随着海洋强国战略的稳步推进,国家对于海洋的了解在逐步的增强,从海洋环境到海洋资源到海洋基础数据获取等都在如火如荼的进行。针对海洋基础数据的获取,多波束测深声呐发挥了不可或缺的作用。多波束测深声呐主要是通过声音在水中的传播特性,结合高精度声速、姿态、定位等信息获取水下的点位高程从而构建水底真实三维地形,为开发海洋、利用海洋、保护海洋、管控海洋提供基础数据。
常规水下三维地形测量通常使用单探头多波束测深声呐进行工作,单探头测量中由于边缘波束质量下降很快,有效覆盖往往只能控制到4-6倍,其核心原因是边缘波束的有效基阵孔径明显变小,对于大面积的海域水下地形测绘,效率相对较低。
为了快速大范围测绘,海卓同创采用V型双探头测量技术,推出了首套国产自研的双探头多波束测深系统——MS8200-IDH。该系统基于海卓自研的MS8200多波束测深仪,结合高精度声速仪、姿态仪等设备,实现约10倍的覆盖宽带,大大提高了海洋测绘的工作效率。
1、两套MS8200多波束测深仪
2、一套POS姿态仪
3、一台SVS1500M表面声速仪
4、一台SVP1500声速剖面仪
5、一套海测通2024控制和导航采集软件
6、一套MBPro多波束处理软件
7、一套稳定的供电系统
8、一台潮位计或验潮站数据
9、一套稳固的安装支架
针对浅水环境,决定覆盖宽度的因素主要在于边缘波束宽度与反向掠射角的影响,由于双探头的V型布阵方式,相对单探头正下方的安装方式,边缘波束角的角度分辨力得到了较大提升,在80度时缩小了4倍,有效缩小了边缘波束脚印。经过实测在10m水深时,有效覆盖宽度达到100米左右(10倍覆盖)。
【实例1】测试水域,探头下8.31米水深,单侧扫测宽度57米,双探头单条测线覆盖宽度为114米,可达13.71倍的扫测宽度;
【实例2】测试水域,探头下12.43米水深,单侧扫测宽度71.47米,双探头单条测线覆盖宽度为142.94米,可达11.5倍的扫测宽度;
以上述【实例2】数据为例,从边缘数据分析,数据并和分析,主、检测线精测对比分析占比几个方面进行数据分析比较。
双探头边缘部分存在一些光亮的噪点,通过软件滤波功能能够快速的进行自动删除,不需要手动剔除野值;
经过统计高亮部分噪点数占比总测量点数的2.67%,符合点占比为97.33%,符合《IHO海道测量规范S-44》及多波束测深系统测量技术要求。
双探头测量数据能够做到完整的拼合,搭接部分能够完整的拼合在一起;通过查看不同区域的横断面情况,都可以做到完整的拼接;
本次使用左侧开角78°,右侧开角79°,覆盖宽度134.2米,即10.8倍的覆盖宽度的数据进行主检对比;
02
分别对两组多波束数据成果进行TIN 模型创建,并对 TIN 模型进行求差处理,蓝色为主测线,红色为检核线区域,两组多波束数据成果的效果图及范围如下:
对1m*1m范围内的数据进行差值分析,如上图所示:
对所有的差值数据进行统计分析,差值分布均匀符合正态分布规律,如上图所示:
经过统计后,误差值小于等于±0.2米的数值占比为98.7%,优于规范要求。
通过对多波束的有效扫宽以及数据的分析,表明双探头的测量效率相对单探头有了明显的提升,但实际能提升多少,可以节省多少的人、物成本,通过一组测试数据解答:水域环境10米左右水深单/双探头测试对比。
水深10米左右区域内四条连续测量的双探头多波束数据,从11:31开始进行测量,到14:46结束,总计耗时3小时15分钟;平均航速5.5节(10.29km/h)
测区面积为2.47km²
双探头测量完成后,在同一水域进行单探头测量,为了保证测试结果的准确性,船只、测试人员、辅助设备、船速等均与双探头一致。经测量,测绘同等面积测区水域,单探头的单条测线侧扫测宽度为40m左右,测绘2.47km²海域,作业总时长为6.67h,测线总长为65.12km。
通过对单/双探头在同一水域的测量数据进行对比,在保证船只、人员、设备等因素不变的情况下,双探头测量时间相比单探头缩短52.77%,测线总长度减少59.86%。
【实例】某海洋测绘项目,水深20米左右,计划测区面积为600km²,用户预计30天的作业时间,经过技术人员和用户沟通以及对于测区、现场环境等情况判断,和用户达成一致决定使用MS8200-IDH双探头多波束进行测绘,最终,用时15.5天的时间完成计划测区测量作业任务,测线总长度为3700km,为用户节省将近50%的时间完成项目,真的做到作业时间一个月变半个月,获得用户好评。
通过对双探头的扫宽、数据以及实际测量效率的分析,相比单探头测量,MS8200-IDH双探头多波束测深系统在进行海洋测绘中有着接近双倍的测量效率,为用户节省50%以上的作业时长,节省了投入成本,提高了工作效率。