江四義, 鄭兆勇, 溫玉波, 祁 峰

(國家海洋局南海分局, 廣東 廣州 510300)

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)回聲測(cè)深儀的器差訂正方法比較

江四義, 鄭兆勇, 溫玉波, 祁 峰

(國家海洋局南海分局, 廣東 廣州 510300)

在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用回聲測(cè)深儀測(cè)量海水深度的實(shí)踐中, 總結(jié)出了用于回聲測(cè)深儀的器差訂正方法中比測(cè)桿法、比測(cè)水陀法、溫鹽訂證法的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍, 指出比測(cè)桿法只適用于在海水5 m以淺區(qū)域測(cè)水深中作比測(cè), 比測(cè)水陀法不能保證比測(cè)的準(zhǔn)確性。進(jìn)而, 重點(diǎn)介紹了根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制作出的比測(cè)器的比測(cè)過程、步驟和方法, 該法通過調(diào)整回聲測(cè)深儀的聲速, 使之達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量出測(cè)區(qū)的水深,是一種既能達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量出測(cè)區(qū)水深又能減少工作量的方法。比測(cè)器法對(duì)于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)回聲測(cè)深儀的器差訂正具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

回聲測(cè)深儀器差訂正; 比測(cè)器法; 比測(cè)桿法; 比測(cè)水陀法; 溫鹽訂正法

回聲測(cè)深儀的器差訂正在水深測(cè)量工作中是一項(xiàng)極其重要的工作, 它是提高和保證水深測(cè)量質(zhì)量的一項(xiàng)措施。在不同水域 (海區(qū))進(jìn)行水深測(cè)量, 都要在作業(yè)開始之前和作業(yè)完畢之后收工之前進(jìn)行比測(cè)以便訂正器差[1-3]; 或者在同一個(gè)水域 (海區(qū)), 連續(xù)地使用回聲測(cè)深儀, 也要在不超過3 d之內(nèi), 就必須進(jìn)行一次比測(cè)來訂正器差, 這是因?yàn)榛芈暅y(cè)深儀的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精度還未能達(dá)到長時(shí)間使用而不產(chǎn)生偏差的緣故。回聲測(cè)深儀的器差訂正方法有多種, 作者對(duì)幾種訂正方法進(jìn)行了比較,并總結(jié)出它們的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍。作者根據(jù)多年的測(cè)量實(shí)踐, 制出了一種水深測(cè)量比測(cè)器, 本文將介紹比測(cè)器的比測(cè)過程、步驟和方法, 調(diào)整回聲測(cè)深儀的聲速, 達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量出測(cè)區(qū)實(shí)際的水深。比測(cè)器法對(duì)于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)回聲測(cè)深儀的器差訂正具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 水深測(cè)量作業(yè)開始之前和作業(yè)完畢之后收工之前比測(cè)的作用

大家知道, 回聲測(cè)深儀發(fā)出和返回的波都是通過水介質(zhì)進(jìn)行傳播的, 而不同地區(qū)的水體對(duì)波的傳播速度存在一定的差別。因此, 在水深測(cè)量工作中,要求在回聲測(cè)深儀器本身合格的前提下, 還要在水深測(cè)量作業(yè)開始之前和作業(yè)完畢之后收工之前進(jìn)行比測(cè)來訂正器差。作業(yè)開始之前的比測(cè), 實(shí)際上是調(diào)整激發(fā)控制裝置, 改變發(fā)射器發(fā)出的電脈沖頻率,使換能器轉(zhuǎn)換成的超聲頻振動(dòng)脈沖適合作業(yè)區(qū)水體傳播聲波的速度, 以便獲得該水區(qū) (海區(qū))準(zhǔn)確的水深深度。也就是說, 改變發(fā)射超聲波的速度, 達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量水深的效果。從實(shí)質(zhì)上來說, 就是消除由于不同地區(qū)水體的溫度、含鹽量(鹽度)等因素的不同所引起超聲波傳播速度不同的變化而帶來的水深測(cè)量誤差。作業(yè)完畢之后收工之前的比測(cè), 是檢查本次測(cè)量期間回聲測(cè)深儀工作狀態(tài)是否正常穩(wěn)定, 如果正常和穩(wěn)定, 其比側(cè)與作業(yè)開始之前比測(cè)的結(jié)果一致,本次水深測(cè)量作業(yè)所測(cè)得的水深資料不需要進(jìn)行器差訂正; 如果其比測(cè)與作業(yè)開始之前比測(cè)的結(jié)果不一致, 就必須進(jìn)行器差訂正。

2 幾種比測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

目前, 回聲測(cè)深儀測(cè)深作業(yè)開始之前和測(cè)深作業(yè)完畢之后收工之前的比測(cè)工作, 規(guī)范還沒有作出詳細(xì)和明確的規(guī)定。在水深測(cè)量工作中, 通常采用的比測(cè)方法是比測(cè)桿法和比測(cè)水陀法; 海軍航保部采用的方法是溫鹽訂證法, 即設(shè)定回聲測(cè)深儀的一個(gè)聲速在水深測(cè)量作業(yè)中始終不變, 然后通過溫鹽進(jìn)行改正。然而, 這些方法都各自存在不足之處。

比測(cè)桿法的不足之處是, 受測(cè)桿長度的限制,只能對(duì)5 m以淺作比測(cè), 深于5 m就很難進(jìn)行比測(cè),甚至無法進(jìn)行比測(cè); 其優(yōu)點(diǎn)是, 在水深較淺的水區(qū)(海區(qū))的水深測(cè)量中比比測(cè)水陀法準(zhǔn)確。

比測(cè)水陀法的不足之處是, 水底情況復(fù)雜, 看不到水陀放進(jìn)水中后的狀況, 無法準(zhǔn)確判斷水陀是否剛好處在海底的表面或者進(jìn)入泥土中的深度; 其優(yōu)點(diǎn)是可在水深較深的水區(qū)(海區(qū))的水深測(cè)量中采用[4]。

溫鹽訂正法, 不但需要有該水區(qū)(海區(qū))在水深測(cè)量期間的溫鹽分布資料, 還需要進(jìn)行大量的內(nèi)業(yè)整理校正工作, 否則, 無法獲得該區(qū)準(zhǔn)確的水深。

鑒于上述種種原因, 作者在多年的測(cè)量工作中,根據(jù)測(cè)深儀的測(cè)深原理, 制作出一種水深測(cè)量比測(cè)器[5]進(jìn)行比測(cè), 可以克服上述不足之處。

3 比測(cè)器的比測(cè)過程、步驟和方法

3.1 水深測(cè)量作業(yè)前后的比測(cè)

1)安裝好回聲測(cè)深儀和換能器。換能器的安裝,按規(guī)定要求垂直插入水中, 換能器插入水中的深度視其使用船只吃水的深度, 一般1 m左右為宜。必須注意: 換能器吃水深度太淺時(shí), 水深測(cè)量作業(yè)期間,船只左右搖擺會(huì)致使換能器露出水面測(cè)不到水深;然而, 換能器的吃水深度如果超過船只的吃水深度,稍不注意, 換能器就會(huì)碰到障礙物或者觸底, 造成損壞。因此, 為安全起見, 換能器的吃水深度一般不要超出測(cè)量船只吃水的深度。

2) 調(diào)試好回聲測(cè)深儀記錄的校零線、吃水深線和聲速校準(zhǔn)線。

3) 視其測(cè)區(qū)大體水深, 選擇2, 5, 10, 15, 25, …m的深度(見圖1中A, B, C, D, E所示)進(jìn)行比測(cè)。

4) 比測(cè)需要兩人進(jìn)行配合。一人將比測(cè)板放入水中, 準(zhǔn)確地用2, 5, 10, 15, 25, …m的深度分別攔截?fù)Q能器發(fā)出的聲波; 另一人調(diào)整回聲測(cè)深儀的聲速, 使其記錄器或者顯示面板所指示的深度與比測(cè)器所攔截的深度達(dá)到一致且穩(wěn)定。在聲速的調(diào)整過程中, 記錄紙上的校零線會(huì)產(chǎn)生移動(dòng), 需要一邊調(diào)整聲速, 一邊調(diào)整校零線, 常常需要反復(fù)進(jìn)行幾次才能完成。正常情況下, 一個(gè)深度的比測(cè)達(dá)到了要求后, 進(jìn)行相鄰兩個(gè)深度的比測(cè), 往往不再需要任何調(diào)整就能夠滿足要求。進(jìn)行相鄰深度的比測(cè)時(shí), 如果回聲測(cè)深儀指示的深度與比測(cè)器攔截的深度不一致,這時(shí)候就要注意, 看看是否受到溫鹽躍層的影響,查查回聲測(cè)深儀是否出了毛病, 如果判定是儀器有毛病, 那么一定要對(duì)回聲測(cè)深儀進(jìn)行維修, 使其正常工作后才可進(jìn)行水深測(cè)量作業(yè); 如果測(cè)量區(qū)存在溫鹽躍層, 必須記錄比測(cè)的結(jié)果, 選擇適合本區(qū)的聲速進(jìn)行工作。必要時(shí), 進(jìn)行溫鹽測(cè)定, 以便作溫鹽訂正。

5) 一定要做好回聲測(cè)深儀比測(cè)結(jié)果的記錄。最好最穩(wěn)妥的辦法是記在回聲測(cè)深儀的記錄紙上做水深比測(cè)的記錄段, 一般是在記錄紙已經(jīng)穩(wěn)定地記錄了該比測(cè)深度線長 2～3 cm時(shí)按下定標(biāo), 然后在定標(biāo)線的旁邊注明比測(cè)的時(shí)間(包括年、月、日、時(shí)、分)、比測(cè)的地點(diǎn)和比測(cè)器放下的深度, 最后簽上比測(cè)者的姓名(要求兩人以上簽名), 如圖2所示。圖2是某地水深測(cè)量作業(yè)前后2,5,10 m處的比測(cè)記錄實(shí)例。

圖1 比測(cè)器比測(cè)示意Fig.1 Sketch map for comparator

圖2 回聲測(cè)深儀比測(cè)記錄Fig. 2 Record of comparator

6) 要妥善保管好回聲測(cè)深儀的比測(cè)成果, 它是水深測(cè)量工程項(xiàng)目驗(yàn)收不可缺少的一項(xiàng)資料, 也是水深測(cè)量工程項(xiàng)目驗(yàn)收不可缺少的依據(jù)。一般來說,比測(cè)成果資料與水深測(cè)量資料一起收存保管。如果缺少回聲測(cè)深儀比測(cè)成果資料, 該水深測(cè)量作業(yè)成果資料不能得到驗(yàn)收。

注意: (1)水深測(cè)量作業(yè)前后須在同一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行回聲測(cè)深儀比測(cè)器比測(cè); 比測(cè)地點(diǎn)要選擇在工作區(qū)范圍內(nèi)水流平穩(wěn)、風(fēng)浪小、水深相對(duì)較深的地方,如測(cè)區(qū)的碼頭、港池等。(2)比測(cè)器的比測(cè)方法只適宜于淺水區(qū)。

3.2 水深測(cè)量作業(yè)完畢之后收工之前的比測(cè)

水深測(cè)量作業(yè)完畢, 要盡可能回到水深測(cè)量作業(yè)開始之前比測(cè)的地點(diǎn)進(jìn)行水深測(cè)量作業(yè)完畢后的比測(cè)。比測(cè)方法、步驟和過程與水深測(cè)量作業(yè)開始之前的比測(cè)相同。但是, 水深測(cè)量作業(yè)完畢后的比測(cè)不能對(duì)回聲測(cè)深儀的每項(xiàng)功能作任何調(diào)整。這是因?yàn)樗顪y(cè)量作業(yè)開始之前的比測(cè)是為了消除不同水區(qū)、不同季節(jié)水體中溫度和不同鹽度所引起的水深測(cè)量誤差; 而水深測(cè)量作業(yè)完畢后的比測(cè), 則是檢查回聲測(cè)深儀在本次作業(yè)的工作過程中是否正常和穩(wěn)定。因此, 只作比測(cè)實(shí)際情況的記錄, 其結(jié)果資料作為判定回聲測(cè)深儀的可靠性。

4 結(jié)論

在水深測(cè)量工作中, 采用比測(cè)器進(jìn)行比測(cè), 可通過各個(gè)層次水深的比測(cè), 了解測(cè)量區(qū)域水體的情況, 即是否存在溫度和鹽度躍層。更有實(shí)際用途的是: 通過比測(cè)器的比測(cè), 調(diào)整了回聲測(cè)深儀的聲速,使之達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量出該區(qū)的實(shí)際水深, 不必像以前那樣進(jìn)行溫度和鹽度的大量水深改正工作, 不但減輕了內(nèi)業(yè)的整理工作, 而且可以避免因工作繁雜而容易產(chǎn)生的差錯(cuò)。因此, 在水深測(cè)量工作中, 采用比測(cè)器進(jìn)行比測(cè), 既能達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量出該區(qū)的實(shí)際水深, 又能減少工作量。

[1]交通部水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院. 港口工程技術(shù)規(guī)范(1987):上卷[M]. 北京: 人民交通出版社, 1988: 204.

[2]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. GB 12327-1998, 海道測(cè)量規(guī)范[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

[3]徐耀林．回聲測(cè)聲儀的使用與維修[M]．北京: 人民交通出版社, 1986: 16-20.

[4]天津航道局, 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院, 天津海事局, 等. JTJ203-2001水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范[M]. 北京:人民交通出版社, 2002.

[5]江四義. 水深測(cè)量比測(cè)器: 中國, ZL 2008 20204755.3[P]. 2008-02-02.

Comparison of the error correction methods of echo sounder

JIANG Si-yi, ZHENG Zhao-yong, WEN Yu-bo, QI Feng
(South China Sea Branch, State Oceanic Administration, Guangzhou 510300, China)

Jun., 24, 2009

echo sounder error correction; detector comparative measurement; rod comparative measurement; water lump comparative measurement; thermohaline correction

Based on the on-site practice of measuring water depth with echo sounder, the relative merits and range of application of rod comparative measurement, water lump comparative measurement, and thermohaline correction in the error corrections of echo sounder were summarized. Rod comparative measurement is suitable for the depth of is less than 5 meters, and the accuracy is not reliable with water lump comparative measurement. The process and procedure of comparative measurement based on practical experience were discussed. This method measures the water depth by adjusting the sound velocity of echo sounder and reduces workload. Detector comparative measurement has practical significance in the error corrections of echo sounder for on-site use.

U666.75; TB52+8

A

1000-3096(2011)05-0001-03

2009-06-24;

2010-11-15

國家海洋局“908”專項(xiàng)(908-ZC-II-01)

江四義(1953-), 男, 廣東揭東人, 教授級(jí)高級(jí)工程師, 大學(xué),主要從事海洋環(huán)境調(diào)查、管理和研究, 電話: 13422335469, E-mail:jsy1234567898@163.com

劉珊珊)