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长基线声学定位技术在水下软体排检测中的应用

黄龙

【摘要】本文简要介绍了长基线声学定位测量技术在水下软排体检测中的工作原

理和检测工艺,并结合长兴潜堤后方滩涂圈围工程,对长基线声学定位技术在水下软

体排施工定位控制和质量检测中的应用进行了论述.研究表明,长基线声学定位测量

技术能够实现较精确的非实时水下定位,是水下排体施工定位控制和质量检测的新

工艺、新方法.

【期刊名称】《水利建设与管理》

【年(卷),期】2016(036)004

【总页数】5页(P46-49,31)

【关键词】长基线;声学定位;软体排;水下检测

【作者】黄龙

【作者单位】上海市水务建设工程安全质量监督中心站,上海200232

【正文语种】中文

【中图分类】TV36

软体排因其良好的技术性能和经济效益，近年来被广泛应用于围海造地、航道整治

与维护、筑堤等，排体铺设的质量将直接关系到主体工程的安全和使用寿命。随着

工程技术的发展，软体排的铺设水平不断提高，但由于铺设后的排体处于水下，具

有隐蔽性，如何对排体的铺设效果进行判断和检测也就成了水下排体工程质量控制

的难点。排体铺设的最终位置和相邻排体的搭接宽度是后续施工及运营管理期的关

键数据，如何获得可追溯、可量化的客观数据，对水下排体工程的检测提出了新的

要求。

在水下排体工程检测中，目前比较常用的方法是浮标法、水下探摸法和水下摄影法

［1］。这些方法不仅工作效率较低，受人为因素和外界环境影响比较大，准确度

较差，而且很难实施对大批量排体的检测。因此，开发利用先进的水下工程检测技

术，形成方便有效的检测方法，对于有效提高检测能力、改进水下排体施工质量、

保证整体工程的效益具有重要的意义。

本文以长兴潜堤后方滩涂圈围工程为例，对长基线声学定位系统在水下软体排施工

检测中的应用进行了研究和探索，对工程建设质量实施有效控制，取得了良好的效

果，而且为软体排水下施工检测提供了新的技术手段。

根据定位系统基线的长度和工作原理的区别，可将目前主要的水下声学定位系统分

为三类：长基线、短基线和超短基线［2］。

长基线定位系统的基线长度一般为上百米到几千米，主要由以一定形状组成的海底

定位基线阵和安装在船只上的收发器组成，通过测量目标与基阵之间的距离来确定

目标的坐标，工作方式有声学应答式、电触发式两种。长基线定位系统不受水深影

响，具有非常高的定位精度，而且对于大面积的调查区域，可以得到非常高的相对

定位精度，但系统比较复杂，操作相对繁琐［2-6］。

短基线定位系统的基线长度一般为几米到几十米，主要由三只以上基元构成的基线

阵和被定位应答器组成，通过各基元测得的多个斜距值交汇得到目标的坐标。系统

复杂程度较低，易于使用，但定位精度比长基线要低，而且整个系统需要做大量的

校准工作［2-6］。

超短基线定位系统的基线长度一般小于1m，其工作原理和短基线类似，只不过所

有的基元都集中安装在一个接收器内，系统尺寸更小、使用灵活，但同样需要进行

大量的系统校准工作，定位精度要低于短基线，而且在很大程度上依赖于DGPS、

VRU等外围设备［2-6］。

随着水下声学定位技术的发展，水下声学定位系统的定位精度不断提高，在水下工

程施工检测中逐步得到了应用［1，7］。但对于水下排体的施工质量控制，大多

数单位仍然采用传统方法进行检测，缺乏水下声学定位的实际应用经验。

水下软体排检测主要集中在检测排体是否出现堆积、相邻软体排的结合部分是否满

足搭接要求、是否出现脱接现象这三个方面。利用长基线水下声学定位系统，通过

获取每张排体的绝对位置坐标，模拟水下排体的形态，进而量测排体的搭接宽度，

实现检测目标。

2.1长基线定位原理

为实现高精度的定位指标，测量水下排体固定之后的位置坐标时采用非实时的水下

长基线声学定位技术。利用长基线接收声头在每个固定点测量与应答器的斜距信息，

至少获取4个固定点与应答器之间的斜距，如图1所示。

利用多个固定点的斜距信息以及固定点GPS的坐标信息，采用长基线定位的球面

交汇算法结合最小二乘法，可以解算出应答器的坐标位置，解算方法如图2所示。

2.2排体水下定位及数据采集方法

水面定位采用GPS-RTK技术，利用ZHD-H32双频GPS在控制点CQ2处设置基

准站，测量船上采用ZHD-H32双频GPS作为流动站，接收岸基电台的差分信号，

实现厘米级精确定位。

在排体的沉放过程中，将研制的小型水下信标安装在排体边界上的预定位置，