多波束系统在航道测量中的应用分析

张楚琦

摘要：随着科学技术飞速发展，航道测量系统变得更加多样化。多波束系统作为一种高新测量系统，具有良好的实际测量效果。本文将对多波束系统在航道测量中的应用展开分析。

关键词：多波束系统;航道测量;应用

引言：

航道图关系着客船航行安全，航道测量作为制作航道图的基本工作，其重要性不言而喻。随着科技飞速发展，多波束测量系统应运而生。信息化的测量工具拥有精度高、分辨率高等优点，因而在当前的航道测量工作中得到广泛应用。

1.多波束系统组成及其工作原理

多波束探测系统实际上是一种声呐探测系统，相较于单波束探测系统具有更高的测量效率。传统的单波束探测系统采用单波束测量模式，一次只能得到一个点的测量数据。而多波束系统是单波束系统的集合，是一种对条带所覆盖区域进行多点探测的模式，多波束测深系统与单波束测深系统的探测点构成探测线的模式相比较，效率有了成倍增长，可以直接由探测线构成探测面。

多波束系统主要由三个子系统组成，其一是多波束的发射和接收系统以及相关的换能器综合信号控制处理系统。其二是用于多波束系统服务的辅助系统，包括用于为多波束系统提供测量定位的卫星定位系统、用于测量产品运行状态的测量系统以及声速剖面仪等。其三是多波束声波测量数据的解析处理软件系统，其中包括信息分析处理软件、信息数据对比和整理软件以及信息储存库的。

多波束测量系统通过线状声波对航道底部的地形进行测量，将多线索构成面，从而得到航道水下地形的三维图片。其工作原理就是利用声波发射器阵列于水下发射一定宽度的扇形覆盖声波，利用声波遇到障碍物会进行反射的物理原理，对反射的声波进行收集和分析。这些被反射的声波在数据处理软件的处理下被解析为成千上万的单个测深点的深度值，以此绘制出水底的三维地形图。

2.多波束系统在航道测量中的应用

通过分析多波束系统的工作原理可以得到以下结论：凡是声波能够到达的范围，都是多波束探测系统的测量范围，要绘制水底三维地形图和船体航行状态实际上没有过多关联。然而在实际测量过程中，船体航行状态和航行安全会对测量精度及成本产生影响，因此在应用多个数系统进行航道测量时，要尽可能依据实际情况对测线布置进行合理规划，既要保证测线能够覆盖整个航道，又要尽量保证测点分布均匀。因此多波束系统测线布置要尽量遵循技术科学合理、系统安全可靠和测量成本具有经济性两个基本原则。

如果测线布置的疏密程度不符合测量标准，例如测线过于密集就会导致测量数据重复和资源浪费，而测线过于稀疏则会导致测量不全面和测量盲区等问题。要满足多波束系统的作业展开需求和精准测量两方面的需求，应当做到以下几点：

（1）平行布设测线。在布置测线时，应当尽量使测线平行且符合航道底部的深线走向。平行部署测线的优势在于能够扩大测线的测量范围，达到更好的覆盖效果。例如某河流航道是典型的U形横截面，航道中间水深两边水浅，本身线几乎和航道走向相同，因此在对该河流进行航道测量时，测线布置也应当和航道走向相符合。

（2）测量范围有重叠。上文说到测线过于稀疏会导致测量结果存在盲区，测线过于紧密则会导致资源浪费。航道测量是有关航运安全的重要工作，存在盲区的危害，远大于资源浪费，因此测线布置强调全面覆盖，测量范围可以相互重叠。多波束探测系统的测量模式是将测量点连成测量面，虽然能够极大的提高探测效率，但是也会受到信号干扰。例如某些航道可能出现声波散射而导致反射波无法被接收器有效接收的情况，有效反射波波较少，导致信号质量受到严重干扰。这种情况下就要求相邻测线拥有重叠的探测范围，可以保证，当一处测线受到信号干扰时，另一处测线能够将该区域的信号清晰可靠地测量出来。

（3）主测线长度应稍大于测区范围。多波束测量系统具有效率高、精度高的优点，但为了达到更高的效率和更高的精度及系统也十分复杂，系统复杂也会导致受干扰因素多等缺点。多波束系统通常设置在船体上，而船体受到水运动影响很容易产生弯曲、摇晃、速度变化，影响多波数测量系统的测量效率和精度。因此在实际测量过程中，承载多波束测量系统的船体应当提前进行测线测量，同时需要提前对测量工作进行报备，为测量船体匀速直线航行提供空间。与此同时，在布设主测线时尤其要注意保证主测线的长度大于测量范围，以此减少出现测量盲区的现象，保障测量系统的稳定性和精确性。

（4）布置检查测线。检查测线的主要功能是检验其他测线的准确度和可靠性，通常垂直于测线分布。在布置检查测线时要尽量选择平坦的水域，布置数量要满足检查需求，且检查测线的总长度要大于主测线总长度的5%。

（5）复杂区域加密测线。实际上测线的密度和测量精度有紧密联系，密度越大精度越高。因此对于航道中较为复杂的区域应当将测线布置得更加密集，以增加可分析的测量数据，能够有效提高测量的精度。例如在某些测深作业中，水底存在沉船、岩礁等障碍物，地形地势比较复杂。在布置测线时，应当以沉船、岩礁等障碍物作为中心，按照井字形加密测线，保证多方位多角度获取该区域的详细数据。

总结

随着我国社会发展，科技力量也在逐渐强大，信息技术的应用领域越来越广泛。多波束系统在航道測量中的应用正是信息技术在测量领域的应用。航道图关系着客船航行安全，航道测量作为制作航道图的基本工作，多波束系统依靠精密的探测系统和先进的数据分析系统，有效提高了航道测量的可靠性和精确度。多波束系统在航道测量中的应用，要尤其注意测线的布置。只有科学合理的测线布置，才能保证测量工作的精确性。相信在未来的发展前景中，多波束测量技术还将进一步创新，得到更好的应用效果。

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