浅析侧扫声呐与多波束测深系统在珠海青洲快船航道“粤江城渔运85109”沉船应急扫测中的应用

◎ 赖培伟 张莉莉 广州海事测绘中心



浅析侧扫声呐与多波束测深系统在珠海青洲快船航道“粤江城渔运85109”沉船应急扫测中的应用

◎ 赖培伟 张莉莉 广州海事测绘中心

摘 要：广州海事测绘中心利用SIS-1624型侧扫声呐和Reson Sea Bat 7125多波束测深系统对沉船失事海域进行了扫海测量。本文介绍了这两种设备在对沉船应急扫测中发挥的重要作用和取得的一些经验。

关键词：扫海测量 侧扫声呐 多波束 沉船 应急扫测

1.概述

2015年10月14日14：00时，广州海事测绘中心接广东海事局应急任务通知书：10月11日15：00时左右，木质渔船“粤江城渔运85109”轮在概位22-11.576N，113-45.04E处沉没，据现场搜寻人员反馈，沉船处于漂移状态；至14日12：00时，珠海渔政船仍未搜寻到沉船，经协调南海预报中心对沉船漂移路径进行推算，需对沉船进行扫测（漂移路径推算以供参考），以确保珠海至香港高速客船通航安全。

经与广东海事局值班室和珠海海事局值班室沟通协调，对沉船预测漂移路径所经青洲快船分隔航道以下四点连线范围内水域进行扫测：

A∶22-11.81N，113-42.37E

B∶22-12.80N，113-45.94E

C∶22-10.92N，113-45.94E

D∶22-10.72N，113-42.55E

扫测范围内平均水深在6m左右，过往船只特别是快船较多，给扫海测量带来不小的难度。在本次沉船应急扫海测量中，我们主要采用了以下设备：

（1）侧扫声呐为美国Benthos公司设计生产的SIS-1624型，采用先进的Chirp技术进行长距离扫描和短距离分辨率的CW脉冲两种技术的侧扫声呐系统。该设备保证用户可以在不同距离都能获得高分辨率的侧扫图像。而且系统拖鱼内置了姿态传感器，以很好的补偿由于拖鱼的姿态造成的数据质量下降问题。

主要技术指标：

侧扫声呐

扫描范围： 每个通道25至500米

频率范围：

Chirp频率：110-130Khz，370-390Khz

CW频率： 123 Khz和382Khz

标配传感器

颠簸和摇摆： 范围：± 20度

精度：± 0.2度

分辨率：0.1度

航向： 范围：0至360度

分辨率：0.1度

（2）Reson Sea Bat 7125型多波束测深系统为丹麦Reson公司最新应用于500米以内的浅水型双频高分辨率多波束测深系统。该系统换能器采用T型设计，安装方便简单，既能永久船底安装，也能临时性的侧舷便携式固定安装，或ROV和AUV集成固定安装。

工作深度：0-500m

频率：200kHz or 400kHz

发射波束宽：1°（±0.2°）a t 400kHz，2.2°（±0.5°） at 200kHz

接收波束宽：0.54°（±0.03°） at 400kHz，1.1°（±0.05°） at 200kHz

最大ping率：50Hz（±1Hz）

脉长：33μsec到300μsec

波数：可同时发射512道波束

最大发射开角：165°

水深分辨率：6mm

（3）Trimble DGPS定位系统。定位设备选用美国Trimble公司生产的SPS351型信标机，其标称定位精度≤±1.0米。

技术参数：

常规：12通道，并行跟踪，载波相位平滑L1C/A码

更新率：1，2，5，10Hz

差分速度精度：5.6cm/s（0.16km/h）

差分位置精度：＜1m（RMS水平）NMEA信息：ALM，GGA，GLL，GSA，VTG，ZDA，RMC，MSS。

2.扫海测量过程

2.1侧扫声呐和多波束测深系统的特点

多波束测深系统与侧扫声呐都是实现海底全覆盖扫测的水声设备，都能够获得几倍于水深的覆盖范围。它们具有相似的工作原理，以一定的角度倾斜向海底发射声波脉冲，接收海底反向散射回波，从海底反向散射回波中提取所需要的海底几何信息。由于接收波束形式的不同以及对所接收回波信号处理方式的不同，多波束测深仪通过接收波束形成技术能够实现空间精确定向，利用回波信号的某些特征参量进行回波时延检测以确定回波往返时间，从而确定斜距以获取精确的水深数据，绘制出海底地形图。侧扫声呐只是实现了波束空间的粗略定向，依照回波信号在海底反向散射时间的自然顺序检测并记录回波信号的幅度能量，仅仅显示海底目标的相对回波强度信息，获得海底地貌声像图。

图1　侧扫声呐沉船图像

2.2侧扫声呐扫海

使用侧扫声呐对失事沉船事故水域进行全覆盖扫测，声呐采用尾拖方式，拖缆长度10米。沿着东西走向布设测线，测线间隔180米，声呐量程（单侧）100米，保证声呐声波在两条测线之间区域100%重叠，保障不遗漏目标。探测时声呐高低频同时发射的模式，保证获取最佳图像效果。发现可疑物体时变换测线方向，使声呐从不同方向探测目标，最终获取目标物体不同方向的影像。

经过侧扫声呐系统对预定范围水域进行全覆盖式扫测，经过详细的影像分析判断，发现一艘可疑沉船目标 如图1侧扫声呐沉船图像所示。可疑沉船坐标：B∶22°11′55.1149″N L∶113°43′27.2649″E。

2.3多波束扫海

根据侧扫声呐扫海的结果，使用多波束对可疑沉船目标进行了两个方向扫测，测线间隔为15米。多波束数据采集采用Qinsy 8.0系统，数据处理采用Caris软件的HIPS模块进行，在线模式下主要是对数据采集软件采集来的各传感器数据（XTF格式）进行处理，对水深数据设定各项合理的过滤参数删除大部分的假信号，处理的顺序是：①对船姿数据与水深数据、导航数据进行检查，删除质量不好的数据。②对水深数据进行声速改正。③对数据进行潮位改正。④对数据进行合并，产生位置及深度。在块模式下是对线模式里的数据合并后产生的水深及位置进行精过滤，对两条相邻测线重覆盖的地方的多余观测数据进行筛选，删除，以保留高精度的水深数据。输出数据生成水深图（如图2所示），在 CARIS 3D 模块中按输出的水深数据插值建立 DTM，生成三维立体图（如图3所示）。

图2　多波束水深图

图3　多波束三维立体图

由水深成图可以判断出，该沉船目标比海底高出约1m，沉船目标的最浅水深为4.9m，精准坐标为 22°11′55. 3477"N ，113°43′27.0331"E。

3.扫海测量的结果与分析

（1）以侧扫声呐结合多波束测深系统同时进行扫测可大幅提高搜寻能力和数据可靠性。首先用侧扫声呐进行大面积的搜寻，发现可疑沉船目标概位后，然后利用多波束进行多个方向的加密测量，确定沉船的精准的坐标和最浅水深。

（2）利用侧扫声呐和多波束测深系统在海底目标探测中的特点，合理安排扫测顺序即能发挥各自优点，又弥补了各自的缺陷。侧扫声呐分辨率相对较高，能够识别出相对较小的海底目标，能够更加详细地反映出海底真实的地形地貌，能够更加清晰地分辨出海底目标的轮廓或形状，侧扫声呐换能器的水平开角相对较大，扫测范围更加宽，能够更快速搜寻海底特殊地物，尤其是在水深较浅海域应急扫测中优势更加明显；而多波束测深系统不能直观地分辨出深度变化不明显的海底目标轮廓，但可以更加准确地反映深度变化较大海底目标的最浅点和精准位置，可以通过建立 DTM/DEM更加形象反映目标的状态。多波束的扫宽能力与水深有关，如本次扫海测量中 Reson Sea Bat 7125有效覆盖宽度仅约 3.5 倍水深（测线间隔15米），搜寻能力明显弱于侧扫声呐（测线间隔180米）。因此，在大面积的扫海测量中多种设备的综合应用具有很强的互补性，可以大大提高应急扫测的效率和质量。

（3）随着现代科技的发展，多种扫海设备在失事沉船、集装箱搜寻和沉船打捞中的综合应用将是大趋势，将逐渐取代了过去单一的探测手段。

（4）海事沉船应急扫测工作时间紧，任务急，要求高，需要我们科学应用多种扫海设备，发挥各种设备的优势，提高扫测效率，为海事部门决策提供准确可靠的数据资料，为海上交通安全提供有力的保障。

参考文献：

［1］董庆亮，欧阳永忠，陈岳英，韩文华，曹建波.侧扫声纳和多波束测深系统组合探测海底目标.海洋测绘. 2009年9月第29卷第5期：51-53.

［2］王久，周健.侧扫声纳和多波束系统在失事沉船扫测中的综合应用.中国水运.2010年8月第10卷第8期：35-37.