普及，则为航道设计、建设、维护等工程提供了极大的便利。尽管如此，经过笔者多次水深测量应用，认识到ＲTK模式下的多波束测深有诸多方面不同于常规水深测量，尤其是误差分析和改正。因此，要

3、想充分利用该技术进行生产作业，必须系统地分析和研究测深中影响水深测量精度若干因素，探讨减小和改正测量误差的方法，以满足实际工程的精度要求。本文将重点介绍利用美国产Odom－ES3多波束测深系统结合Trimble双频GPS接收机等在秦皇岛港航道疏浚维护工程中扫海测量的工作情况和关键问题探讨。图1多波束系统组合ＲTK三维水深测量作业模式图通过上图各参量的标示及其相互位置关系，可以得出如下:H(x，y)D(x，y)=T(x，y)－G(x，y)+L(1)(2)H(x，y)－Δ=式中，L为GPS天线到换能器距离，为常数值;x，y

4、为水深定位点;D(x，y)为深度基准面的水深值;H(x，y)为高程基准面的水深值;T(x，y)为换能器底面的瞬时水深值，可由多波束系统直接测得;G(x，y)为GPS流动站在高程基准面的高程值，可通过与基准站的链接获得并实时传导给多波束系统;Δ为高程基准面与深度基准面的差值，通常在某已知测区内为常数值。应用多波束ＲTK三维水深测量作业模式，优势在于同步采集船体姿态和水深数据，并根据同一垂直面上GPS天线与与换能器相互位置关系，在相同基准面上进行综合数据处理，在顾及测量船的运动姿态改正的前提下(通常通过多波束系统集成姿态2

5、多波束ＲTK三维水深测量作业模式多波束测深系统以其全覆盖、效率高、后处理数据强大的扫海测深特点［1－2］，结合目前常用的GPSＲTK实时定位技术，能够良好的完成水运工程方面的测量任务。其工作原理是:GPS基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信号传输给流动站［3］，GPS流动站通过接收基准站数据，在测量船上实时得出三维坐标;而多波束系统通过与GPS流动站连接与设置，在秒脉冲PPS(Pulse－Per－Second)技术的协同下自动同步接收并记录实时定收稿日期:2014-01-17;修回日期:2014-05-23作者简介:

6、王利锋(1981-)，男，山西忻州人，工程师，主要从事GPS测量等研究。海洋测绘第34卷56传感器解决)，能有效解决水位、波浪及换能器动态吃水变化对测深精度的综合影响［4］。自身中央波束正交数据的比对，比对互差符合要求后方可正式测量(见图2和3)。航道测量实例32013年3～4月和10～11月分别对秦皇岛港航道进行了浚前和浚后扫测，目的是检验经过疏浚后各条航道是否已经达到设计水深(均不超过20m)要求，是否满足航道设计通过能力。扫测航道面积约6.9km2，总长度约26km。测深采用Odom－ES3多波束测深系统，主要技

7、术指标为:工作频率:240kHz;扫幅宽度:接收120°×3°，发射120°×3°;有效波束宽度:－0.75°，－1.5°，－3.0°;波束数量:默认480，可达240和120;距离分辨率:0.02%倍的测距;测深范围:0.5～60m。在正式施测之前，依次完成了控制测量、参数计算、系统安装与调试、系统校准及精度评测等工作;施测过程中进行了声速剖面测量、多波束扫测记录、ＲTK三维水深测量、多波束中央波束和单波束对已测数据成果的质量检查和精度统计;施测完成后对所测外业成果进行了数据编辑和过滤，然后输出作为图载水深数据供制图

8、使用。图2校准后单波束与多波束(中央波束)数据比对图3.1作业前的准备(1)航道施测前要综合考虑到海况、天气、测区船舶通行等因素，制定合理的扫测作业进度表，做到既不影响工期又能保证成果质量。(2)由于航道淤积情况不尽相同，航道内、航道边坡及航道边坡外的水深变化明显，因此布设主测深线需根据水深而定，一般1.5～2倍为宜，由航道内向外