肖俊艷

摘 要：本文利用目前現(xiàn)有的掃測(cè)手段，對(duì)航路掃海測(cè)量礙航物探測(cè)能力進(jìn)行分析與研究，為航路大范圍區(qū)域掃海測(cè)量方案的制定提供可靠依據(jù)，為保質(zhì)保量完成全部測(cè)量工作提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而提高工作效率，節(jié)約測(cè)量成本。

關(guān)鍵詞：航路；掃海測(cè)量；礙航物；探測(cè)能力

0 引 言

隨著海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議的推進(jìn)實(shí)施，中國(guó)的海洋運(yùn)輸業(yè)呈快速發(fā)展趨勢(shì)。由于渤海所處的特殊經(jīng)濟(jì)地位和渤海自然因素的限制，超大型船舶航路規(guī)劃建設(shè)尤為重要。交通運(yùn)輸部海事局特制定了近年海事測(cè)繪工作計(jì)劃，組織北海航海保障中心天津海事測(cè)繪中心對(duì)渤海及以東水域7條干線雙向航路分期分階段進(jìn)行掃海測(cè)量工作，其目的是為獲取測(cè)區(qū)的水深情況、探明海底礙航物分布情況，為編繪所需的港口航道圖提供可靠的基礎(chǔ)資料。本文通過(guò)對(duì)2015年《煙臺(tái)至大連航路測(cè)量》，2015、2016年《老鐵山水道至秦皇島航路（部分）測(cè)量》，2017年《成山角至老鐵山航路（部分）測(cè)量》等大型干線雙向航路掃海測(cè)量獲取的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，重點(diǎn)針對(duì)航路掃海測(cè)量礙航物探測(cè)能力進(jìn)行闡述，供廣大海道測(cè)量人員參考。

1 航路礙航物探測(cè)能力要求的解讀

1）按照《IHO海道測(cè)量規(guī)范（S-44）》2008第5版要求，礙航物探測(cè)能力是以探測(cè)立方體的邊長(zhǎng)大小作為衡量礙航物探測(cè)能力的指標(biāo)。特等水域（指水深普遍淺于（含）40m，船舶富裕吃水很小的區(qū)域，如港池、泊位、航道、底質(zhì)為巖石的水域），掃海測(cè)量探測(cè)能力要求能夠發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)大于1m的立方體海底特征物；一等（a類(lèi)）水域（指水深普遍淺于（含）40m，但船舶在此航行有較大的富裕水深，或水深介于40m和100m，因礙航物等原因存在（含）40m水深或有潛在危險(xiǎn)，如習(xí)慣性航路、定線制區(qū)域），掃海測(cè)量探測(cè)能力要求水深小于等于40m時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)大于2m的立方體海底特征物，水深大于40m時(shí)立方特征物為水深值10%；一等（b類(lèi)）水域（指水深介于40m至100m（含）有礙航物存在但對(duì)船只航行不構(gòu)成影響）探測(cè)能力不作要求；二等水域（指水深普遍大于100m，只需要對(duì)海底水深一般描述可以滿(mǎn)足航行需要）探測(cè)能力不作要求。

2）按照《沿海港口航道測(cè)量技術(shù)要求》JT/T954-2014要求，掃海測(cè)量精度中是這樣描述礙航物探測(cè)能力的，見(jiàn)表1，并另外做了如下說(shuō)明：

（1）當(dāng)水深小于30m時(shí)，掃海測(cè)量精度應(yīng)符合特等測(cè)量精度要求。當(dāng)水深大于30m時(shí)，掃海測(cè)量精度應(yīng)符合一等至二等測(cè)量精度要求。

（2）出于航海安全的考慮，可考慮使用精確的特等器械來(lái)掃海，以確保經(jīng)特等和一等測(cè)量的水域具有最小安全富裕水深。

（3）選定的40m水深值已考慮船舶最大的可能吃水。

3）綜上所述，航路掃海測(cè)量礙航物探測(cè)能力要求，當(dāng)水深小于30m時(shí)，掃海測(cè)量精度應(yīng)符合特等測(cè)量精度要求中系統(tǒng)探測(cè)能力要求，即能夠發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)大于1m的立方體海底特征物。當(dāng)水深大于30m時(shí)，掃海測(cè)量精度應(yīng)符合一等（a類(lèi)）測(cè)量精度要求，即能夠發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)大于2m的立方體海底特征物；水深大于40m時(shí)，立方特征物為水深值10%。

2 航路掃海設(shè)備及精度指標(biāo)中探測(cè)能力的解讀

目前，航路掃海測(cè)量采用的掃海設(shè)備有側(cè)掃聲吶、多波束，不同型號(hào)的側(cè)掃聲吶、不同型號(hào)多波束精度指標(biāo)的探測(cè)能力不同。

1）側(cè)掃聲吶精度指標(biāo)探測(cè)能力解讀，儀器技術(shù)指標(biāo)中垂直航跡方向分辨率，是指垂直于航跡線方向所能探測(cè)到最小物體能力，同時(shí)應(yīng)注意要求的頻率、量程、船速等要求；沿航跡方向分辨率，是指沿航跡線方向所能探測(cè)到的最小物體，同時(shí)應(yīng)注意頻率、量程、船速的相關(guān)要求。以美國(guó)Edgetech公司生產(chǎn)的Edgetech 4200-MP雙頻側(cè)掃聲吶系統(tǒng)進(jìn)行解讀。Edgetech 4200-MP雙頻側(cè)掃聲吶系統(tǒng)精度指標(biāo)見(jiàn)表2：

根據(jù)上表技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，該儀器探測(cè)能力，垂直航跡方向，當(dāng)頻率100 kHz時(shí)分辨率為8cm，400kHz時(shí)分辨率2cm；沿航跡方向物體探測(cè)能力應(yīng)為水平波束寬度角度的 sin值乘以量程，即頻率100kHz時(shí)為sin0.64°*量程， 400kHz時(shí)為sin0.3°*量程（HDM指高精度模式，HSM指高速模式），一般測(cè)量船速控制在6～7kn左右。

2）多波束精度指標(biāo)探測(cè)能力解讀，儀器技術(shù)指標(biāo)中波束角大小決定探測(cè)物體能力， 以RESON SeaBat7125型多波束測(cè)深設(shè)備進(jìn)行解讀，該儀器波束角大小為400kHz：0.5°x 1°； 200kHz：1°x 2°；波束角角度的sin值乘以深度值即是物體的探測(cè)能力。

3） 綜上所述，航路掃海測(cè)量在掃海儀器選用上首先應(yīng)考慮所選儀器精度指標(biāo)中的探測(cè)能力能否滿(mǎn)足航路精度指標(biāo)要求，再次考慮選用寬深比大得多波束及側(cè)掃聲吶大量程的作業(yè)模式。

3 航路掃海方案的設(shè)計(jì)與測(cè)試

1） 在航路掃海方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮滿(mǎn)足規(guī)范要求的測(cè)量精度，其次應(yīng)考慮采用適合于超大面積測(cè)量的掃海設(shè)備，還應(yīng)考慮提高測(cè)量效率和成本的測(cè)量理念。渤海灣現(xiàn)有航路水深概略深度為20～80m，每條航路概略面積大于1 000km3為保質(zhì)、保量完成全部測(cè)量工作提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，按現(xiàn)有進(jìn)出渤海灣船舶最大可能吃水30m。根據(jù)目前航路情況，航路水深淺于30m時(shí)，掃海測(cè)量精度應(yīng)符合特等測(cè)量精度要求，即探測(cè)能力能發(fā)現(xiàn)1km3的物體。掃測(cè)方案設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿(mǎn)足精度指標(biāo)基本選用多波束掃測(cè)，測(cè)線間距布設(shè)為水深4～5倍，船速控制在6～7kn，也可選用側(cè)掃聲吶掃海加單波束測(cè)深同時(shí)進(jìn)行的測(cè)量方式，測(cè)線間距布設(shè)為100m，量程150m，船速控制在6～7kn，上述兩種測(cè)量方法在航路掃測(cè)中，精度高，工作量大，成本高，效率低。2016年，《老鐵山水道至秦皇島航路（部分）測(cè)量》采用該設(shè)計(jì)方案。航路水深深于30m時(shí)，掃海測(cè)量精度應(yīng)符合一等（a類(lèi)）測(cè)量精度要求，即探測(cè)能力能發(fā)現(xiàn)空間特征物大于2m3；水深大于40m時(shí)，立方特征物為水深值10%。掃測(cè)方案設(shè)計(jì)時(shí)為提高作業(yè)效率和保障掃測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，基本選用多波束加側(cè)掃聲吶兩種不同設(shè)備同時(shí)進(jìn)行的方式實(shí)施掃海測(cè)量。其中多波束測(cè)深系統(tǒng)提供水深的同時(shí)，其采集的數(shù)據(jù)彌補(bǔ)了側(cè)掃聲吶聲弱區(qū)聲吶影像變形大的缺點(diǎn)，可以顯著提高側(cè)掃聲吶聲弱區(qū)可疑信號(hào)辨識(shí)率。測(cè)線間距400～500m，單側(cè)量程300m，船速控制在6～7kn，但工前在測(cè)量海區(qū)內(nèi)預(yù)定深度進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行技術(shù)方案的調(diào)整，滿(mǎn)足精度指標(biāo)后方可掃海測(cè)量。2017年，《成山角至老鐵山航路（部分）測(cè)量》采用該設(shè)計(jì)方案。

2）為了驗(yàn)證掃測(cè)方案的可行性對(duì)掃測(cè)方案進(jìn)行如下測(cè)試

將系有浮漂的大箱體（箱體體積的大小根據(jù)精度指標(biāo)而定），內(nèi)置沙石袋，拋擲到預(yù)定深度測(cè)區(qū)內(nèi)較平坦海域。待箱子在海底坐實(shí)穩(wěn)定后，用多波束掃測(cè)確定目標(biāo)物準(zhǔn)確位置及姿態(tài)，再調(diào)整測(cè)量船距浮漂的距離并按照掃測(cè)方案計(jì)劃預(yù)定測(cè)線進(jìn)行多次測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中側(cè)掃聲吶選取HDM和HSM兩種模式下不同量程、不同距離、不同船速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)對(duì)聲吶圖像進(jìn)行判讀，選取代表性圖片進(jìn)行說(shuō)明。測(cè)試過(guò)程中多波束選取覆蓋寬度、船速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行圖像判讀，選取代表性圖片進(jìn)行說(shuō)明。側(cè)掃聲吶掃測(cè)結(jié)果顯示側(cè)掃聲吶在選取合適參數(shù)情況下，其聲吶圖像可發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)物，圖像清晰。多波束掃測(cè)結(jié)果顯示可發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，圖像清晰，且能覆蓋側(cè)掃聲吶聲弱區(qū)寬度，標(biāo)注當(dāng)時(shí)測(cè)試船速。 綜合測(cè)試結(jié)果，確定測(cè)線間距、量程、測(cè)量模式、船速等相關(guān)參數(shù)，并應(yīng)保證相鄰掃測(cè)趟的有效探測(cè)區(qū)域能充分覆蓋，多波束測(cè)深數(shù)據(jù)可彌補(bǔ)聲吶聲弱區(qū)缺點(diǎn)，可滿(mǎn)足航路掃測(cè)方案要求。

4 結(jié)論和建議

綜上所述，本人建議超大型航路掃海測(cè)量采用多波束加側(cè)掃聲吶兩種不同設(shè)備同時(shí)進(jìn)行的方式實(shí)施掃海測(cè)量，該掃測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)平臺(tái)多種設(shè)備共同使用，豐富了沉船等礙航物掃測(cè)方法，對(duì)其繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，可達(dá)到一次測(cè)量采集兩種數(shù)據(jù)、顯著提高作業(yè)效率的效果，但測(cè)量前一定在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行掃測(cè)方案測(cè)試，滿(mǎn)足精度指標(biāo)后才能進(jìn)行，在測(cè)量工作中若發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題并及時(shí)更改和解決，2017年《成山角至老鐵山航路（部分）測(cè)量》是成功范例。