趙陽

摘 要：隨著海洋經濟的迅速發(fā)展，海域使用開發(fā)活動日益頻繁。該文以平臺就位為例，在平臺就位前，對該平臺周圍進行了地貌及海底障礙物狀況調查，并為潛水探摸提供障礙物定位。采用GPS定位系統(tǒng)、單波束系統(tǒng)和側掃聲納系統(tǒng)組合進行掃海測量，以提高聲圖中海底平臺附近的障礙物定位精度。

關鍵詞：聲納系統(tǒng) 海底 障礙物 探測

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0079-02

現(xiàn)有的沉船探測步驟為：（1）走訪沉船海區(qū)所屬轄區(qū)的海事部門收集資料，按照年代和區(qū)域進行分類；（2）以給定的概位為中心劃出2 km×2 km的區(qū)域先用側掃聲納進行掃測；（3）若側掃聲納探測到目標，根據聲圖像量出沉船的位置、大小和高度，再用多波束在側掃聲納探明的目標周圍測量水深，測出最淺點水深并繪制一定比例尺的水深圖，水深測量期間設置臨時驗潮站用于水位改正；（4）綜合分析多波束水深數(shù)據和側掃聲圖像，并用多波束最淺點修正沉船位置坐標；（5）若側掃聲納掃測未發(fā)現(xiàn)沉船目標，則擴大掃測范圍至4 km×4 km，發(fā)現(xiàn)目標后用多波束進行水深測量，若仍然沒有發(fā)現(xiàn)，可用磁力儀進行探測，磁力數(shù)據有異常，說明沉船已淤于泥下。若磁力數(shù)據無異常，說明沉船未在給定區(qū)域或已清除。相對來說，對于疑存雷區(qū)和未爆炸彈探測手段很少，現(xiàn)在最有效的手段是磁法探測，用磁力儀定深探明水雷和未爆物的位置，但磁法探測要求高、效率低、探測區(qū)域大，只能逐年分塊進行探測。

1 儀器工作原理和技術要求

1.1 側掃聲納工作原理

側掃聲納利用換能器向船航行方向兩側發(fā)射具有一定指向性的高頻聲波束，聲波束照射到左右兩側一定寬度范圍內的海底表面，聲波觸及海底表面上的地物產生返向的散射聲波，從聲圖像中檢出海底表面上的地物性質、大小、高度。側掃聲納拖曳式測量拖魚遠離工作船，可大大降低干擾噪聲，工作穩(wěn)定，不受船體俯仰搖擺影響，傳播條件良好。用側掃聲納探測作業(yè)效率高，聲圖像反映沉船直觀，容易判斷，是探測沉船的首選方法。

1.2 技術要求

探測時要遵守以下技術要求。

測線布設：測線布設要全覆蓋。

航速：測船的航速不超過6 kn，測量時盡量保持勻速直線行駛。

海況：風速5級以下，波浪輕浪。風浪大時側掃聲納拖魚在水中起伏，影響聲圖像質量，同時水體噪聲增強。

定位精度：使用高精度的DGPS。

拖魚高度：拖魚離海底的高度控制在側掃量程的10%～15%。

量程：一般粗掃測用150 m量程檔，精掃測用75 m量程檔。

加密測量：對探測目標不少于2個取向加密，可以減少目標位置中誤差，提高沉船位置精度，加密測量時測船航速控制在2～3 kn，以增加探測目標的聲圖像素。

2 側掃聲納系統(tǒng)拖魚的精確定位

側掃聲納的掃海測量涉及以下幾個坐標系統(tǒng)：拖魚坐標系、船體坐標系、測量坐標系。簡述如下。

（1）拖魚坐標系是以拖魚中心為坐標原點，拖魚前進方向為x軸，以垂直向下為y軸。（2）船體坐標系主要是以船體中心或GPS定位點為坐標原點，船艏方向為x軸方向，垂直于船體方向為y軸方向（右舷為正），垂直向下為z軸方向，組成右手坐標系。船體坐標系主要是利用船舶導航定位系統(tǒng)確定拖體的坐標。測量時需要有船舶艏向和GPS點與拖體之間的相對位置關系。（3）測量坐標系是海洋施工定位測量，一般情況下使用WGS84坐標系或1954北京坐標系。如果測量范圍不大，可以采用三參數(shù)法進行坐標轉換，如果范圍較大，則需要七參數(shù)。如果需要更高精度的定位，可以采用GPS RTK的定位模式。在側掃聲納掃海測量中，一般認為海底平坦，且拖魚位于測船正后方。基于這兩點假設，可采用單波束測深信息確定拖魚位置，使障礙物精確定位成為可能，如圖1所示。

3 測線的技術設計

根據調查目的，為保證調查區(qū)域側掃聲納全覆蓋，此次調查過程中分別布設東西向和南北向側線。其中東西向按照靠近平臺處按照10 m間距布設，遠離平臺區(qū)按20 m間距布設。南北向按100 m間距布設了兩條檢查線。調查中，盡量保持TVG不變，以保證圖像的灰度一致，每條測線圖像清晰。高低頻單側量程均使用100 m，保證海底全覆蓋調查。航行時實際測線偏移沒有超過設計間隔的20%，航速保持穩(wěn)定，船速5 kn左右。資料采集過程中解釋人員進行現(xiàn)場解釋，發(fā)現(xiàn)如洼地、障礙物為特殊地貌地物時，現(xiàn)場分析判斷，做出是否進一步探測的決定，并做好記錄。采用Discover軟件回放現(xiàn)場采集的地貌數(shù)據，提取平臺樁腿、管線和鉆井平臺遺留洼地實際坐標以及海底可疑物坐標和尺寸，并對側掃聲納數(shù)據進行偏移量改正、傾斜改正、TVG調節(jié)等必要的處理，計算海底可疑物體準確位置。

4 應用實例分析

該文結合某工程實踐——平臺障礙物調查工程，調查寬80 m、長100 m范圍的某平臺預就位區(qū)域內，是否有影響平臺就位的海底障礙物。主要儀器有DSM232GPS/信標接收機（Trimble）、HY1600型精密回聲測深儀和EdgeTech 4200-FS雙頻側掃聲納系統(tǒng)。利用Hypack_MAX軟件，依據測深記錄模擬打印卷，對數(shù)字化采集的水深值進行檢查比對。在比對水深時，對因受風浪影響測深回波信號呈波浪狀時的水深值從距波峰1/3波峰波谷之差處量取，水深摘錄精確至0.1 m。水深摘錄完畢后，進行主測線與檢查測線的水深比對，兩測線相交處水深差值為0～0.1 m，符合規(guī)范要求。100%的檢查完畢確定無誤后進行水位改正。此次測量過程中，水位采用預報潮位，然后輸出成圖。

表1為平臺角點坐標，表2為鉆井船遺留洼地中心坐標。表3為障礙物的中心坐標。根據側掃聲納掃海設備對平臺北側100 m×80 m范圍進行的水深測量和地貌調查，發(fā)現(xiàn)洼地9個，明顯障礙物1個。洼地1、洼地2、洼地3緊靠平臺；其寬度分別為24.5 m、26.2 m、33.1 m；其深度分別為0.9 m、0.9 m、0.6 m。洼地4～洼地9離QK172E平臺較遠，其中洼地4、洼地5與洼地6緊密相連，洼地7與洼地8也相互連接，估計為以前施工痕跡；各個洼地寬度分別為33.2 m、27.3 m、20.8 m、25.8 m、35.7 m、25.3 m；各個洼地深度分別為0.7 m、0.6 m、0.7 m、0.8 m、0.7 m、0.6 m。障礙物位于洼地1中，其圖像顯示為一個點狀物體，突出海底約1.3 m。經過潛水探摸后，確定為一堆廢棄漁網。

5 結語

側掃聲納系統(tǒng)在掃海測量時，能夠給出高分辨率的聲強信息，但其位置信息精度低。該文采用GPS定位系統(tǒng)、單波束系統(tǒng)和側掃聲納系統(tǒng)組合進行掃海測量，可提高拖魚的位置推算精度，改善以往單一側掃系統(tǒng)目標位置精度低的問題。結果表明了該方法對海底目標物掃測有較高的適用性，有效提高目標位置精度。

參考文獻

[1] 趙建虎.現(xiàn)代海洋測繪[M].武漢：武漢大學出版社，2007.

[2] 葉久長，劉家偉.海道測量學[M].北京：海潮出版社，1993.