摘要：近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水下地形測(cè)量要求的提高，傳統(tǒng)單波測(cè)深儀已經(jīng)無法滿足日益增長的新需求，多波束水深測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)帶來了海洋測(cè)量技術(shù)的一次重大變革。在新形勢(shì)下，必須對(duì)多波束測(cè)量技術(shù)與海洋測(cè)繪工序做出進(jìn)一步的調(diào)整。本文物理論文綜合影響多波束測(cè)量的因素，主要論述了多波束測(cè)量技術(shù)與海洋測(cè)繪工序的調(diào)整策略。
　　關(guān)鍵詞：多波束測(cè)量，海洋測(cè)繪，調(diào)整策略
　　1.多波束測(cè)深系統(tǒng)
　　1.1多波束測(cè)深系統(tǒng)是利用多波束原理進(jìn)行海底測(cè)圖和測(cè)量海底地貌的寬條帶回聲測(cè)深系統(tǒng)，是水聲技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)和數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。其工作原理是通過聲波發(fā)射與接收換能器陣進(jìn)行聲波廣角度定向發(fā)射、接收，通過各種傳感器（衛(wèi)星定位系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)傳感器、電羅經(jīng)、聲速剖面儀等）對(duì)各個(gè)波束測(cè)點(diǎn)的空間位置歸算，從而獲取在與航向垂直的條帶式高密度水深數(shù)據(jù)。
　　1.2測(cè)深時(shí)，載有多波束測(cè)深系統(tǒng)的船，每發(fā)射一個(gè)聲脈沖，不僅可以獲得船下方的垂直深度，而且可以同時(shí)獲得與船的航跡相垂直的面內(nèi)的幾十個(gè)水深值。多波束測(cè)深系統(tǒng)一般由窄波束回聲測(cè)深設(shè)備（換能器、測(cè)量船搖擺的傳感裝置、收發(fā)機(jī)等）和回聲處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)、數(shù)字磁帶機(jī)、數(shù)字打印機(jī)、橫向深度剖面顯示器、實(shí)時(shí)等深線數(shù)字繪圖儀、系統(tǒng)控制鍵盤等）兩大部分組成。
　　1.3測(cè)深系統(tǒng)的回聲處理設(shè)備較多。計(jì)算機(jī)可按預(yù)先給定的程序?qū)Ω鞣N數(shù)據(jù)和參數(shù)在船上實(shí)時(shí)處理；數(shù)字磁帶機(jī)按規(guī)定的格式記錄時(shí)間、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、羅經(jīng)航向、縱橫搖擺以及各波束測(cè)得的水深和相對(duì)于船的橫向距離等有關(guān)數(shù)據(jù)，以便后期處理；數(shù)字打印機(jī)可根據(jù)需要對(duì)所有記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控；顯示器對(duì)系統(tǒng)的模擬輸出進(jìn)行監(jiān)視，直觀顯示橫向深度剖面（海底輪廓線圖）；數(shù)字繪圖機(jī)沿校正過的航跡標(biāo)繪出等深線圖，實(shí)時(shí)判讀海底地貌的輪廓。
　　1.4多波束測(cè)深系統(tǒng)同單個(gè)寬波束的回聲測(cè)深儀相比，具有橫向覆蓋范圍大（為深度的幾倍），波束窄（約為3°～5°），效率高等優(yōu)點(diǎn)。適用于海上工程施工區(qū)和重要航道的較大面積的精確測(cè)量，也可以用于精確測(cè)定航行障礙物的位置、深度。它能繪出海底三維圖形，消除了使用側(cè)掃聲吶時(shí)判讀的困難。有的系統(tǒng)還可在冰覆蓋區(qū)使用。
　　2.目前的多波測(cè)量技術(shù)與海洋測(cè)繪工序技術(shù)體系
　　目前海洋測(cè)繪體系已完成了數(shù)字化技術(shù)改造，目前由控制、水深、地形等的測(cè)量到海圖的編輯、加工和出版，全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。可是與紙質(zhì)海圖的工序相比，目前的海洋測(cè)繪的供需變化卻不大，根本原因是由于整個(gè)技術(shù)的改造是參照紙質(zhì)海圖的工序?qū)嵤┑摹?br /> 　　水深測(cè)量是海洋測(cè)繪的核心技術(shù)，目前由于單波束到多波束測(cè)量方式的改變，水深測(cè)量技術(shù)發(fā)生了重大的變革，實(shí)現(xiàn)了壘覆蓋的海底地形測(cè)量。可是，如果不考慮改變目前的測(cè)量工序和要求，不僅不會(huì)減少海圖產(chǎn)品化的時(shí)間和擴(kuò)大海洋測(cè)繪產(chǎn)品的多樣性。相反，由于數(shù)據(jù)量太大，卻會(huì)增加海圖出版機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。
　　3.多波柬測(cè)量技術(shù)與海洋測(cè)繪工序的技術(shù)調(diào)整
　　多波束測(cè)量系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航定位與數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。通過安裝在測(cè)船底部的探頭發(fā)射和接收聲波信號(hào)，由聲波在水體中的傳播時(shí)間與聲速乘積即可計(jì)算出水深。探頭由發(fā)射探頭和接收換能器組成，有多達(dá)126個(gè)相互獨(dú)立的接收換能器(定向旋轉(zhuǎn)發(fā)射126個(gè)波束)；接收信號(hào)通過聲納處理器再傳到計(jì)算機(jī)。
　　多波束系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)測(cè)深方法，在波束形成理論、勘測(cè)技術(shù)、校正與處理方法上形成了自身復(fù)雜的特點(diǎn)，在測(cè)量中需要加以注意，否則將嚴(yán)重影響勘測(cè)精度。
　　3.1多波束測(cè)量技術(shù)的影響因素
　　多波束測(cè)深系統(tǒng)采取多組陣和廣角度發(fā)射與接收，形成條幅式高密度水深數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航定位與數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。由于多波束系統(tǒng)橫向、縱向測(cè)點(diǎn)都十分密集，這就需要由高精度GPS定位系統(tǒng)與之相配套。否則將造成測(cè)點(diǎn)位置錯(cuò)位，失去多波束系統(tǒng)勘測(cè)的意義，井使海底地形失真或畸變。因此，必須嚴(yán)格測(cè)量各個(gè)坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)，保證測(cè)量精度，以實(shí)現(xiàn)最佳的測(cè)量結(jié)果。
　　對(duì)多波束精度的影響因素主要包括：不同水域環(huán)境的音速對(duì)波束傳播的影響、GPS定位對(duì)--坐標(biāo)精度的影響、測(cè)船中換能器的相對(duì)位置，以及潮位改變對(duì)水深的影響等等。以坐標(biāo)系的影響為例，由于多波束測(cè)深采用廣角度定向發(fā)射、多陣列信號(hào)接收和多個(gè)波束的形成及處理等技術(shù)，為了更好的說明波束的空間關(guān)系和波束海底投影點(diǎn)的空間位置，首先必須定義好多波束測(cè)船參考坐標(biāo)系。多波束系統(tǒng)的換能器不論是固定還是便攜式安裝，其相對(duì)測(cè)量船的位置總是不變的，因此測(cè)量船是多波束勘測(cè)最現(xiàn)實(shí)的參考工作平臺(tái)。考慮到波束空間角度表達(dá)的便利，一般測(cè)量船參考坐標(biāo)系原點(diǎn)選擇在換能器對(duì)稱中心，船只橫向左舷方向?yàn)閤軸，船只縱向船頭方向?yàn)閅軸，船只鉛垂向下為z軸。另外，運(yùn)動(dòng)傳感器要嚴(yán)格安裝在與船中軸平行的地方。多波束船參考坐標(biāo)系是一種三坐標(biāo)軸與船固定并隨著船只運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系，它使得多波束各測(cè)深點(diǎn)的相對(duì)位置與測(cè)量船只定位系統(tǒng)的大地空間位置建立了聯(lián)系，同時(shí)也為進(jìn)行傳只補(bǔ)償提供了空間關(guān)系和基本方法。因此，以上的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格準(zhǔn)確的測(cè)量。
　　通過實(shí)踐試驗(yàn)可知，利用多波束測(cè)深系統(tǒng)，對(duì)聲速、導(dǎo)航系統(tǒng)的定位、參考坐標(biāo)系及潮位等影響因子加以注意，采用合理的測(cè)量方法以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理，完全能夠測(cè)得準(zhǔn)確可靠的水下地形圖，發(fā)現(xiàn)水下地形的細(xì)微變化。
　　3.2海洋測(cè)繪工序的技術(shù)調(diào)整
　　由于技術(shù)工序的調(diào)整和測(cè)量重點(diǎn)的改變，必然導(dǎo)致海洋測(cè)繪方法和技術(shù)的變革，大量的成熟技術(shù)需要攻克，部分理論和方法需要修正。
　　多波束測(cè)量具有全覆蓋、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，不改變目前的水深測(cè)量工序，要由多波束測(cè)量的源數(shù)據(jù)形成一個(gè)符合海圖要求的水深數(shù)據(jù)是特別困難的，會(huì)極大地增加由水深測(cè)量到海圖產(chǎn)品的時(shí)間差。結(jié)合Ns(航海表面)和H-Cell(按海圖綜合的方法由NS抽取的水澡點(diǎn)和等深線，同時(shí)疊加障礙物等要素組成的海圖出版中的重要工序)的概念，同時(shí)參考NOAA(美國國家海洋大氣管理局)的方式，調(diào)整了目前的水深測(cè)量工序。具體修測(cè)體系：
　　(1)水深測(cè)量數(shù)據(jù)改正和計(jì)算誤差，形成網(wǎng)格化的NS。
　　(2)按照自動(dòng)綜合方法，由NS形成水深點(diǎn)和等深線H-Cel；
　　(3)障礙物探測(cè)數(shù)據(jù)改正，形成一個(gè)障礙物H-Cdll；
　　(4)不同的H-Cell疊加，嵌入海圖的數(shù)據(jù)庫，完成海圖數(shù)據(jù)的修鍘。
　　由此可見，由測(cè)量數(shù)據(jù)到網(wǎng)格化的NS，再由NS到H-Cell，不僅改變了水深測(cè)量成果的表現(xiàn)形式，形成了一個(gè)服務(wù)于數(shù)據(jù)庫修測(cè)或更新的水深測(cè)量工序，同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)海底DTM等產(chǎn)品的出版，提高了海洋測(cè)繪產(chǎn)品的多樣性和豐富性。
　　4.論文結(jié)語
　　海洋測(cè)量、數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品化是海洋測(cè)繪體系的三個(gè)核心環(huán)節(jié)，它們相互依存，相互影響，共同發(fā)展。多波束測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和海圖數(shù)據(jù)庫的建立，將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品化產(chǎn)生重大影響，使得海洋測(cè)繪產(chǎn)品化的時(shí)間得以有效縮短，并能提高海洋測(cè)繪產(chǎn)品的多樣性。
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