多波束测深系统在水下沉船特征分析中的应用.docVIP

多波束测深系统在水下沉船特征分析中的应用 田天文 别向华 徐耀红 瞿帆 长江武汉航道处 X 关注成功！ 加关注后您将方便地在 我的关注中得到本文献的被引频次变化的通知！ 新浪微博 腾讯微博 人人网 开心网 豆瓣网 网易微博 摘????要： 水下沉船受各种外界因素的影响, 其水下特征也各不相同, 近年来, 多波束测深系统在航道扫测中应用越来越广泛, 该系统可以3D图片形式直观的反应出水下沉船的姿态, 能快速并准确的找到水下障碍物的具体位置。本文具体描述了沉船特征, 并通过多波束测深系统扫测实例分析讲解, 实例概括了几种典型水下沉船的特征, 期望为今后的沉船搜寻和确认提供参考。 关键词： 多波束; 扫测; SeaBat7125; 沉船水下特征; 沉船水下地貌; 作者简介：田天文 (1991-) , 男, 助理工程师, 主要从事航道测量、工程测量等方面的工作。 收稿日期：2017-06-11 Received： 2017-06-11 1 引言 近年来, 随着水上经济的发展, 水难事故频繁发生, 据统计, 2012—2016年在武汉辖区内发生水上交通事故13起, 其中4起事故导致沉船。沉船多发生在航运要道上, 打捞费用高昂, 同时部分沉船未能及时打捞, 可能产生碍航问题。 一般来说, 测绘部门需确认沉船的特征, 包含其位置、最高点、沉船的水下形态等, 将其告知相关部门, 以便后续设标、打捞等处置设施的开展。而一些未能及时打捞或历史沉船也需不断更新数据, 保障船舶航行安全。以往沉船的特征特别是最高点的高程难以确认, 但如今多波束测深系统则可准确地获取碍航物的高程和平面形态。 2 沉船特征 沉船的主要特征包括:1) 水面特征;2) 水下几何特征;3) 沉船的水下冲刷特征。沉船作为水底外来物体, 由于船型、江底座落位置、沉没时间、沉没地点、水下环境等不同, 造成水下沉船的特征也各不相同。沉船特征中最重要的信息是沉船位置和最高点高程及沉船在河床的平面形态。 2.1 水面特征和沉船漂移 对于新近沉船来说, 沉船的水面特征比较明显, 比如沉船的油污带、漂浮物、缆绳、露出水面的桅杆等。测绘部门组织人员进行扫测时, 依靠油污判断沉船的大致位置。这是由于水流、风力等作用, 沉船会出现一定的漂移也是进行沉船搜寻需要特别注意的。同时, 沉船附近会出现紊流, 水面出现“翻花水”的现象。而历史沉船的位置搜寻更为复杂, 在泥沙、水流作用下, 沉船甚至会被淹埋, 即使有多波束测深系统的辅助也难以确定其位置。 2.2 沉船的几何特征 沉船的几何特征是判断沉船的主要依据之一, 特别是形态和最高点高程非常重要, 同时也是航道维护部门最为关注的一个方面。 2.2.1 沉船的形态 船舶在沉没过程中, 在风、流等的共同作用下, 在水底主要呈现四种基本形态: (1) 坐落 船底在下, 类似于航行中的船舶。 (2) 侧躺 船的侧舷与水底接触, 龙骨、船台分布在船体两侧。 (3) 倒扣 船台在下, 龙骨在上。 (4) 直立 船艏或船艉在下, 相应的, 船艉或船艏在上;此形态比较少见, 主要发生在解体沉船或水下具有暗礁、陡坡等变化比较剧烈的地形中。 (5) 其它形态 兼于四种形态之间, 由两种或三种形态组合成的新形态。 2.2.2 沉船的主要参数 沉船的参数包括沉船的长、宽、高以及构造等信息, 也包括了沉船的位置和高程等信息, 沉船的长、宽、高以及构造等信息有助于判断沉船的来源, 新近沉船的这些信息可部分由多波束测深系统获得。而沉船最主要的参数即是最高点高程及位置信息, 多波束测深系统由于高密度的数据采集, 可准确获得。 2.3 沉船的水下冲刷特征 水下环境是一个动态的环境, 在多年缓慢的自然演化过程中达到了动态平衡。沉船作为水底的一个外来物体, 必不可免的要破坏水下的动态平衡, 在水流、生物等的共同作用下向新的平衡发展。其中水流的冲刷作用是最主要的演化力量。 3 利用多波束测深系统扫测沉船 对于如今的沉船测量技术来说, 非接触式测量方式有三种:一种为旁侧声纳测量, 第二种为磁力仪测量, 第三种为多波束测量。具体说来, 旁侧声纳仅能获取沉船非精确的水下影像, 磁力仪仅能依据磁力变化判断沉船的大概位置, 而多波束测深系统可以准确的获得沉船的几何特征, 精确艏向, 高出江底高度, 最浅点深度等相关信息, 所以多波束测深系统是最佳选择。同时, 多波束测深系统可以实时获取沉船的三维信息, 可直观展示沉船的特征。 3.1 系统组成与工作原理 3.1.1 工作原理 多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向水底发射宽扇区覆盖的声波, 利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收, 由声波在水中的传播时间与声速的乘积即可计算出水深。在此过程中, 通过发射、接收扇区指向的正交