黃偉亮

摘 要：多波束測(cè)深技術(shù)已經(jīng)成為水下地形測(cè)量工程中的一種非常重要的水深測(cè)量方法。由于多波束測(cè)深系統(tǒng)是一套多傳感器的綜合性測(cè)量系統(tǒng)，與單波束測(cè)深設(shè)備相比，其測(cè)深誤差具有一定的復(fù)雜性和隱蔽性。在多波束測(cè)量過程中，自然因素、儀器設(shè)備因素、人為操作因素等都會(huì)不同程度地影響測(cè)量精度。為獲取高精度的多波束測(cè)量成果，必須對(duì)整個(gè)多波束測(cè)量過程進(jìn)行嚴(yán)密的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：多波束測(cè)深系統(tǒng) 西江 質(zhì)量控制

1.引言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)以及衛(wèi)星定位測(cè)量的高速發(fā)展，多波束測(cè)深系統(tǒng)的應(yīng)用越來廣泛，特別是在發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家，多波束測(cè)量已經(jīng)成為水下地形測(cè)量的常規(guī)手段。我國(guó)也陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)大量多波束測(cè)深系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于江河、水庫(kù)、湖泊、海洋水下地形的測(cè)量。多波束測(cè)深系統(tǒng)在河道疏浚及港口、碼頭、橋梁工程的測(cè)量，并在抗洪搶險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及潰口、崩岸監(jiān)測(cè)，江岸堤防工程及險(xiǎn)工險(xiǎn)段水下監(jiān)測(cè)，水下管線、電纜布設(shè)監(jiān)測(cè)，水下工程檢測(cè)，沉船、水下物體打撈搜尋等方面有著良好的應(yīng)用，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，對(duì)我國(guó)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展也有著積極的影響。

結(jié)合本人工作經(jīng)驗(yàn)，本文將對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)在西江測(cè)量的質(zhì)量控制措施進(jìn)行探討，總結(jié)多波束測(cè)深系統(tǒng)在西江測(cè)量的質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)。多波束測(cè)深系統(tǒng)在西江測(cè)量的質(zhì)量控制可以分為三個(gè)階段，第一階段為測(cè)量準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制；第二階段為外業(yè)測(cè)量實(shí)施過程質(zhì)量控制；第三階段為多波束數(shù)據(jù)后處理階段質(zhì)量控制。

2.測(cè)量準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制

在測(cè)量準(zhǔn)備階段，應(yīng)收集測(cè)區(qū)已有的水文資料，并根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)地查勘情況及任務(wù)的要求制定周密的測(cè)量計(jì)劃和多波束掃測(cè)質(zhì)量控制方案，并使其貫穿整個(gè)多波束測(cè)量過程。實(shí)施測(cè)量前的質(zhì)量控制必不可少。

多波束測(cè)深系統(tǒng)在西江測(cè)量的準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制的具體內(nèi)容主要包括：（1）測(cè)區(qū)查勘與資料收集；（2）多波束系統(tǒng)的安裝校準(zhǔn)；（3）測(cè)量船動(dòng)吃水測(cè)定；（4）測(cè)線布設(shè)。

2.1測(cè)區(qū)查勘與資料收集

測(cè)區(qū)查勘與資料收集是進(jìn)行多波束測(cè)量設(shè)計(jì)和水位觀測(cè)點(diǎn)布置的主要依據(jù)。多波束測(cè)量前應(yīng)充分收集測(cè)區(qū)已有成果資料，再開展實(shí)地查勘。

當(dāng)在新測(cè)區(qū)開展多波束測(cè)深任務(wù)時(shí)，應(yīng)在多波束掃測(cè)前布置一次較小比例尺的單波束測(cè)量，其成果作為多波束測(cè)深計(jì)劃線布置的依據(jù)。

根據(jù)測(cè)區(qū)查勘與收集到的資料，制定詳細(xì)的測(cè)量方案，并按照相關(guān)規(guī)范要求制定技術(shù)設(shè)計(jì)書。測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)書應(yīng)詳細(xì)說明整個(gè)測(cè)量過程的計(jì)劃安排以及需要注意的事項(xiàng)。具體應(yīng)根據(jù)中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定》（CH/T 1001-2005）以及測(cè)量任務(wù)要求進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)書的制定。

2.2多波束系統(tǒng)的安裝校準(zhǔn)

安裝校準(zhǔn)工作是多波束測(cè)深系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)主要難點(diǎn)，其校準(zhǔn)效果的好壞將直接關(guān)系到測(cè)量成果的質(zhì)量。

設(shè)備安裝參數(shù)包括換能器、運(yùn)動(dòng)傳感器、羅經(jīng)以及定位系統(tǒng)天線等設(shè)備的位置安裝參數(shù)。這些參數(shù)是直接測(cè)量獲得的。進(jìn)行兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的平移，需要對(duì)多波束儀器進(jìn)行安裝后，進(jìn)行儀器安裝參數(shù)測(cè)量，包括GPS天線與姿態(tài)儀的相對(duì)位置、多波束換能器與姿態(tài)儀的相對(duì)位置、多波束換能器的吃水深度、GPS天線離水面的高度等，并將多波束系統(tǒng)所需要的各參數(shù)結(jié)果寫入采集參數(shù)文件。由于各個(gè)部件之間安裝固定在船舶之后，可能存在很多障礙物而導(dǎo)致不能之間丈量出各部件之間的相對(duì)位置，所以這個(gè)測(cè)量過程要求測(cè)量人員做到重復(fù)丈量，通過多次測(cè)量結(jié)果的比對(duì)，盡可能把兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的平移值誤差縮到最小，保證測(cè)量結(jié)果的精度。

進(jìn)行兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)，就是在測(cè)深作業(yè)前，于測(cè)區(qū)合適區(qū)域布設(shè)測(cè)線進(jìn)行多波束的校準(zhǔn)，計(jì)算出多波束系統(tǒng)的縱搖（Pitch）、橫搖（Roll）、艏搖（Yaw）等校正參數(shù)。校準(zhǔn)多波束旋轉(zhuǎn)參數(shù)時(shí)，要求測(cè)量時(shí)必須為RTK固定解。

2.3測(cè)量船動(dòng)吃水測(cè)定

測(cè)量船的動(dòng)吃水測(cè)定要求測(cè)量時(shí)船速在5～6節(jié)之間。為了真實(shí)、可靠、簡(jiǎn)便的測(cè)定船體的下沉量，測(cè)量人員應(yīng)在測(cè)區(qū)附近選擇了一平坦海域，在平潮期間，測(cè)量船以準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)（1～2節(jié)）進(jìn)行水深測(cè)量，再以工作船速（5～6節(jié)）沿同一軌跡重復(fù)測(cè)量。再分別處理不同船速下的測(cè)線文件，選擇坐標(biāo)相近的點(diǎn)位（半徑1m之內(nèi)）分別計(jì)算工作船速（5～6節(jié)）與準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)下同一點(diǎn)位的水深差值。

根據(jù)規(guī)范中要求，當(dāng)使用機(jī)動(dòng)船測(cè)深時(shí)，測(cè)定的測(cè)深儀換能器動(dòng)吃水改正數(shù)小于0.05m時(shí)可不改正，如果超過0.05m，則在數(shù)據(jù)處理時(shí)需做改正。

2.4測(cè)線布設(shè)

根據(jù)測(cè)區(qū)查勘和收集到的資料，了解到測(cè)量時(shí)段的一公里水位落差以及同位置一小時(shí)水位變化情況，再進(jìn)行測(cè)線的合理布設(shè)。如果測(cè)區(qū)水位比降較大，或者測(cè)區(qū)的范圍過大，應(yīng)該適當(dāng)分段對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行多波束測(cè)深。主測(cè)深線布設(shè)方向應(yīng)按工程的需要選擇平行于等深線的走向、潮流的流向、航道軸線方向或測(cè)區(qū)的最長(zhǎng)邊等其中之一布設(shè)，主測(cè)深線的間距應(yīng)不大于有效測(cè)深寬度的80%，在重要航行水域，測(cè)深線的間距應(yīng)不大于有效測(cè)深寬度的50%。

下面引入多波束測(cè)深系統(tǒng)在西江航道擴(kuò)能升級(jí)工程（XJ7合同段）施工臨時(shí)航道掃床項(xiàng)目中的應(yīng)用，說明測(cè)量準(zhǔn)備階段如何進(jìn)行測(cè)線布設(shè)。

對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行測(cè)量前期水位觀測(cè)，從下游往上游依次布設(shè)編號(hào)為1、2、3、4、5號(hào)水尺，每把水尺相隔大概二公里，從早上10時(shí)觀測(cè)至17時(shí)，每30分鐘記錄一次水尺讀數(shù)，每把水尺均按四等水準(zhǔn)觀測(cè)技術(shù)要求測(cè)量驗(yàn)潮工作點(diǎn)的高程。根據(jù)各個(gè)水位觀測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)引測(cè)結(jié)果，對(duì)記錄的水尺讀數(shù)換算成瞬時(shí)水面高程，得出下1、2、3、4、5號(hào)水尺的瞬時(shí)水面高（表1）。endprint

觀測(cè)記錄結(jié)束后，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)測(cè)區(qū)下游當(dāng)天的最低水位為10：30記錄的3.92米，最高水位為16：00記錄的4.83米，測(cè)區(qū)上游當(dāng)天的最低水位為10：30記錄的4.28米，最高水位為16：00記錄的5.25米。上、下游水位的最小落差處出現(xiàn)在10：30，為0.36米。上、下游水位的最大落差處出現(xiàn)在16：00，為0.42米。經(jīng)過數(shù)據(jù)的對(duì)比總結(jié)，得知測(cè)量期間，測(cè)區(qū)的水位每公里大概在0.05米至0.07米之間。根據(jù)得出的水位觀測(cè)成果，應(yīng)該把計(jì)劃線主測(cè)線長(zhǎng)度控制在500米為合適，這樣既能縮短每個(gè)測(cè)量文件的工作時(shí)間，也能夠減少水位落差變化對(duì)測(cè)深成果的影響。

3.外業(yè)測(cè)量實(shí)施過程質(zhì)量控制

多波速測(cè)深系統(tǒng)在西江測(cè)量的外業(yè)實(shí)施過程為：基站設(shè)置與控制點(diǎn)校對(duì)-水尺記錄點(diǎn)引測(cè)及水位觀測(cè)-進(jìn)行多波束測(cè)量-完成多波束測(cè)深外業(yè)工作。

3.1基站設(shè)置與控制點(diǎn)校對(duì)

進(jìn)行多波束測(cè)量之前，需要對(duì)控制點(diǎn)的平面、高程進(jìn)行校核，確認(rèn)其精度符合平、高控制測(cè)量起算點(diǎn)精度要求，而且，測(cè)量所用儀器設(shè)備需經(jīng)過專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行校準(zhǔn)與檢定，儀器精度必須滿足測(cè)量要求。

GPS測(cè)量作業(yè)，應(yīng)滿足下列要求：1.設(shè)站前，應(yīng)對(duì)接收機(jī)進(jìn)行預(yù)熱和靜止，同時(shí)檢查電池的容量是否充足，防止測(cè)量過程中因?yàn)榛倦娏坎蛔愣鴮?dǎo)致定位誤差過大；2.天線安置的對(duì)中誤差不應(yīng)該大于2mm，天線高的量取應(yīng)精確到1mm；3.移動(dòng)站對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行校對(duì)時(shí)，應(yīng)對(duì)移動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行兩次初始化，并對(duì)兩次初始化后的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，滿足相關(guān)規(guī)定要求，方可進(jìn)行測(cè)量。

3.2水尺記錄點(diǎn)引測(cè)及水位觀測(cè)

水位觀測(cè)宜采用北京時(shí)間，測(cè)量期間每日早晚對(duì)時(shí)，其誤差應(yīng)不大于1分鐘，水位觀測(cè)值精確到1cm；水位讀數(shù)取波峰、波谷讀數(shù)的平均值并歸算至基尺零點(diǎn)上水位。測(cè)量時(shí)每三十分鐘觀測(cè)一次實(shí)時(shí)水位，觀測(cè)時(shí)間與測(cè)深系統(tǒng)的電腦時(shí)間核對(duì)相一致，誤差不超過1分鐘。水位觀測(cè)提前20分鐘開始，測(cè)后延遲20分鐘。將實(shí)時(shí)水位歸算至當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫⑿纬梢粋€(gè)潮位文件以供水深數(shù)據(jù)后處理。

3.3進(jìn)行多波束測(cè)量

進(jìn)行多波束測(cè)量應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)備的操作規(guī)程。將測(cè)量船駛至施測(cè)范圍時(shí)，應(yīng)有兩名測(cè)量員實(shí)時(shí)不間斷觀測(cè)多波束掃測(cè)情況，如果河床底出現(xiàn)疑似淺點(diǎn)，則待測(cè)線掃測(cè)完畢后回到疑似淺點(diǎn)處重復(fù)掃測(cè)，做到全覆蓋測(cè)量。

4.多波束數(shù)據(jù)后處理階段質(zhì)量控制

多波束測(cè)深系統(tǒng)在西江測(cè)量的數(shù)據(jù)后處理階段質(zhì)量控制主要有三方面內(nèi)容：一、數(shù)據(jù)后處理過程的質(zhì)量控制；二、補(bǔ)測(cè)或重測(cè)；三、測(cè)繪成果檢查與分析。

4.1數(shù)據(jù)后處理過程的質(zhì)量控制

多波束后處理軟件都能夠?qū)Σ杉降亩嗖ㄊ鴾y(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和分類及進(jìn)行精細(xì)點(diǎn)編輯，但每種多波束的后處理軟件的操作流程都不盡相同。

不同的軟件其數(shù)據(jù)后處理流程不相同，數(shù)據(jù)后處理流程應(yīng)按所使用的后處理軟件所規(guī)定的流程操作。數(shù)據(jù)后處理都要保持一個(gè)總的原則，就是“去偽存真”。在數(shù)據(jù)編輯時(shí)，應(yīng)忠實(shí)于實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、盡量減少人為主觀因素。

4.2補(bǔ)測(cè)或重測(cè)

當(dāng)多波束水深測(cè)量不能滿足下列技術(shù)要求時(shí)，均進(jìn)行補(bǔ)測(cè)或重測(cè)：

1.相鄰主測(cè)線間的有效條帶重疊度小于任務(wù)要求時(shí)；

2.水上平面定位中誤差大于圖上1.0mm；

3.深度測(cè)量中誤差超限；水深不大于20m時(shí)，中誤差大于0.2m；水深大于20 m時(shí)，中誤差大于水深的1%；

4.重合點(diǎn)（圖上1mm以內(nèi)或不同時(shí)間不同系統(tǒng)）深度不符值限差超限：水深不大于20m時(shí)，水深較差大于0.4m；水深大于20m時(shí)，水深較差大于水深值的2%的點(diǎn)數(shù)超過總數(shù)的20%；

5.水測(cè)深點(diǎn)號(hào)與定位點(diǎn)號(hào)不符，且無法糾正；

6.水位、聲速資料不能滿足深度改正要求。

4.3測(cè)繪成果檢查與分析

根據(jù)《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》（GB/T 24356-2009）規(guī)定，測(cè)繪成果質(zhì)量通過二級(jí)檢查一級(jí)驗(yàn)收方式進(jìn)行控制，測(cè)繪成果應(yīng)依次通過測(cè)繪單位作業(yè)部門的過程檢查、測(cè)繪單位質(zhì)量管理部門的最終檢查和項(xiàng)目管理單位組織的驗(yàn)收或委托具有資質(zhì)的質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。

在測(cè)繪工作完成后，應(yīng)組織質(zhì)量檢查小組對(duì)測(cè)量項(xiàng)目?jī)?nèi)外業(yè)資料進(jìn)行了全面的檢查。

5.結(jié)論

與傳統(tǒng)的單波束水深測(cè)量系統(tǒng)相比較，多波束測(cè)深系統(tǒng)的誤差具有復(fù)雜性和隱蔽性。基站選點(diǎn)不合理、潮位變化、測(cè)深探頭表面不干凈、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理、其他設(shè)備的聲波干擾、水底底質(zhì)對(duì)聲波的影響、人為操作不合理等等因素都會(huì)不同程度地給多波束系統(tǒng)的正常測(cè)量工作帶來一定的干擾與影響。

因此，在應(yīng)用多波束測(cè)深系統(tǒng)的各個(gè)階段，必須進(jìn)行周密細(xì)致的布置、切實(shí)有效的質(zhì)量控制、科學(xué)正確的精度評(píng)估，才能有效地提高多波束測(cè)深成果質(zhì)量，充分發(fā)揮多波束測(cè)深系統(tǒng)的優(yōu)越性。

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