張楚琦

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，航道測(cè)量系統(tǒng)變得更加多樣化。多波束系統(tǒng)作為一種高新測(cè)量系統(tǒng)，具有良好的實(shí)際測(cè)量效果。本文將對(duì)多波束系統(tǒng)在航道測(cè)量中的應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：多波束系統(tǒng);航道測(cè)量;應(yīng)用

引言：

航道圖關(guān)系著客船航行安全，航道測(cè)量作為制作航道圖的基本工作，其重要性不言而喻。隨著科技飛速發(fā)展，多波束測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。信息化的測(cè)量工具擁有精度高、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，因而在當(dāng)前的航道測(cè)量工作中得到廣泛應(yīng)用。

1.多波束系統(tǒng)組成及其工作原理

多波束探測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是一種聲吶探測(cè)系統(tǒng)，相較于單波束探測(cè)系統(tǒng)具有更高的測(cè)量效率。傳統(tǒng)的單波束探測(cè)系統(tǒng)采用單波束測(cè)量模式，一次只能得到一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。而多波束系統(tǒng)是單波束系統(tǒng)的集合，是一種對(duì)條帶所覆蓋區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)探測(cè)的模式，多波束測(cè)深系統(tǒng)與單波束測(cè)深系統(tǒng)的探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成探測(cè)線的模式相比較，效率有了成倍增長(zhǎng)，可以直接由探測(cè)線構(gòu)成探測(cè)面。

多波束系統(tǒng)主要由三個(gè)子系統(tǒng)組成，其一是多波束的發(fā)射和接收系統(tǒng)以及相關(guān)的換能器綜合信號(hào)控制處理系統(tǒng)。其二是用于多波束系統(tǒng)服務(wù)的輔助系統(tǒng)，包括用于為多波束系統(tǒng)提供測(cè)量定位的衛(wèi)星定位系統(tǒng)、用于測(cè)量產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)以及聲速剖面儀等。其三是多波束聲波測(cè)量數(shù)據(jù)的解析處理軟件系統(tǒng)，其中包括信息分析處理軟件、信息數(shù)據(jù)對(duì)比和整理軟件以及信息儲(chǔ)存庫的。

多波束測(cè)量系統(tǒng)通過線狀聲波對(duì)航道底部的地形進(jìn)行測(cè)量，將多線索構(gòu)成面，從而得到航道水下地形的三維圖片。其工作原理就是利用聲波發(fā)射器陣列于水下發(fā)射一定寬度的扇形覆蓋聲波，利用聲波遇到障礙物會(huì)進(jìn)行反射的物理原理，對(duì)反射的聲波進(jìn)行收集和分析。這些被反射的聲波在數(shù)據(jù)處理軟件的處理下被解析為成千上萬的單個(gè)測(cè)深點(diǎn)的深度值，以此繪制出水底的三維地形圖。

2.多波束系統(tǒng)在航道測(cè)量中的應(yīng)用

通過分析多波束系統(tǒng)的工作原理可以得到以下結(jié)論：凡是聲波能夠到達(dá)的范圍，都是多波束探測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量范圍，要繪制水底三維地形圖和船體航行狀態(tài)實(shí)際上沒有過多關(guān)聯(lián)。然而在實(shí)際測(cè)量過程中，船體航行狀態(tài)和航行安全會(huì)對(duì)測(cè)量精度及成本產(chǎn)生影響，因此在應(yīng)用多個(gè)數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行航道測(cè)量時(shí)，要盡可能依據(jù)實(shí)際情況對(duì)測(cè)線布置進(jìn)行合理規(guī)劃，既要保證測(cè)線能夠覆蓋整個(gè)航道，又要盡量保證測(cè)點(diǎn)分布均勻。因此多波束系統(tǒng)測(cè)線布置要盡量遵循技術(shù)科學(xué)合理、系統(tǒng)安全可靠和測(cè)量成本具有經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)基本原則。

如果測(cè)線布置的疏密程度不符合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，例如測(cè)線過于密集就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)和資源浪費(fèi)，而測(cè)線過于稀疏則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不全面和測(cè)量盲區(qū)等問題。要滿足多波束系統(tǒng)的作業(yè)展開需求和精準(zhǔn)測(cè)量?jī)煞矫娴男枨?，?yīng)當(dāng)做到以下幾點(diǎn)：

（1）平行布設(shè)測(cè)線。在布置測(cè)線時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量使測(cè)線平行且符合航道底部的深線走向。平行部署測(cè)線的優(yōu)勢(shì)在于能夠擴(kuò)大測(cè)線的測(cè)量范圍，達(dá)到更好的覆蓋效果。例如某河流航道是典型的U形橫截面，航道中間水深兩邊水淺，本身線幾乎和航道走向相同，因此在對(duì)該河流進(jìn)行航道測(cè)量時(shí)，測(cè)線布置也應(yīng)當(dāng)和航道走向相符合。

（2）測(cè)量范圍有重疊。上文說到測(cè)線過于稀疏會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在盲區(qū)，測(cè)線過于緊密則會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。航道測(cè)量是有關(guān)航運(yùn)安全的重要工作，存在盲區(qū)的危害，遠(yuǎn)大于資源浪費(fèi)，因此測(cè)線布置強(qiáng)調(diào)全面覆蓋，測(cè)量范圍可以相互重疊。多波束探測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量模式是將測(cè)量點(diǎn)連成測(cè)量面，雖然能夠極大的提高探測(cè)效率，但是也會(huì)受到信號(hào)干擾。例如某些航道可能出現(xiàn)聲波散射而導(dǎo)致反射波無法被接收器有效接收的情況，有效反射波波較少，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量受到嚴(yán)重干擾。這種情況下就要求相鄰測(cè)線擁有重疊的探測(cè)范圍，可以保證，當(dāng)一處測(cè)線受到信號(hào)干擾時(shí)，另一處測(cè)線能夠?qū)⒃搮^(qū)域的信號(hào)清晰可靠地測(cè)量出來。

（3）主測(cè)線長(zhǎng)度應(yīng)稍大于測(cè)區(qū)范圍。多波束測(cè)量系統(tǒng)具有效率高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但為了達(dá)到更高的效率和更高的精度及系統(tǒng)也十分復(fù)雜，系統(tǒng)復(fù)雜也會(huì)導(dǎo)致受干擾因素多等缺點(diǎn)。多波束系統(tǒng)通常設(shè)置在船體上，而船體受到水運(yùn)動(dòng)影響很容易產(chǎn)生彎曲、搖晃、速度變化，影響多波數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量效率和精度。因此在實(shí)際測(cè)量過程中，承載多波束測(cè)量系統(tǒng)的船體應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行測(cè)線測(cè)量，同時(shí)需要提前對(duì)測(cè)量工作進(jìn)行報(bào)備，為測(cè)量船體勻速直線航行提供空間。與此同時(shí)，在布設(shè)主測(cè)線時(shí)尤其要注意保證主測(cè)線的長(zhǎng)度大于測(cè)量范圍，以此減少出現(xiàn)測(cè)量盲區(qū)的現(xiàn)象，保障測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。

（4）布置檢查測(cè)線。檢查測(cè)線的主要功能是檢驗(yàn)其他測(cè)線的準(zhǔn)確度和可靠性，通常垂直于測(cè)線分布。在布置檢查測(cè)線時(shí)要盡量選擇平坦的水域，布置數(shù)量要滿足檢查需求，且檢查測(cè)線的總長(zhǎng)度要大于主測(cè)線總長(zhǎng)度的5%。

（5）復(fù)雜區(qū)域加密測(cè)線。實(shí)際上測(cè)線的密度和測(cè)量精度有緊密聯(lián)系，密度越大精度越高。因此對(duì)于航道中較為復(fù)雜的區(qū)域應(yīng)當(dāng)將測(cè)線布置得更加密集，以增加可分析的測(cè)量數(shù)據(jù)，能夠有效提高測(cè)量的精度。例如在某些測(cè)深作業(yè)中，水底存在沉船、巖礁等障礙物，地形地勢(shì)比較復(fù)雜。在布置測(cè)線時(shí)，應(yīng)當(dāng)以沉船、巖礁等障礙物作為中心，按照井字形加密測(cè)線，保證多方位多角度獲取該區(qū)域的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

總結(jié)

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展，科技力量也在逐漸強(qiáng)大，信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。多波束系統(tǒng)在航道測(cè)量中的應(yīng)用正是信息技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用。航道圖關(guān)系著客船航行安全，航道測(cè)量作為制作航道圖的基本工作，多波束系統(tǒng)依靠精密的探測(cè)系統(tǒng)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，有效提高了航道測(cè)量的可靠性和精確度。多波束系統(tǒng)在航道測(cè)量中的應(yīng)用，要尤其注意測(cè)線的布置。只有科學(xué)合理的測(cè)線布置，才能保證測(cè)量工作的精確性。相信在未來的發(fā)展前景中，多波束測(cè)量技術(shù)還將進(jìn)一步創(chuàng)新，得到更好的應(yīng)用效果。

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