多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨.docx

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 GPS ＲTK 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，为今后的相关工作提供 参考。关键词: 多波束测深;GPS ＲTK;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 GPS ＲTK 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 GPS ＲTK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: 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