RESON Seabat T50 P多波束系统在水下基坑测量中的应用.docx

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1、多波束测深系统是一种多传感器的复杂组合系统，是现代信号处理技术、高性能计算机技术、高分辨显示技术、高精度导航定位技术、数字化传感器技术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成。不同于单波束测深系统，多波束测深系统可在测量断面内形成十几个至上百个测深点，几百个甚至上千个回向散射强度数据，从而保证了较宽的扫幅和较高的测点密度；另一方面，较窄的波束、先进的检测技术和精密的声线改正方法的采用，也确保了测点船体坐标的归位计算精度，因而多波束测深具有全覆盖、高精度、高密度和高效率的特点。可以说，多波束测深系统的出现，极大地改良了传统水深测量的作业方式，在海洋调查中的应用愈发广泛。本文以海底地形中的水下基坑为

2、案例，介绍RESONSeabatT50-P系统组成及特点，并通过其在水下基坑中的具体实施及数据处理，分析其精度及成果。一、组成及特点1 .RESONSeabatT50-P系统组成SeaBatT50-P是SeaBatT系列的新成员，是丹麦Reson公司研制的一种新型的高度集成化多频率的水下三维成像声纳系统，由硬件和软件部分组成。其中硬件部分主要包括：声速剖面仪、表面声速仪、DGPS、罗经、换能器及处理单元、一体化惯导（三维姿态仪）、主机配以网络交换机、计算机组成；软件部分主要是多波束数据采集及处理软件，如图1。(b)DGPS罗经（C）三维姿态仪（d）换能器及处理单元（e）数据采集处理软件图1RE

3、SoNSeabatT50-P系统组成2 .RESONSeabatT50-P系统特点高度集成、安装便捷，作业方便。TeledyneResonSeaBatT50-P多波束系统包含：便携声呐处理器（PSP）。PSP是一台强大的声呐处理器，简化了线缆连接，便于设备快速安装布置。它可以用于声呐、传感器数据及准确时钟同步的单点连接，可以通过标准以太网连接到测绘使用的台式机或笔记本电脑上。大扫宽角度，波束数量多。等距模式下150,等角模式下165,且波束数量达到512条。工作频率范围大。可以在19420kHz之间自由调节，步长为IOkHz。测深分辨率高。测深分辨率达到6mm,可以有效分辨复杂的海底地形。二、

4、外业实施本案例为上海某水域，临近主航道，且来往船舶较多，为了解此区域的水下地形情况，对该区域进行多波束全覆盖水深扫测，并对该区域地形做出分析。1 .设备安装主要对系统各部件包括换能器、GPS罗经、三维姿态仪、显示器等进行组装并调试。本次换能器安装采用船舷方式安装，如图2。2 .安装校准多波束系统各设备安装完毕，运行调试后，为了消除系统误差，必须进行两坐标系统之间的平移、旋转校准，将换能器基阵中心位置归算到测量船重心位置处，以保证测量结果的客观性。安装校准在具有一定坡度和特征的区域进行。校准参数包括横摇、纵摇、艄向。GPS因采用PPS模式传输数据，故不需再进行时延校正。具体测试方法如下：横摇-平

5、坦区域、反向、同速、同一测线。纵摇-斜坡区域、反向、同速、同一测线。艄向-斜坡区域、同向、同速、不同测线。经外业数据采集，通过软件校准计算求得各改正值，横摇-0.63,纵摇-2.95,艄向-2.27o3 .潮位观测及声速测量潮位和声速数据是多波束系统水深改正的重要部分，它直接影响最后的数据质量，因此潮位观测及声速测定必不可少。本次潮位数据使用测区水文站观测的潮位，时间间隔IOmin,以测前半小时及测后半小时为区间进行记录。声速测量使用英产miniSVP声速剖面仪，分别在测前、测中及测后对区域内声速进行测定。三、内业处理本次多波束外业采集数据软件使用PDS2000,内业处理软件使用QINSY公司

6、开发的QPSqimera软件，qimera是一款易于使用且功能强大的声纳数据处理应用程序，兼容多种外业软件数据采集格式，包括常用的QINSYDB,KongsbergA1.1.,RESONNorbitS7K,HypackHSX,GSF等。Qimera包括的功能如下：支持多种原始数据格式及编辑后离散点数据导入。声速改正、潮位编辑。安装校准测试、摆动测试。多种滤波模式，如CUBE滤波、尖刺过滤等。强大的数据编辑模式，如SWath编辑、三维编辑等。成果数据导出格式支持自定义编辑。引导性的工作流程，以最少的用户输入减少操作错误。使用qimera进行多波束内业数据处理关键步骤包括：静（动）吃水、潮位、声速

7、等改正值合并，建立动态曲面，尖刺滤波，CUBE滤波及三维编辑、swath编辑等，见图3。图3qimera多波束处理流程四、成果分析使用qimera软件根据以上流程处理最后分别得到Im及5m格网建立的数字高程模型瓯如图4,图5。图4Im格网模型图55m格网模型根据数字高程模型显示，该区域有两处基坑，形态一大一小，大基坑形状似“W”字母，总长度近5km,宽度约300m,最深处达13.5m,原泥面水深约8.5m,基坑与原泥面深度落差近5m,基坑区域内地形表现平缓规整；小基坑长度约1km,最宽处约170m,水深可达15m,与原泥面落差近7m。通过比对Im及5m格网模型，可以看出Im格网模型呈现的地形细

8、节精细程度明显优于5m格网模型。通过对大基坑特征位置附近地形进行剖面分析，如图6,可以明确看到此区域的深度起伏变化，剖面地形呈梯次变化，由8.5m水深在20m处陡深至10.5m附近，斜率约为1：2,后至IlOm处出现急剧变深至13.5m附近，宽度达90m,斜率1:4,深度剖面呈现“圆拱”形态，后梯次变浅至8m,宽度约40m。结合模型图可以看出此处地形在原有基坑基础上再次加深。结合模型图可以看出此处地形在原有基坑基础上再次加深。该处基坑呈现8.5,10,13.5m三种水深梯次变化，在水深变化处斜率近似相等，水下基坑地形规整。图6大基坑地形典型剖面图通过对小基坑特征位置附近地形进行剖面分析，如图7

9、,该剖面亦呈现梯次变化，由海底原泥面的8m,急剧变深至12.5m附近，以缓坡地形式后逐渐变深至15m左右，宽度达160m,后急剧变浅至8m附近，斜率1：2。图7小基坑地形典型剖面图综合大小基坑附近地形剖面及整个高程模型分析，此区域内两处基坑与周围原泥面水深有明显差异，基坑内水深变化平缓且地形规整，两处基坑非自然形成,疑似采砂船在此采砂施工造成。五、精度评定多波束数据成果的精度包括内符合精度及外符合精度。内符合精度可通过主测线和检查线中央波束来计算，这样可得到一个交叉点不符值的点数列。外符合精度是以主测线或检查线中央波束水深作为参考水深，与检查线或主测线的扇面水深计算交叉点不符值。根据JTS13

10、1-2012水运工程测量规范中深度比对互差要求：水深H20m时，深度比对互差（0.4m,且超限点的比例W20%,如表2,表3。本次测量内、外符合精度均满足规范要求，成果质量可靠。表2内符合精度对比情况水深互差点数百分比IOcm72375.47%10cm20cm20221.09%20cm40cm30.31%958表3外符合精度对比情况水深互差点数百分比IOcm95069.60%l()cm20cm29621.68%20cm40cm70.51%1365六、经验总结多波束测深系统是多种精密设备集成后的产物，每个设备都对最终的数据质量有着至关重要的作用，因此在测量实施前的准备环节，要对各设备的运行状态须

11、作重点关注，正确量取各设备安装时的相对位置，以及安装校准值的计算。类似的海底基坑调查作业，要对调查区域有事前了解，这样可针对其区域特征选择满足调查需要的设备。在外业施测时的规划测线，尤其在陡坡（水深急剧变化处）附近需适当加密，以保证多波束外业的全覆盖扫测。建立的数字高程模型图，格网越小，细节显示越细致，但文件大小也成倍增长，因此最终的成果应根据实际需要选择合适的格网大小。七、结语通过本次水下基坑扫测，RESONSeabatT50-P多波束测深系统在整个测量实施过程中，系统各设备运行状况稳定，良好地完成了外业测量工作。由qimera多波束处理软件分析处理后建立的数字高程模型图及剖面图，清楚呈现了

12、水下基坑的具体形态（走向、长度、宽度、坡度等信息），直观地表现了周围地形的差异变化，且分辨率高，经分析软件统计，外业采集数据精度高，质量可靠，对其他类似的水下地形调查项目，可以起到很好的借鉴意义。附参考资料：丹麦RESON公司的便携式多波束测深系统SeaBatT50-P是一款比较适合小型船只应用的设备，更是一款多频率的声呐系统。安装便捷，作业方便，还有超高的数据质量，更高效的测量，更少的处理时间；可以用于声呐、传感器数据以及准确时钟同步的单点连接，也可以通过标准以太网连接到测绘使用的台式机或笔记本电脑上。高度便携的防水声呐处理器转为小船使用设计，可用于如大坝、河流、湖泊和港口等姿态影响有限的遮

13、蔽区域测量，获得高质量的测量数据。主要特征SeaBatT50-P在190至420kHz范围内具有完全的频率捷变能力，可在困难条件下改善测绘性能并缩短测量时间。SeaBatT50-P专为在小型船只上快速移动而设计。便携式声纳处理器和声纳头形成一个紧凑的系统，确保最小的接口和低空间要求。1、工作频率灵活变换2、可严酷的测量环境下提升扫宽表现，节省耗时成本3、前所未有的超高数据质量，可有效缩短调查操作和数据处理时间4、使用智能压缩算法的水柱数据采集功能，有效减少数据体积5、特别设计的便携式设备，更小的船也能用6、压缩水柱数据算法可有效地减小数据量，使水柱数据能真正得到应用7、简化了线缆连接，便于设备快速安装布置设备硬件单探头或双探头全频率、灵活度，包括在双探头模式下令人叹服的超大扫宽提供双探头安装支架预留表层声速计及姿态传感器安装位置设备参数SIABATTSOP*ttWJIMROCarMknVCMOHrI4食IXxjwijoowMeeceBtlPM)Krht4IWA，gMw10tmaI1rc-*1(B0wr23Mmm14MtWmMfflAYMVaxxaekMt*JMRWW久(CW)(nF|)M0hmw0tt0tvmm(FfeFIMOnMnMtMrMfeMlBB(CW)13S0bBl(MXWIoBaB三wMMr