黃偉亮

摘 要：多波束測深技術(shù)已經(jīng)成為水下地形測量工程中的一種非常重要的水深測量方法。由于多波束測深系統(tǒng)是一套多傳感器的綜合性測量系統(tǒng)，與單波束測深設(shè)備相比，其測深誤差具有一定的復(fù)雜性和隱蔽性。在多波束測量過程中，自然因素、儀器設(shè)備因素、人為操作因素等都會不同程度地影響測量精度。為獲取高精度的多波束測量成果，必須對整個多波束測量過程進行嚴(yán)密的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：多波束測深系統(tǒng) 西江 質(zhì)量控制

1.引言

近年來，隨著計算機以及衛(wèi)星定位測量的高速發(fā)展，多波束測深系統(tǒng)的應(yīng)用越來廣泛，特別是在發(fā)達(dá)的歐美國家，多波束測量已經(jīng)成為水下地形測量的常規(guī)手段。我國也陸續(xù)從國外引進大量多波束測深系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于江河、水庫、湖泊、海洋水下地形的測量。多波束測深系統(tǒng)在河道疏浚及港口、碼頭、橋梁工程的測量，并在抗洪搶險實時監(jiān)測及潰口、崩岸監(jiān)測，江岸堤防工程及險工險段水下監(jiān)測，水下管線、電纜布設(shè)監(jiān)測，水下工程檢測，沉船、水下物體打撈搜尋等方面有著良好的應(yīng)用，在國家經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，對我國測繪事業(yè)的發(fā)展也有著積極的影響。

結(jié)合本人工作經(jīng)驗，本文將對多波束測深系統(tǒng)在西江測量的質(zhì)量控制措施進行探討，總結(jié)多波束測深系統(tǒng)在西江測量的質(zhì)量控制經(jīng)驗。多波束測深系統(tǒng)在西江測量的質(zhì)量控制可以分為三個階段，第一階段為測量準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制；第二階段為外業(yè)測量實施過程質(zhì)量控制；第三階段為多波束數(shù)據(jù)后處理階段質(zhì)量控制。

2.測量準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制

在測量準(zhǔn)備階段，應(yīng)收集測區(qū)已有的水文資料，并根據(jù)測區(qū)實地查勘情況及任務(wù)的要求制定周密的測量計劃和多波束掃測質(zhì)量控制方案，并使其貫穿整個多波束測量過程。實施測量前的質(zhì)量控制必不可少。

多波束測深系統(tǒng)在西江測量的準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制的具體內(nèi)容主要包括：（1）測區(qū)查勘與資料收集；（2）多波束系統(tǒng)的安裝校準(zhǔn)；（3）測量船動吃水測定；（4）測線布設(shè)。

2.1測區(qū)查勘與資料收集

測區(qū)查勘與資料收集是進行多波束測量設(shè)計和水位觀測點布置的主要依據(jù)。多波束測量前應(yīng)充分收集測區(qū)已有成果資料，再開展實地查勘。

當(dāng)在新測區(qū)開展多波束測深任務(wù)時，應(yīng)在多波束掃測前布置一次較小比例尺的單波束測量，其成果作為多波束測深計劃線布置的依據(jù)。

根據(jù)測區(qū)查勘與收集到的資料，制定詳細(xì)的測量方案，并按照相關(guān)規(guī)范要求制定技術(shù)設(shè)計書。測量技術(shù)設(shè)計書應(yīng)詳細(xì)說明整個測量過程的計劃安排以及需要注意的事項。具體應(yīng)根據(jù)中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定》（CH/T 1001-2005）以及測量任務(wù)要求進行技術(shù)設(shè)計書的制定。

2.2多波束系統(tǒng)的安裝校準(zhǔn)

安裝校準(zhǔn)工作是多波束測深系統(tǒng)實際應(yīng)用中的一個主要難點，其校準(zhǔn)效果的好壞將直接關(guān)系到測量成果的質(zhì)量。

設(shè)備安裝參數(shù)包括換能器、運動傳感器、羅經(jīng)以及定位系統(tǒng)天線等設(shè)備的位置安裝參數(shù)。這些參數(shù)是直接測量獲得的。進行兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的平移，需要對多波束儀器進行安裝后，進行儀器安裝參數(shù)測量，包括GPS天線與姿態(tài)儀的相對位置、多波束換能器與姿態(tài)儀的相對位置、多波束換能器的吃水深度、GPS天線離水面的高度等，并將多波束系統(tǒng)所需要的各參數(shù)結(jié)果寫入采集參數(shù)文件。由于各個部件之間安裝固定在船舶之后，可能存在很多障礙物而導(dǎo)致不能之間丈量出各部件之間的相對位置，所以這個測量過程要求測量人員做到重復(fù)丈量，通過多次測量結(jié)果的比對，盡可能把兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的平移值誤差縮到最小，保證測量結(jié)果的精度。

進行兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)，就是在測深作業(yè)前，于測區(qū)合適區(qū)域布設(shè)測線進行多波束的校準(zhǔn)，計算出多波束系統(tǒng)的縱搖（Pitch）、橫搖（Roll）、艏搖（Yaw）等校正參數(shù)。校準(zhǔn)多波束旋轉(zhuǎn)參數(shù)時，要求測量時必須為RTK固定解。

2.3測量船動吃水測定

測量船的動吃水測定要求測量時船速在5～6節(jié)之間。為了真實、可靠、簡便的測定船體的下沉量，測量人員應(yīng)在測區(qū)附近選擇了一平坦海域，在平潮期間，測量船以準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)（1～2節(jié)）進行水深測量，再以工作船速（5～6節(jié)）沿同一軌跡重復(fù)測量。再分別處理不同船速下的測線文件，選擇坐標(biāo)相近的點位（半徑1m之內(nèi)）分別計算工作船速（5～6節(jié)）與準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)下同一點位的水深差值。

根據(jù)規(guī)范中要求，當(dāng)使用機動船測深時，測定的測深儀換能器動吃水改正數(shù)小于0.05m時可不改正，如果超過0.05m，則在數(shù)據(jù)處理時需做改正。

2.4測線布設(shè)

根據(jù)測區(qū)查勘和收集到的資料，了解到測量時段的一公里水位落差以及同位置一小時水位變化情況，再進行測線的合理布設(shè)。如果測區(qū)水位比降較大，或者測區(qū)的范圍過大，應(yīng)該適當(dāng)分段對測區(qū)進行多波束測深。主測深線布設(shè)方向應(yīng)按工程的需要選擇平行于等深線的走向、潮流的流向、航道軸線方向或測區(qū)的最長邊等其中之一布設(shè)，主測深線的間距應(yīng)不大于有效測深寬度的80%，在重要航行水域，測深線的間距應(yīng)不大于有效測深寬度的50%。

下面引入多波束測深系統(tǒng)在西江航道擴能升級工程（XJ7合同段）施工臨時航道掃床項目中的應(yīng)用，說明測量準(zhǔn)備階段如何進行測線布設(shè)。

對測量區(qū)域進行測量前期水位觀測，從下游往上游依次布設(shè)編號為1、2、3、4、5號水尺，每把水尺相隔大概二公里，從早上10時觀測至17時，每30分鐘記錄一次水尺讀數(shù)，每把水尺均按四等水準(zhǔn)觀測技術(shù)要求測量驗潮工作點的高程。根據(jù)各個水位觀測點的水準(zhǔn)引測結(jié)果，對記錄的水尺讀數(shù)換算成瞬時水面高程，得出下1、2、3、4、5號水尺的瞬時水面高（表1）。endprint

觀測記錄結(jié)束后，對觀測數(shù)據(jù)進行整理，發(fā)現(xiàn)測區(qū)下游當(dāng)天的最低水位為10：30記錄的3.92米，最高水位為16：00記錄的4.83米，測區(qū)上游當(dāng)天的最低水位為10：30記錄的4.28米，最高水位為16：00記錄的5.25米。上、下游水位的最小落差處出現(xiàn)在10：30，為0.36米。上、下游水位的最大落差處出現(xiàn)在16：00，為0.42米。經(jīng)過數(shù)據(jù)的對比總結(jié)，得知測量期間，測區(qū)的水位每公里大概在0.05米至0.07米之間。根據(jù)得出的水位觀測成果，應(yīng)該把計劃線主測線長度控制在500米為合適，這樣既能縮短每個測量文件的工作時間，也能夠減少水位落差變化對測深成果的影響。

3.外業(yè)測量實施過程質(zhì)量控制

多波速測深系統(tǒng)在西江測量的外業(yè)實施過程為：基站設(shè)置與控制點校對-水尺記錄點引測及水位觀測-進行多波束測量-完成多波束測深外業(yè)工作。

3.1基站設(shè)置與控制點校對

進行多波束測量之前，需要對控制點的平面、高程進行校核，確認(rèn)其精度符合平、高控制測量起算點精度要求，而且，測量所用儀器設(shè)備需經(jīng)過專門的檢測機構(gòu)定期進行校準(zhǔn)與檢定，儀器精度必須滿足測量要求。

GPS測量作業(yè)，應(yīng)滿足下列要求：1.設(shè)站前，應(yīng)對接收機進行預(yù)熱和靜止，同時檢查電池的容量是否充足，防止測量過程中因為基站電量不足而導(dǎo)致定位誤差過大；2.天線安置的對中誤差不應(yīng)該大于2mm，天線高的量取應(yīng)精確到1mm；3.移動站對控制點進行校對時，應(yīng)對移動接收機進行兩次初始化，并對兩次初始化后的測量數(shù)據(jù)進行對比，滿足相關(guān)規(guī)定要求，方可進行測量。

3.2水尺記錄點引測及水位觀測

水位觀測宜采用北京時間，測量期間每日早晚對時，其誤差應(yīng)不大于1分鐘，水位觀測值精確到1cm；水位讀數(shù)取波峰、波谷讀數(shù)的平均值并歸算至基尺零點上水位。測量時每三十分鐘觀測一次實時水位，觀測時間與測深系統(tǒng)的電腦時間核對相一致，誤差不超過1分鐘。水位觀測提前20分鐘開始，測后延遲20分鐘。將實時水位歸算至當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，并形成一個潮位文件以供水深數(shù)據(jù)后處理。

3.3進行多波束測量

進行多波束測量應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)備的操作規(guī)程。將測量船駛至施測范圍時，應(yīng)有兩名測量員實時不間斷觀測多波束掃測情況，如果河床底出現(xiàn)疑似淺點，則待測線掃測完畢后回到疑似淺點處重復(fù)掃測，做到全覆蓋測量。

4.多波束數(shù)據(jù)后處理階段質(zhì)量控制

多波束測深系統(tǒng)在西江測量的數(shù)據(jù)后處理階段質(zhì)量控制主要有三方面內(nèi)容：一、數(shù)據(jù)后處理過程的質(zhì)量控制；二、補測或重測；三、測繪成果檢查與分析。

4.1數(shù)據(jù)后處理過程的質(zhì)量控制

多波束后處理軟件都能夠?qū)Σ杉降亩嗖ㄊ鴾y深數(shù)據(jù)進行自動分析和分類及進行精細(xì)點編輯，但每種多波束的后處理軟件的操作流程都不盡相同。

不同的軟件其數(shù)據(jù)后處理流程不相同，數(shù)據(jù)后處理流程應(yīng)按所使用的后處理軟件所規(guī)定的流程操作。數(shù)據(jù)后處理都要保持一個總的原則，就是“去偽存真”。在數(shù)據(jù)編輯時，應(yīng)忠實于實時采集的數(shù)據(jù)、盡量減少人為主觀因素。

4.2補測或重測

當(dāng)多波束水深測量不能滿足下列技術(shù)要求時，均進行補測或重測：

1.相鄰主測線間的有效條帶重疊度小于任務(wù)要求時；

2.水上平面定位中誤差大于圖上1.0mm；

3.深度測量中誤差超限；水深不大于20m時，中誤差大于0.2m；水深大于20 m時，中誤差大于水深的1%；

4.重合點（圖上1mm以內(nèi)或不同時間不同系統(tǒng)）深度不符值限差超限：水深不大于20m時，水深較差大于0.4m；水深大于20m時，水深較差大于水深值的2%的點數(shù)超過總數(shù)的20%；

5.水測深點號與定位點號不符，且無法糾正；

6.水位、聲速資料不能滿足深度改正要求。

4.3測繪成果檢查與分析

根據(jù)《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》（GB/T 24356-2009）規(guī)定，測繪成果質(zhì)量通過二級檢查一級驗收方式進行控制，測繪成果應(yīng)依次通過測繪單位作業(yè)部門的過程檢查、測繪單位質(zhì)量管理部門的最終檢查和項目管理單位組織的驗收或委托具有資質(zhì)的質(zhì)量檢驗機構(gòu)進行質(zhì)量驗收。

在測繪工作完成后，應(yīng)組織質(zhì)量檢查小組對測量項目內(nèi)外業(yè)資料進行了全面的檢查。

5.結(jié)論

與傳統(tǒng)的單波束水深測量系統(tǒng)相比較，多波束測深系統(tǒng)的誤差具有復(fù)雜性和隱蔽性?；具x點不合理、潮位變化、測深探頭表面不干凈、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理、其他設(shè)備的聲波干擾、水底底質(zhì)對聲波的影響、人為操作不合理等等因素都會不同程度地給多波束系統(tǒng)的正常測量工作帶來一定的干擾與影響。

因此，在應(yīng)用多波束測深系統(tǒng)的各個階段，必須進行周密細(xì)致的布置、切實有效的質(zhì)量控制、科學(xué)正確的精度評估，才能有效地提高多波束測深成果質(zhì)量，充分發(fā)揮多波束測深系統(tǒng)的優(yōu)越性。

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