張楚琦

摘要：隨著科學技術(shù)飛速發(fā)展，航道測量系統(tǒng)變得更加多樣化。多波束系統(tǒng)作為一種高新測量系統(tǒng)，具有良好的實際測量效果。本文將對多波束系統(tǒng)在航道測量中的應用展開分析。

關(guān)鍵詞：多波束系統(tǒng);航道測量;應用

引言：

航道圖關(guān)系著客船航行安全，航道測量作為制作航道圖的基本工作，其重要性不言而喻。隨著科技飛速發(fā)展，多波束測量系統(tǒng)應運而生。信息化的測量工具擁有精度高、分辨率高等優(yōu)點，因而在當前的航道測量工作中得到廣泛應用。

1.多波束系統(tǒng)組成及其工作原理

多波束探測系統(tǒng)實際上是一種聲吶探測系統(tǒng)，相較于單波束探測系統(tǒng)具有更高的測量效率。傳統(tǒng)的單波束探測系統(tǒng)采用單波束測量模式，一次只能得到一個點的測量數(shù)據(jù)。而多波束系統(tǒng)是單波束系統(tǒng)的集合，是一種對條帶所覆蓋區(qū)域進行多點探測的模式，多波束測深系統(tǒng)與單波束測深系統(tǒng)的探測點構(gòu)成探測線的模式相比較，效率有了成倍增長，可以直接由探測線構(gòu)成探測面。

多波束系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)組成，其一是多波束的發(fā)射和接收系統(tǒng)以及相關(guān)的換能器綜合信號控制處理系統(tǒng)。其二是用于多波束系統(tǒng)服務的輔助系統(tǒng)，包括用于為多波束系統(tǒng)提供測量定位的衛(wèi)星定位系統(tǒng)、用于測量產(chǎn)品運行狀態(tài)的測量系統(tǒng)以及聲速剖面儀等。其三是多波束聲波測量數(shù)據(jù)的解析處理軟件系統(tǒng)，其中包括信息分析處理軟件、信息數(shù)據(jù)對比和整理軟件以及信息儲存庫的。

多波束測量系統(tǒng)通過線狀聲波對航道底部的地形進行測量，將多線索構(gòu)成面，從而得到航道水下地形的三維圖片。其工作原理就是利用聲波發(fā)射器陣列于水下發(fā)射一定寬度的扇形覆蓋聲波，利用聲波遇到障礙物會進行反射的物理原理，對反射的聲波進行收集和分析。這些被反射的聲波在數(shù)據(jù)處理軟件的處理下被解析為成千上萬的單個測深點的深度值，以此繪制出水底的三維地形圖。

2.多波束系統(tǒng)在航道測量中的應用

通過分析多波束系統(tǒng)的工作原理可以得到以下結(jié)論：凡是聲波能夠到達的范圍，都是多波束探測系統(tǒng)的測量范圍，要繪制水底三維地形圖和船體航行狀態(tài)實際上沒有過多關(guān)聯(lián)。然而在實際測量過程中，船體航行狀態(tài)和航行安全會對測量精度及成本產(chǎn)生影響，因此在應用多個數(shù)系統(tǒng)進行航道測量時，要盡可能依據(jù)實際情況對測線布置進行合理規(guī)劃，既要保證測線能夠覆蓋整個航道，又要盡量保證測點分布均勻。因此多波束系統(tǒng)測線布置要盡量遵循技術(shù)科學合理、系統(tǒng)安全可靠和測量成本具有經(jīng)濟性兩個基本原則。

如果測線布置的疏密程度不符合測量標準，例如測線過于密集就會導致測量數(shù)據(jù)重復和資源浪費，而測線過于稀疏則會導致測量不全面和測量盲區(qū)等問題。要滿足多波束系統(tǒng)的作業(yè)展開需求和精準測量兩方面的需求，應當做到以下幾點：

（1）平行布設測線。在布置測線時，應當盡量使測線平行且符合航道底部的深線走向。平行部署測線的優(yōu)勢在于能夠擴大測線的測量范圍，達到更好的覆蓋效果。例如某河流航道是典型的U形橫截面，航道中間水深兩邊水淺，本身線幾乎和航道走向相同，因此在對該河流進行航道測量時，測線布置也應當和航道走向相符合。

（2）測量范圍有重疊。上文說到測線過于稀疏會導致測量結(jié)果存在盲區(qū)，測線過于緊密則會導致資源浪費。航道測量是有關(guān)航運安全的重要工作，存在盲區(qū)的危害，遠大于資源浪費，因此測線布置強調(diào)全面覆蓋，測量范圍可以相互重疊。多波束探測系統(tǒng)的測量模式是將測量點連成測量面，雖然能夠極大的提高探測效率，但是也會受到信號干擾。例如某些航道可能出現(xiàn)聲波散射而導致反射波無法被接收器有效接收的情況，有效反射波波較少，導致信號質(zhì)量受到嚴重干擾。這種情況下就要求相鄰測線擁有重疊的探測范圍，可以保證，當一處測線受到信號干擾時，另一處測線能夠?qū)⒃搮^(qū)域的信號清晰可靠地測量出來。

（3）主測線長度應稍大于測區(qū)范圍。多波束測量系統(tǒng)具有效率高、精度高的優(yōu)點，但為了達到更高的效率和更高的精度及系統(tǒng)也十分復雜，系統(tǒng)復雜也會導致受干擾因素多等缺點。多波束系統(tǒng)通常設置在船體上，而船體受到水運動影響很容易產(chǎn)生彎曲、搖晃、速度變化，影響多波數(shù)測量系統(tǒng)的測量效率和精度。因此在實際測量過程中，承載多波束測量系統(tǒng)的船體應當提前進行測線測量，同時需要提前對測量工作進行報備，為測量船體勻速直線航行提供空間。與此同時，在布設主測線時尤其要注意保證主測線的長度大于測量范圍，以此減少出現(xiàn)測量盲區(qū)的現(xiàn)象，保障測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。

（4）布置檢查測線。檢查測線的主要功能是檢驗其他測線的準確度和可靠性，通常垂直于測線分布。在布置檢查測線時要盡量選擇平坦的水域，布置數(shù)量要滿足檢查需求，且檢查測線的總長度要大于主測線總長度的5%。

（5）復雜區(qū)域加密測線。實際上測線的密度和測量精度有緊密聯(lián)系，密度越大精度越高。因此對于航道中較為復雜的區(qū)域應當將測線布置得更加密集，以增加可分析的測量數(shù)據(jù)，能夠有效提高測量的精度。例如在某些測深作業(yè)中，水底存在沉船、巖礁等障礙物，地形地勢比較復雜。在布置測線時，應當以沉船、巖礁等障礙物作為中心，按照井字形加密測線，保證多方位多角度獲取該區(qū)域的詳細數(shù)據(jù)。

總結(jié)

隨著我國社會發(fā)展，科技力量也在逐漸強大，信息技術(shù)的應用領(lǐng)域越來越廣泛。多波束系統(tǒng)在航道測量中的應用正是信息技術(shù)在測量領(lǐng)域的應用。航道圖關(guān)系著客船航行安全，航道測量作為制作航道圖的基本工作，多波束系統(tǒng)依靠精密的探測系統(tǒng)和先進的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，有效提高了航道測量的可靠性和精確度。多波束系統(tǒng)在航道測量中的應用，要尤其注意測線的布置。只有科學合理的測線布置，才能保證測量工作的精確性。相信在未來的發(fā)展前景中，多波束測量技術(shù)還將進一步創(chuàng)新，得到更好的應用效果。

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