影响多波束测量系统覆盖宽度的环境因素分析.pdfVIP

影响多波束测量系统覆盖宽度的环境因素分析 郭发滨，吴永亭，孙玉星，王景川 （国家海洋局第一海洋研究所，山东 青岛 266061 ） 摘要：多波束测深系统能够对所测水域进行全覆盖无遗漏的测量,能够全面的数字化的反映出测量海区的水下地形 全貌。由于受到多种测量环境因素的影响，在实际测量工作中，多波束的覆盖宽度与仪器技术指标有时差距很大，基 于多年的多波束测量资料和多种不同类型的覆盖图形，针对海底地形，海底地质，海况，水文等多种因素，对多波束 测量覆盖宽度产生影响的内在原因进行了分析。 关键词：多波束测深系统；全覆盖；海底地形；测量环境 1 引 言 多波束测深系统是当今海底地形勘测最先进的测量设备，它能够对所测水域进行全覆盖无遗漏的 测量，对所测区域的水体深度和水底地形都能够客观全面的数字化的反映出来，这是单波束水深测量 系统所无法比拟的。由于单波束水深测量系统只能测量换能器垂直正下方的水深，若在相邻两条侧线 之间有突出的障碍物或一些特殊的水底地形，单波束测量系统无法测量出来，这对航道上的船只航行 安全和重要的海洋工程都是很危险的。多波束水深测量系统与单波束水深测量系统相比最突出的优 点，是多波束测量的航迹是一条覆盖宽度数十米或数百米的条带[1]，而单波束的测量航迹只是一条航 线；单波束测深仪只发射和接受一个波束，而多波束测量系统可以发射和接受上百个波束；单波束测 深仪的声波发射角度约在 7°~30°范围[2]，而多波束测深系统的发射角是一个扇区，一般约在 150°左右 [3] 。全覆盖，高效率，高精度是多波束测深系统的突出特点。现在，许多重要的海洋工程，如海底光 缆，海洋石油管线路由调查，航道测量等都要求必须使用多波束测量系统来进行全覆盖水深地形测量。 在进行多波束水深测量时，首先要考虑的一个问题是根据测量水域的深度来设计两条侧线之间的间 距，引导测量船航行在设计测线上。从而保证做到既要全覆盖，又要高效率。多波束的覆盖宽度一般 是理论水深的 4~8 倍。然而在相同的水深条件下，由于水底地形，地质环境等多种因素的影响，多波 束的覆盖宽度有很大差异。本文将通过多年来 EM3000D 多波束的实测资料和多种覆盖图片，就其影 响多波束覆盖宽度的诸多因素作下述分析。 2 海底地形对多波束覆盖宽度的影响 2.1 平坦海底地形 平坦海底地形这里是指在较大水域范围内，海底地形起伏变化很小，所测水深数值变化很小，水 深数据很接近，这种海底地形多见于硬质泥底或沙底。在这种环境下多波束测深系统的覆盖宽度是最 理想的，这从多波束测量系统的理论分析和实践中都证明了这一点。为了说明海底地形对多波束覆盖 宽度的影响，我们将列举不同海底地形的多波束实测覆盖图来进行比较。图 1 是在一平坦海底，使用 EM3000D 多波束测量系统获得的海底平面全覆盖宽度图像。测量现场的水深 15m 左右，覆盖宽度约 100m，多波束的接收波束总个数在230 个左右（EM3000D 多波束的发射波束全部为 256 个）。多波 束水深测量系统覆盖宽度的大小，不仅与水深有关，而且要依赖于换能器所接收到的回波个数的多少， 反射回的波束越多覆盖宽度越大，反之越小。从水底地形的因素来分析，在平坦的水底地形环境下多 波束反射率最高，声波散射最少。水声波束反射的多少主要是由波束的发射角度和反射界面来决定的， 当声波的发射角度垂直于海底反射界面时，是声波反射最理想的情况，而当发射角度与反射界面偏离 垂直时，声波就会产生散射，从图 2 示意图可以看出多波束的中央波束不容易丢失，而边缘波束（如 [4] 右侧实线箭头所示）容易丢失的原因 。 收稿日期：2009-06-03 作者简介：郭发滨（1954），男，山东邹平人，高级工程师，主要从事单波束、多波束测绘研究。 691 图 1 平坦海底多波束实测覆盖图