陶澤丹 ，張洪運(yùn)

（中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島 266520）

近年來(lái)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的急劇增加，陸地上的很多寶貴資源已經(jīng)瀕臨枯竭，但是海洋卻仍蘊(yùn)藏著大量未被認(rèn)知或者開(kāi)發(fā)的資源和寶藏[1]，所以人類已經(jīng)將資源的勘探開(kāi)發(fā)深入到海洋特別是深遠(yuǎn)海領(lǐng)域。

隨著國(guó)際上大量的遠(yuǎn)洋科考船下水，世界各國(guó)特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家都在加大力度進(jìn)行深遠(yuǎn)海的勘測(cè)與研究。我國(guó)在深海勘測(cè)研究領(lǐng)域雖然起步較晚，但近幾年隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和遠(yuǎn)洋戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，也開(kāi)始加大力度投入深遠(yuǎn)海的勘測(cè)事業(yè)。國(guó)內(nèi)中國(guó)科學(xué)院海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所、自然資源部第一海洋研究所、自然資源部第二海洋研究所、中國(guó)海洋大學(xué)和廈門大學(xué)等紛紛建造深遠(yuǎn)海綜合考察船，并承擔(dān)相應(yīng)的深遠(yuǎn)?？疾烊蝿?wù)。

21世紀(jì)是人類開(kāi)發(fā)和利用海洋的世紀(jì)，在海洋的開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中海底地形的調(diào)查又是所有勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)的基礎(chǔ)，在探測(cè)海底地形、開(kāi)發(fā)海洋資源、發(fā)展海洋科學(xué)研究和維護(hù)海洋權(quán)益等方面發(fā)揮著非常重要的作用[2]。所以獲得高質(zhì)量的深遠(yuǎn)海地形數(shù)據(jù)就是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)，資料的質(zhì)量直接影響到未來(lái)進(jìn)一步對(duì)深遠(yuǎn)海的研究和開(kāi)發(fā)，同時(shí)也直接決定著我國(guó)在深遠(yuǎn)海科研領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)和主動(dòng)權(quán)。

當(dāng)前雖然深遠(yuǎn)海考察船越來(lái)越多，設(shè)備精度和穩(wěn)定性也越來(lái)越高，但是各自屬于不同的系統(tǒng)，沒(méi)有形成統(tǒng)一的作業(yè)規(guī)范。如何獲得高質(zhì)量的深遠(yuǎn)海地形資料，需要許多方面的工作，不僅需要有高精度的探測(cè)設(shè)備，還需要具備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的作業(yè)流程做指導(dǎo)。

本文以“科學(xué)”號(hào)綜合考察船在西太平洋海域開(kāi)展的地球物理調(diào)查航次為例，從航前準(zhǔn)備、航次實(shí)施和數(shù)據(jù)后處理幾個(gè)方面具體介紹如何獲取高質(zhì)量的海底地形資料。

1 航前準(zhǔn)備

航前準(zhǔn)備工作是在航次開(kāi)展之前必須要進(jìn)行的前序工作，準(zhǔn)備充分與否直接影響著航次執(zhí)行的順利程度，也對(duì)航次的成敗及數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞起到至關(guān)重要的作用。在確定航次任務(wù)以后，就要開(kāi)始進(jìn)行航前的準(zhǔn)備工作，具體工作分為以下幾個(gè)部分。

1.1 查閱區(qū)域背景資料

在開(kāi)展作業(yè)任務(wù)之前首先要查閱歷史資料，了解前人在該區(qū)或者鄰區(qū)所完成的工作，大體了解該區(qū)的地形地貌特征以及構(gòu)造背景。另外還應(yīng)該了解作業(yè)期間工區(qū)的海況以及是否具有季節(jié)性的海洋水文和氣象特征。

從國(guó)外海洋數(shù)據(jù)相關(guān)網(wǎng)站和其他渠道，查閱到作業(yè)區(qū)平均水深5 000 m左右，最深處水深8 000 m，最淺處水深1 000 m，地形等值線呈NNE—SSW向排列。在春季，風(fēng)主要以E向?yàn)橹鳎饕訵NW向、近W向以及NE向?yàn)橹鳌?/p>

1.2 設(shè)備選取

為獲得高質(zhì)量的一手?jǐn)?shù)據(jù)，在充分考慮調(diào)查區(qū)域范圍、水深的條件下，選擇高性能、高精度的海底地形調(diào)查設(shè)備，包括主探測(cè)設(shè)備及輔助設(shè)備兩類。

1.2.1 主探測(cè)設(shè)備

主探測(cè)設(shè)備主要指全水深多波束測(cè)深系統(tǒng)。多波束測(cè)深系統(tǒng)是在回聲測(cè)深儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的[3]，可以用來(lái)準(zhǔn)確、高效地獲取海洋地形信息，故多波束為本次地球物理調(diào)查任務(wù)最重要的設(shè)備。

本次工作區(qū)域平均水深5 000 m，最大水深超過(guò)8 000 m，為獲得該調(diào)查區(qū)的精確水深，本次選用SeaBeam3012全水深多波束測(cè)深系統(tǒng)。該系統(tǒng)是德國(guó)Elac公司生產(chǎn)的最新一代全水深多波束測(cè)深系統(tǒng)，采用波束掃描技術(shù)，可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)全姿態(tài)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。系統(tǒng)的工作頻率12 kHz，可以滿足80～11 000 m水深范圍內(nèi)的作業(yè)[4]，具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。同時(shí)，該系統(tǒng)還具備實(shí)時(shí)顯示測(cè)深信息、后向散射數(shù)據(jù)以及側(cè)掃聲吶圖像的能力，可方便現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。

表1 SeaBeam3012全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 The main technical indicators of the SeaBeam3012 full-depth multi-beam echo-sounder system

1.2.2 輔助設(shè)備

輔助設(shè)備主要包括聲速校正設(shè)備及其他外圍輔助設(shè)備兩類。在進(jìn)行多波束地形調(diào)查中，影響測(cè)深精度的因素很多，其中聲速是各項(xiàng)因素中最重要也是最難控制的影響因素[5]。故為準(zhǔn)確獲取地形信息，必須利用精確的聲速數(shù)據(jù)對(duì)多波束測(cè)深進(jìn)行校正。

當(dāng)前獲得海洋聲速數(shù)據(jù)最準(zhǔn)確的方法為聲速剖面儀（Sound Velocity Profiler，SVP）直接測(cè)量方法和全水深溫鹽深剖面儀（Conductivity Temperature Depth，CTD）間接測(cè)量法。但是這2種方法均需停船作業(yè)，極大地影響了作業(yè)效率。由于海洋中聲波傳波速度在1 000 m以淺的范圍內(nèi)變化較大，到1 000 m以深水層變化較小，故在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)主要通過(guò)SVP和CTD來(lái)進(jìn)行全水深聲速的確定，同時(shí)結(jié)合1 000 m量程的投棄式溫鹽深剖面儀（Expendable Conductivity Temperature Depth，XCTD）聲速資料作為補(bǔ)充，共同來(lái)確定聲速模型。這樣既能保證聲速剖面精度，又能提高作業(yè)效率[6]。以下分別介紹這些聲速校正設(shè)備及外圍輔助設(shè)備。

1）聲速剖面儀（SVP)

本次選用的聲速剖面儀為加拿大AML公司的Minos X型聲程法測(cè)量?jī)x，該聲速剖面儀上裝有固定距離的發(fā)射聲源和反射器，在水中聲源發(fā)出的聲波經(jīng)反射后被接收，根據(jù)其往返程時(shí)間來(lái)直接計(jì)算水中的聲速。

該設(shè)備為自容式聲速剖面儀，最大工作水深為6 000 m，聲速量程為1 375～1 625 m/s，響應(yīng)時(shí)間小于1 ms，精度為±0.006 m/s，分辨率為0.001 m/s。

2）溫鹽深剖面儀（CTD）

本次選用的CTD為美國(guó)Seabird公司的911Plus萬(wàn)米級(jí)CTD，該CTD為直讀式溫鹽深水文調(diào)查設(shè)備，可準(zhǔn)備獲取海水的溫度、電導(dǎo)率信息，同時(shí)利用聲速經(jīng)驗(yàn)公式可以計(jì)算全水深的聲速剖面數(shù)據(jù)。

3）投棄式溫鹽深儀（XCTD）

XCTD選用日本鶴見(jiàn)精機(jī)有限公司（TSK）的產(chǎn)品，選用的型號(hào)為XCTD-1型，量程為1 000 m，最大工作船速12 kn，測(cè)量時(shí)間約300 s。溫度測(cè)量精度為±0.02℃，電導(dǎo)率測(cè)量精度為0.03 mS/cm。

4）定位及導(dǎo)航系統(tǒng)

定位系統(tǒng)選用美國(guó)C&C公司的C-Nav3050型高精度GPS定位系統(tǒng)，并選用差分定位信號(hào)，定位精度可以達(dá)到分米級(jí)，在航次出發(fā)之前還應(yīng)該完成連續(xù)24 h的定點(diǎn)測(cè)量，以觀察GPS定位的穩(wěn)定性。導(dǎo)航系統(tǒng)則選用Hypack導(dǎo)航軟件，并采用Mercator投影，根據(jù)工區(qū)位置設(shè)置中央經(jīng)線和中央緯線，這樣在完成測(cè)線的布設(shè)后，可以根據(jù)Hypack導(dǎo)航信息進(jìn)行測(cè)線的掃測(cè)作業(yè)。

5）羅經(jīng)及姿態(tài)傳感器

為了對(duì)多波束數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的姿態(tài)校正，在進(jìn)行多波束作業(yè)的同時(shí)必須導(dǎo)入其實(shí)時(shí)的姿態(tài)和羅經(jīng)數(shù)據(jù)。本次選用法國(guó)IXSEA公司的Octans光纖羅經(jīng)運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)為其提供實(shí)時(shí)的姿態(tài)及羅經(jīng)數(shù)據(jù)。Octans系統(tǒng)的航向精度為±0.1°，橫搖和縱搖的動(dòng)態(tài)精度可以達(dá)到0.01°，完全可以滿足多波束進(jìn)行實(shí)時(shí)校正的精度要求。

1.3 測(cè)線及聲速站位布設(shè)

1.3.1 測(cè)線布設(shè)

由于工區(qū)內(nèi)等值線大致呈NNE—SSW向排列，結(jié)合工區(qū)整體范圍，將工區(qū)主測(cè)線定為NS向。由于SeaBeam3012全水深多波束測(cè)深系統(tǒng)的波束開(kāi)角范圍可以在60°～150°任意設(shè)置，在平衡數(shù)據(jù)質(zhì)量和作業(yè)效率后，將波束開(kāi)角暫定100°～120°，具體視現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量再做調(diào)整，這樣在5 000 m水深的情況下，雙側(cè)掃寬約為12 000～17 300 m。按照《海洋調(diào)查規(guī)范：第10部分 海底地形調(diào)查》[7]要求，相鄰測(cè)幅的重疊應(yīng)不少于測(cè)幅寬度的10%，故將主測(cè)線間隔定為10 km，共布設(shè)了40條NS向的主測(cè)線。另外《海洋調(diào)查規(guī)范：第10部分海底地形調(diào)查》[7]中還規(guī)定，聯(lián)絡(luò)測(cè)線長(zhǎng)度應(yīng)不少于主測(cè)線總長(zhǎng)度的5%，故根據(jù)工區(qū)實(shí)際情況布設(shè)6條EW向的聯(lián)絡(luò)測(cè)線，同時(shí)在水深小于3 000 m的區(qū)域還根據(jù)實(shí)際情況加密測(cè)線。

1.3.2 聲速站位布設(shè)

對(duì)于多波束地形調(diào)查來(lái)講，聲速站位的布設(shè)數(shù)量和區(qū)域分布直接影響著多波束數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確度。在綜合考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量和工作效率的前提下，在1°×1°范圍內(nèi)至少下放1次全水深的SVP和CTD以獲取聲速剖面數(shù)據(jù)，同時(shí)保證獲取到最深處的全水深聲速剖面。另外，每72 h內(nèi)要投擲1枚XCTD，且保證在上午、下午和夜間等時(shí)間段均有投放數(shù)據(jù)。

2 航次實(shí)施

航次實(shí)施階段是獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵階段，如果該階段數(shù)據(jù)質(zhì)量不合格，后續(xù)無(wú)論如何努力都無(wú)法得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)資料，故在航次實(shí)施過(guò)程中除保證設(shè)備正常工作外，還有許多準(zhǔn)備工作需要注意，以下對(duì)各具體事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

2.1 外圍數(shù)據(jù)導(dǎo)入

多波束主要通過(guò)向海底發(fā)射聲波信號(hào)，經(jīng)海底反射和散射后返回到海面被換能器接收，通過(guò)分析到達(dá)波束的入射角和時(shí)間來(lái)確定海底的位置和深度[8]。SeaBeam3012全水深多波束測(cè)深系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)全姿態(tài)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，故需要將DGPS、羅經(jīng)、姿態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸入多波束采集工作站。

為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)質(zhì)量，需將通過(guò)SVP測(cè)量和XCTD計(jì)算的聲速資料處理后導(dǎo)入Hydrostar采集軟件。為更好地實(shí)現(xiàn)回波歸位，必須要實(shí)時(shí)獲取換能器附近的聲速數(shù)據(jù)，故在船底安裝表面聲速儀來(lái)實(shí)時(shí)獲取海水表層的聲速，并通過(guò)串口實(shí)時(shí)傳入到多波束系統(tǒng)中。由于多波束換能器在船底的位置已經(jīng)固定，為更好地實(shí)現(xiàn)換能器與大地坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，則需要將帶有多波束、GPS及羅經(jīng)安裝位置的信息加載到多波束采集系統(tǒng)中，以保證記錄數(shù)據(jù)中的信息位于同一坐標(biāo)系統(tǒng)下。

參數(shù)校準(zhǔn)是多波束系統(tǒng)消除系統(tǒng)內(nèi)部固有誤差的基本方法，其消除的誤差主要有換能器、羅經(jīng)的安裝誤差以及GPS的時(shí)延誤差。故其參數(shù)校準(zhǔn)主要包括橫搖偏差校準(zhǔn)、縱搖偏差校準(zhǔn)、羅經(jīng)偏差校準(zhǔn)和導(dǎo)航時(shí)延校準(zhǔn)四項(xiàng)[9]。

1）橫搖偏差校準(zhǔn)

橫搖偏差校準(zhǔn)是為消除換能器在安裝過(guò)程中存在的橫向角度誤差而進(jìn)行的校準(zhǔn)方法。具體操作方法為：選擇一平坦地形的海區(qū)，布設(shè)一條測(cè)線，沿測(cè)線來(lái)回掃測(cè)并記錄數(shù)據(jù)。來(lái)回測(cè)量數(shù)據(jù)地形夾角的1/2即為橫搖偏差的夾角，根據(jù)所計(jì)算的夾角來(lái)對(duì)橫搖偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。

2）縱搖偏差校準(zhǔn)

縱搖偏差校準(zhǔn)是為消除換能器在安裝過(guò)程中存在的縱向角度誤差而進(jìn)行的校準(zhǔn)方法。具體操作方法為：選擇一有地形起伏或者有孤立特征物的地區(qū)，布設(shè)一條測(cè)線，來(lái)回勻速穿越特征區(qū)域并記錄數(shù)據(jù)。假如有縱搖偏差，則來(lái)回經(jīng)過(guò)孤立特征物時(shí)會(huì)造成特征物在測(cè)線方向的位置偏差，根據(jù)位置偏差的大小和水深大小計(jì)算出偏差角度，從而對(duì)縱搖偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。

3）羅經(jīng)偏差校準(zhǔn)

羅經(jīng)姿態(tài)偏差是由于羅經(jīng)傳感器安裝角度不準(zhǔn)而引起的測(cè)量方位角誤差。校準(zhǔn)此種誤差的操作方法為：選擇一有線性目標(biāo)的的區(qū)域布設(shè)一條測(cè)線，進(jìn)行來(lái)回掃測(cè)，由于有羅經(jīng)角度誤差，故資料處理后線性目標(biāo)物會(huì)呈現(xiàn)一定的角度，則夾角的1/2即為羅經(jīng)的安裝角誤差。

4）導(dǎo)航延遲校準(zhǔn)

導(dǎo)航羅經(jīng)校準(zhǔn)應(yīng)該選擇一個(gè)水深較淺且有目標(biāo)特征物的地區(qū)，將波束角設(shè)置為最小，來(lái)回兩次分別以最大的速度和最小的速度穿過(guò)目標(biāo)物，由于存在導(dǎo)航延遲，故在處理后的測(cè)線圖上目標(biāo)物會(huì)出現(xiàn)分離現(xiàn)場(chǎng)。在不同速度下，延遲相同時(shí)間船舶運(yùn)行的距離存在差別，故以不同速度通過(guò)目標(biāo)物時(shí)會(huì)造成目標(biāo)物的位置偏差，根據(jù)偏差的大小和通過(guò)速度可以計(jì)算出導(dǎo)航的延遲時(shí)間，從而對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)施

由于SeaBeam3012全水深多波束測(cè)深系統(tǒng)中央波束的精度高，而邊緣波束的精度低，故不能為了提高作業(yè)效率而將波束開(kāi)角設(shè)為最大，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量情況將波束開(kāi)角先設(shè)置為120°（圖1），如果調(diào)查區(qū)內(nèi)聲速結(jié)構(gòu)時(shí)空變化劇烈，有明顯的水團(tuán)活動(dòng)，則考慮將波束開(kāi)角進(jìn)一步縮小，保證有效回波數(shù)不低于85%。同時(shí)考慮到區(qū)域內(nèi)水深差異較大，應(yīng)將發(fā)射能量、增益以及中央水深和門限均設(shè)為自動(dòng)（圖2）。

圖1 SeaBeam3012全水深多波束現(xiàn)場(chǎng)采集界面Fig. 1 The field acquisition interface of the SeaBeam3012 full-depth multi-beam

圖2 多波束采集軟件現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置界面Fig. 2 The field setting interface of the multi-beam acquisition software

每一條測(cè)線要求船舶提前500 m上線，一條測(cè)線完成后要延長(zhǎng)觀測(cè)500 m，然后船舶才可以下線。同時(shí)考察船在測(cè)線勘測(cè)過(guò)程中要?jiǎng)蛩傩旭?，且航速保持?0 kn以內(nèi)，瞬時(shí)速度不超過(guò)12 kn。如遇設(shè)備故障或者其他原因中途下線，再上線時(shí)要提前2 km，保證有一定的重復(fù)區(qū)段。

在進(jìn)行測(cè)線勘測(cè)過(guò)程中，要安排值班人員24 h值班，并在上下線及交點(diǎn)等特殊時(shí)刻進(jìn)行班報(bào)記錄。此外每隔30 min記錄一次班報(bào)，班報(bào)內(nèi)容主要包括記錄測(cè)線號(hào)、時(shí)間、經(jīng)緯度、水深、航向、航速、掃寬等參數(shù)。同時(shí)每天或者每條測(cè)線完成后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控處理，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，將損失降至最小。

2.3 聲速獲取

按照測(cè)線布設(shè)計(jì)劃，到站位后同時(shí)下放SVP和CTD以獲取全水深的聲速剖面數(shù)據(jù)。由于聲速在1 000 m以淺的區(qū)域變化比較大，而到1 000 m以深則變化很小，故每72 h內(nèi)投放1次XCTD用來(lái)對(duì)1 000 m以淺的聲速數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。這樣既保證了全水深的聲速測(cè)量精度，又能及時(shí)對(duì)淺層變化較復(fù)雜的聲速場(chǎng)文件進(jìn)行修正，提高多波束數(shù)據(jù)的精度。

2.4 海況、船速和航向

由于多波束換能器安裝在船底，故多波束數(shù)據(jù)質(zhì)量不可避免地會(huì)隨船受到海況影響，所以在有條件的情況下，應(yīng)盡量避免高海況條件下作業(yè)。本次調(diào)查由于航次時(shí)間緊、任務(wù)重，在海況較差的情況下不得不進(jìn)行作業(yè)，故在此種情況下必須降低船速，同時(shí)盡量保證航向與風(fēng)浪方向一致以保證安全、提高觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析看，航向與風(fēng)浪方向一致時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量最好，航向與風(fēng)浪方向垂直時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量次之，當(dāng)航向與風(fēng)浪方向相反時(shí)則數(shù)據(jù)質(zhì)量最差。

3 數(shù)據(jù)后處理

在現(xiàn)場(chǎng)采集過(guò)程中，還應(yīng)該及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并時(shí)刻監(jiān)督數(shù)據(jù)質(zhì)量和覆蓋情況，對(duì)于由于水深較淺或者數(shù)據(jù)質(zhì)量差等原因?qū)е碌母采w不符合要求的區(qū)域應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)[10]。

在多波束的測(cè)量過(guò)程中，不可避免地會(huì)記錄一些噪音信息。另外，由于海況或聲速等其他原因的影響，也會(huì)出現(xiàn)各種噪點(diǎn)或虛假數(shù)據(jù)。為了去除或消減多波束數(shù)據(jù)中的虛假信息、提高海底地形數(shù)據(jù)精度，必須對(duì)多波束采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，從而去除虛假信息、保留真實(shí)數(shù)據(jù)，提高地形數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.1 多波束數(shù)據(jù)處理

多波束數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理與后處理的思路基本一致，只是后處理的要求相對(duì)更高一些。本次數(shù)據(jù)處理選用的是Caris后處理軟件，處理過(guò)程主要包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、姿態(tài)及羅經(jīng)數(shù)據(jù)處理、GPS數(shù)據(jù)處理、聲速導(dǎo)入、條帶編輯、數(shù)據(jù)融合、不確定誤差計(jì)算、建立曲面以及曲面編輯等。

其中姿態(tài)及羅經(jīng)數(shù)據(jù)處理主要是指在采集過(guò)程中姿態(tài)儀及羅經(jīng)所記錄的船艏向、深沉以及橫搖和縱搖數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在進(jìn)行外業(yè)采集的時(shí)候一起被記錄下來(lái)并融入多波束數(shù)據(jù)中，會(huì)直接影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，故在后處理過(guò)程中要進(jìn)行姿態(tài)及羅經(jīng)數(shù)據(jù)的質(zhì)控及處理，將不合理或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)去掉，以便獲得真實(shí)的姿態(tài)及羅經(jīng)校正參數(shù)（圖3）。

圖3 姿態(tài) 及羅 經(jīng)數(shù) 據(jù)處 理Fig. 3 Data processing of attitude and compass

由于在外業(yè)數(shù)據(jù)采集的同時(shí)必須賦予其位置信息，故GPS會(huì)同時(shí)記錄采集時(shí)的位置坐標(biāo)信息，坐標(biāo)數(shù)據(jù)的質(zhì)量也直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的質(zhì)量和有效性，故在后處理過(guò)程中也要對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控和處理（圖4），避免由于GPS信息錯(cuò)誤影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量和有效性。

圖4 GPS數(shù)據(jù)處理Fig. 4 GPS data processing

在各種外圍傳感器的數(shù)據(jù)都處理完成以后，就可以對(duì)多波束的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這也是處理過(guò)程中最復(fù)雜、最耗費(fèi)時(shí)間的工作。多波束數(shù)據(jù)處理主要是結(jié)合條帶編輯（圖5）和曲面編輯（圖6）將數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)和虛假數(shù)據(jù)去除，以還原最真實(shí)的地形狀態(tài)。

圖 5 條帶編輯Fig. 5 Swath editing

圖 6 曲面編輯Fig. 6 Curved surface editing

由于在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中每72 h內(nèi)完成1次XCTD投放，故應(yīng)該以距離優(yōu)先原則選擇聲速文件。另外還要滿足主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線的交點(diǎn)處誤差要小于水深值的2%、超限的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)參加比對(duì)總數(shù)的10%。

3.2 圖件編制

數(shù)據(jù)處理完成后可以獲得含有坐標(biāo)信息的水深數(shù)據(jù)，后期可以根據(jù)項(xiàng)目的要求，完成相應(yīng)比例尺和圖幅大小的平面等值線圖、立體等值線圖以及交叉點(diǎn)誤差圖等圖件的制作。

4 結(jié) 語(yǔ)

深遠(yuǎn)海地形測(cè)量是進(jìn)行深遠(yuǎn)海調(diào)查、深遠(yuǎn)海資源環(huán)境開(kāi)發(fā)、海洋科學(xué)研究的基礎(chǔ)。獲得高質(zhì)量的深遠(yuǎn)海地形數(shù)據(jù)就是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)，資料質(zhì)量的正確與好壞直接影響到未來(lái)進(jìn)一步對(duì)深遠(yuǎn)海的研究和開(kāi)發(fā)，同時(shí)也直接決定著我國(guó)在深遠(yuǎn)?？蒲蓄I(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)和主動(dòng)權(quán)。

本文以深遠(yuǎn)海地球物理調(diào)查航次為例，從航前準(zhǔn)備、航次實(shí)施、數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)方面闡述了地球物理調(diào)查過(guò)程中每一步工作所用到的設(shè)備以及所需要的準(zhǔn)備工作和注意事項(xiàng)。需要特別注意的是，在航次執(zhí)行過(guò)程中，除設(shè)備本身的性能影響外，布線方式和設(shè)備的參數(shù)設(shè)置也至關(guān)重要，布線方式直接影響作業(yè)效率和覆蓋程度，而參數(shù)設(shè)置會(huì)直接影響原始數(shù)據(jù)的真實(shí)度和精度，這直接影響到最終提交的航次數(shù)據(jù)和成果產(chǎn)品質(zhì)量。