侧扫声纳和浅地层剖面仪在海底管线检测中的应用.pdf

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1、第36卷第5期水道港口Vol.36No.52015年10月JournalofWaterwayandHarborOct.2015侧扫声纳和浅地层剖面仪在海底管线检测中的应用122董玉娟，周浩杰，王正虎（1.中交天津港航勘察设计研究院有限公司，天津300450；2.宁波上航测绘有限公司，宁波315200）摘要：介绍了侧扫声纳和浅地层剖面仪的工作原理，并根据海底管线铺设特点，侧扫声纳系统可以高效的探测出海底面以上管道的走向、平面位置、裸露高度等管线信息和海底地形等图像，而浅地层剖面仪可以精确的获取海底管线的裸露高度、埋设深度等管线信息和海底底质情况。通过实例说明了侧

2、扫声纳和浅地层剖面仪在海底管线探测的工作流程，总结出两种探测系统在探测海底目标上的优缺点，说明了多种探测手段的综合应用是海底管线探测技术的发展方向。关键词：侧扫声纳；浅地层剖面仪；海底管线探测；图像判断中图分类号：P237文献标识码：A文章编号：1005-8443（2015）05-0450-06随着海洋资源大力开发，海底电缆、输油管道、供水管道铺设和维护工程逐步增多。管道铺设前需要对其管道路由海域进行详细的水文地质调查，管道铺设后需及时或定期对管道安全稳定运营情况进行检测。［1］这些调查和检测需用到包括单波束、多波束、侧扫声纳、浅地层剖面仪等大量地球物理探测设

3、备。单波束和多波束以水深形式反映海底地形地貌特征，单波束操作简单，成本较低；侧扫声纳以影像等形式反映海底地貌特征，其工作效率高，检测裸露于海底面的管道效果好；浅地层剖面仪以断面图像反映管道各种状态信息，管道埋深探测精度较高。多种海洋探测设备的合理综合应用，可以充分利用各个设备的优点，突破单个项目投入设备的单一性，可以从多方位、多途径快速的获取高分辨率、高质量的海底地质结构、海底地形地貌等数字信息，为海洋开发建设提供了可靠的数据支撑。本文根据工作实例阐述了浅地层剖面仪和侧扫声纳系统的工作原理，针对浅地层剖面仪与侧扫声纳系统的各自特点，介绍了EdgeTech310

4、0型浅地层剖面仪［2］和4200-FS型侧扫声纳系统在海底输油管道检测中的综合应用。1工作原理A拖鱼1.1侧扫声纳工作原理C侧扫声纳又称“旁视声纳”或“海底地貌仪”，是主动声B纳的一种，海洋探测的重要工具之一。侧扫声纳系统由拖DE鱼、线缆和处理器三部分组成。其工作原理为：由侧扫声纳目标拖鱼的发射单元两侧同时向海底发射一定频率声波脉冲，阴影区声波传播至海底或遇障碍物时发生反射和散射，其接收单图1侧扫声纳工作原理元接收反射和散射到侧扫声纳拖鱼接收单元的声纳信号，Fig.1Workingprincipleofsidescansonar声纳数据处理单元根据海底地物的散

5、射和反射信号强度大［3-4］小转换成不同灰度像素影像来呈现待探测目标相对海底的状态。侧扫声纳工作原理的几何关系是人们［5］对侧扫记录图像判读解释的关键。右图1为侧扫声纳的工作原理图。其中A为拖鱼的入水深度；B为拖鱼至海底的深度；C为拖鱼至海底目标障碍物的距离；D为影像阴影区的长度；E为目标物的裸露于海底的高收稿日期：2015-04-01；修回日期：2015-09-10作者简介：董玉娟(1979-)，女，天津市人，工程师，主要从事测量方面工作。Biography：DONGYu⁃juan（1979-），female，engineer.2015年10月董玉娟，等侧扫

6、声纳和浅地层剖面仪在海底管线检测中的应用451度。根据几何关系，可计算出目标障碍物裸露于海底的高度E。1.2浅层剖面仪的工作原理浅层剖面仪与测深仪工作原理相似，都是由发射单元向海底发射一定频率的声纳脉冲，接收单元接收其反射声纳信号。主要区别是测深仪发射声纳频率高（如高频为200~400kHz），其声波穿透能力差，主要用于测量海水深度；而浅地层剖面仪发射声纳频率低（如2~15kHz），产生声波的脉冲能量大，声波穿透能力强，分辨率高，可穿透海底一定深度的淤泥层、砂质层和基岩层。主要用于海底地质调查、海洋工程建设和海底管道铺设及检测等项目。市场常用的浅地层剖面仪有线

7、性和非线性声源两类。线性声源功率大穿透能力强，但体积大，携带不方便。非线性声源体积小而轻，使用方便，但穿透能力差。如EdgeTech公司生产的一种高分辨率宽带调频浅地层剖面仪3100P系统采用全频谱CHIRP技术，其分辨率可达4cm，穿透能力可达80m。浅地层剖面仪记录图像是海底不同介质层对声波传输过程中的反射强弱呈现，在不同的介质中，声波［6］的传播速度不同，其反射和透射系数也不同，当两种介质的反射和透射系数越大，接收到的反射信号就越强，反之则较弱。因此，接收到的反射信号，携带了海底地层的大量有用地质信息，通过观测记录并分析海底沉积物对于声波的反射影像，可以

8、了解沉积物的地质属性，并可以直观的识别