楊景鵬，陳　東

（中交廣州航道局有限公司勘察測(cè)量分公司，廣州　510220）

單波束三維水下地形測(cè)量聲速改正方法運(yùn)用分析

楊景鵬1，陳東2

（中交廣州航道局有限公司勘察測(cè)量分公司，廣州510220）

【摘要】隨著現(xiàn)代海洋測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量精度要求越來(lái)越高，在重視提高測(cè)量設(shè)備及定位精度的同時(shí)，人們更關(guān)注測(cè)量環(huán)境包括波浪、聲速等因素引起的誤差修正，本文以珠江口深水隧道基槽檢測(cè)為例，對(duì)單波束在三維水下地形測(cè)量過(guò)程中采用不同聲速改正方法獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析。

【關(guān)鍵詞】單波束；聲速改正；數(shù)據(jù)對(duì)比

1　引言

單波束三維水下地形測(cè)量作為新興的測(cè)量技術(shù)，不但可進(jìn)行平面位置的精確定位，而且可實(shí)時(shí)測(cè)量水面高程，在作業(yè)環(huán)境理想的情況下,獲得的水位高程精度較高，并能較好消除波浪、水位漲落等因素對(duì)水底高程的影響，提高測(cè)量工作效率及測(cè)量精度。

2　單波束測(cè)量

在單波束三維水下地形測(cè)量過(guò)程中，特別是在深水及水體復(fù)雜的條件下偶然誤差是影響精度的主要因素。珠江河口徑流強(qiáng)、潮汐弱，淡水與海水交融，在深水基槽檢測(cè)中，面臨聲速梯度變化大的特點(diǎn)，運(yùn)用Odom雙頻測(cè)深儀搭載Trimble R7 GPS進(jìn)行三維水下地形測(cè)量，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用不同的聲速改正方法，獲得的數(shù)據(jù)有一定差異。

3　聲速改正方法

聲波在海水中的傳播是一條空間曲線，其彎曲程度取決于聲波傳播路徑的聲速改變。聲速剖面反映了海水中聲速隨深度變化的規(guī)律，它受海水溫度的影響，與時(shí)間、大氣溫度、海流等因素關(guān)系密切。聲速改正是水深測(cè)量誤差的主要來(lái)源，聲速測(cè)量精度直接關(guān)系到測(cè)深精度，為準(zhǔn)確獲得聲速剖面數(shù)據(jù)，本次測(cè)試聲速剖面采集運(yùn)用HY1200型與AML兩套儀器進(jìn)行采集。HY1200獲得的表面聲速為1519.6m/s，AML獲得的為1520m/s，如圖1所示。

圖1　采集的聲音剖面圖

3.1單一聲速改正

在單波束測(cè)量過(guò)程中，常規(guī)方法為在測(cè)深儀中設(shè)置單一聲速值，內(nèi)業(yè)處理過(guò)程中不做聲速改正。單一聲速可以為某一深度聲速值或平均聲速值，本次采用表面聲速進(jìn)行施測(cè)。

3.2聲速剖面改正

在單波束外業(yè)測(cè)量過(guò)程中，在測(cè)深儀中設(shè)置表層聲速值，內(nèi)業(yè)處理過(guò)程中引入聲速剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。

3.3理論法修正

在單波束測(cè)深外業(yè)采集過(guò)程中，利用表面聲速對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理根據(jù)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》（JTJ131-2012）深度改正計(jì)算要求進(jìn)行深度改正：

式中?Hc-----深度改正值（m）；

H-------水深讀數(shù)（m）；

Co------水中標(biāo)準(zhǔn)聲速，其值為1500m/s。

4　測(cè)量數(shù)據(jù)分析

為提高單波束測(cè)量數(shù)據(jù)改正方法的可比性，在外業(yè)測(cè)量過(guò)程中，選取水深約10m、40m典型的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，內(nèi)業(yè)過(guò)程采用三種聲速方法進(jìn)行處理。

圖2　10m水深區(qū)域三種聲速改正方法數(shù)據(jù)比對(duì)圖

圖3　40m水深區(qū)域三種聲速改正方法數(shù)據(jù)比對(duì)圖

圖2中，單一聲速改正與聲速剖面改正結(jié)果相對(duì)吻合，而在圖3中單一聲速改正與聲速剖面改正結(jié)果差異逐漸增大。

參照相關(guān)規(guī)范及精度評(píng)定要求，引入多波束測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行外部校核，從系統(tǒng)間相對(duì)誤差≤0.5％標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三種方法獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，單一聲速改正法在深度10m內(nèi)系統(tǒng)間相對(duì)誤差≦0.5％的比重基本與聲速剖面改正法一致，但隨著測(cè)量深度加深其比重降低；聲速剖面改正法系統(tǒng)間相對(duì)誤差≤0.5％的比重在各種深度范圍都比較均衡且與多波束測(cè)量法數(shù)據(jù)符合程度最為理想；而理論法修正系統(tǒng)間相對(duì)誤差≤0.5％的比重隨深度增加也有變大的趨勢(shì)，但在聲速剖面突變的區(qū)間，整體數(shù)據(jù)與多波束測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)符合程度較差。

5　小結(jié)

在聲速梯度變化較大海域，開展單波束三維水下地形測(cè)量，宜選擇合適聲速改正方法。單一聲速改正適用于10m左右深度的水下地形測(cè)量，隨深度加深其測(cè)量精度逐漸降低；深度超10m，建議采集聲速剖面，通過(guò)獲取的聲速剖面對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，該方法能有效地減小聲速梯度變化帶來(lái)的測(cè)深誤差，成果數(shù)據(jù)可靠，整體精度較高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張彥昌；隋海??；韓德忠.多波束聲速改正模擬及其誤差分析.水道港口，2009-01；

[2]JTJ131-2012，水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范.