作業現場回聲測深儀的器差訂正方法比較

江四義, 鄭兆勇, 溫玉波, 祁 峰

(國家海洋局南海分局, 廣東 廣州 510300)

作業現場回聲測深儀的器差訂正方法比較

江四義, 鄭兆勇, 溫玉波, 祁 峰

(國家海洋局南海分局, 廣東 廣州 510300)

在作業現場使用回聲測深儀測量海水深度的實踐中, 總結出了用于回聲測深儀的器差訂正方法中比測桿法、比測水陀法、溫鹽訂證法的優缺點和使用范圍, 指出比測桿法只適用于在海水5 m以淺區域測水深中作比測, 比測水陀法不能保證比測的準確性。進而, 重點介紹了根據實踐經驗制作出的比測器的比測過程、步驟和方法, 該法通過調整回聲測深儀的聲速, 使之達到準確測量出測區的水深,是一種既能達到準確測量出測區水深又能減少工作量的方法。比測器法對于作業現場回聲測深儀的器差訂正具有實踐指導意義。

回聲測深儀器差訂正; 比測器法; 比測桿法; 比測水陀法; 溫鹽訂正法

回聲測深儀的器差訂正在水深測量工作中是一項極其重要的工作, 它是提高和保證水深測量質量的一項措施。在不同水域 (海區)進行水深測量, 都要在作業開始之前和作業完畢之后收工之前進行比測以便訂正器差[1-3]; 或者在同一個水域 (海區), 連續地使用回聲測深儀, 也要在不超過3 d之內, 就必須進行一次比測來訂正器差, 這是因為回聲測深儀的電動機轉速穩定性和傳動機構精度還未能達到長時間使用而不產生偏差的緣故。回聲測深儀的器差訂正方法有多種, 作者對幾種訂正方法進行了比較,并總結出它們的優缺點和使用范圍。作者根據多年的測量實踐, 制出了一種水深測量比測器, 本文將介紹比測器的比測過程、步驟和方法, 調整回聲測深儀的聲速, 達到準確測量出測區實際的水深。比測器法對于作業現場回聲測深儀的器差訂正具有實踐指導意義。

1 水深測量作業開始之前和作業完畢之后收工之前比測的作用

大家知道, 回聲測深儀發出和返回的波都是通過水介質進行傳播的, 而不同地區的水體對波的傳播速度存在一定的差別。因此, 在水深測量工作中,要求在回聲測深儀器本身合格的前提下, 還要在水深測量作業開始之前和作業完畢之后收工之前進行比測來訂正器差。作業開始之前的比測, 實際上是調整激發控制裝置, 改變發射器發出的電脈沖頻率,使換能器轉換成的超聲頻振動脈沖適合作業區水體傳播聲波的速度, 以便獲得該水區 (海區)準確的水深深度。也就是說, 改變發射超聲波的速度, 達到準確測量水深的效果。從實質上來說, 就是消除由于不同地區水體的溫度、含鹽量(鹽度)等因素的不同所引起超聲波傳播速度不同的變化而帶來的水深測量誤差。作業完畢之后收工之前的比測, 是檢查本次測量期間回聲測深儀工作狀態是否正常穩定, 如果正常和穩定, 其比側與作業開始之前比測的結果一致,本次水深測量作業所測得的水深資料不需要進行器差訂正; 如果其比測與作業開始之前比測的結果不一致, 就必須進行器差訂正。

2 幾種比測方法的優缺點

目前, 回聲測深儀測深作業開始之前和測深作業完畢之后收工之前的比測工作, 規范還沒有作出詳細和明確的規定。在水深測量工作中, 通常采用的比測方法是比測桿法和比測水陀法; 海軍航保部采用的方法是溫鹽訂證法, 即設定回聲測深儀的一個聲速在水深測量作業中始終不變, 然后通過溫鹽進行改正。然而, 這些方法都各自存在不足之處。

比測桿法的不足之處是, 受測桿長度的限制,只能對5 m以淺作比測, 深于5 m就很難進行比測,甚至無法進行比測; 其優點是, 在水深較淺的水區(海區)的水深測量中比比測水陀法準確。

比測水陀法的不足之處是, 水底情況復雜, 看不到水陀放進水中后的狀況, 無法準確判斷水陀是否剛好處在海底的表面或者進入泥土中的深度; 其優點是可在水深較深的水區(海區)的水深測量中采用[4]。

溫鹽訂正法, 不但需要有該水區(海區)在水深測量期間的溫鹽分布資料, 還需要進行大量的內業整理校正工作, 否則, 無法獲得該區準確的水深。

鑒于上述種種原因, 作者在多年的測量工作中,根據測深儀的測深原理, 制作出一種水深測量比測器[5]進行比測, 可以克服上述不足之處。

3 比測器的比測過程、步驟和方法

3.1 水深測量作業前后的比測

1)安裝好回聲測深儀和換能器。換能器的安裝,按規定要求垂直插入水中, 換能器插入水中的深度視其使用船只吃水的深度, 一般1 m左右為宜。必須注意: 換能器吃水深度太淺時, 水深測量作業期間,船只左右搖擺會致使換能器露出水面測不到水深;然而, 換能器的吃水深度如果超過船只的吃水深度,稍不注意, 換能器就會碰到障礙物或者觸底, 造成損壞。因此, 為安全起見, 換能器的吃水深度一般不要超出測量船只吃水的深度。

2) 調試好回聲測深儀記錄的校零線、吃水深線和聲速校準線。

3) 視其測區大體水深, 選擇2, 5, 10, 15, 25, …m的深度(見圖1中A, B, C, D, E所示)進行比測。

4) 比測需要兩人進行配合。一人將比測板放入水中, 準確地用2, 5, 10, 15, 25, …m的深度分別攔截換能器發出的聲波; 另一人調整回聲測深儀的聲速, 使其記錄器或者顯示面板所指示的深度與比測器所攔截的深度達到一致且穩定。在聲速的調整過程中, 記錄紙上的校零線會產生移動, 需要一邊調整聲速, 一邊調整校零線, 常常需要反復進行幾次才能完成。正常情況下, 一個深度的比測達到了要求后, 進行相鄰兩個深度的比測, 往往不再需要任何調整就能夠滿足要求。進行相鄰深度的比測時, 如果回聲測深儀指示的深度與比測器攔截的深度不一致,這時候就要注意, 看看是否受到溫鹽躍層的影響,查查回聲測深儀是否出了毛病, 如果判定是儀器有毛病, 那么一定要對回聲測深儀進行維修, 使其正常工作后才可進行水深測量作業; 如果測量區存在溫鹽躍層, 必須記錄比測的結果, 選擇適合本區的聲速進行工作。必要時, 進行溫鹽測定, 以便作溫鹽訂正。

5) 一定要做好回聲測深儀比測結果的記錄。最好最穩妥的辦法是記在回聲測深儀的記錄紙上做水深比測的記錄段, 一般是在記錄紙已經穩定地記錄了該比測深度線長 2～3 cm時按下定標, 然后在定標線的旁邊注明比測的時間(包括年、月、日、時、分)、比測的地點和比測器放下的深度, 最后簽上比測者的姓名(要求兩人以上簽名), 如圖2所示。圖2是某地水深測量作業前后2,5,10 m處的比測記錄實例。

圖1 比測器比測示意Fig.1 Sketch map for comparator

圖2 回聲測深儀比測記錄Fig. 2 Record of comparator

6) 要妥善保管好回聲測深儀的比測成果, 它是水深測量工程項目驗收不可缺少的一項資料, 也是水深測量工程項目驗收不可缺少的依據。一般來說,比測成果資料與水深測量資料一起收存保管。如果缺少回聲測深儀比測成果資料, 該水深測量作業成果資料不能得到驗收。

注意: (1)水深測量作業前后須在同一個地點進行回聲測深儀比測器比測; 比測地點要選擇在工作區范圍內水流平穩、風浪小、水深相對較深的地方,如測區的碼頭、港池等。(2)比測器的比測方法只適宜于淺水區。

3.2 水深測量作業完畢之后收工之前的比測

水深測量作業完畢, 要盡可能回到水深測量作業開始之前比測的地點進行水深測量作業完畢后的比測。比測方法、步驟和過程與水深測量作業開始之前的比測相同。但是, 水深測量作業完畢后的比測不能對回聲測深儀的每項功能作任何調整。這是因為水深測量作業開始之前的比測是為了消除不同水區、不同季節水體中溫度和不同鹽度所引起的水深測量誤差; 而水深測量作業完畢后的比測, 則是檢查回聲測深儀在本次作業的工作過程中是否正常和穩定。因此, 只作比測實際情況的記錄, 其結果資料作為判定回聲測深儀的可靠性。

4 結論

在水深測量工作中, 采用比測器進行比測, 可通過各個層次水深的比測, 了解測量區域水體的情況, 即是否存在溫度和鹽度躍層。更有實際用途的是: 通過比測器的比測, 調整了回聲測深儀的聲速,使之達到準確測量出該區的實際水深, 不必像以前那樣進行溫度和鹽度的大量水深改正工作, 不但減輕了內業的整理工作, 而且可以避免因工作繁雜而容易產生的差錯。因此, 在水深測量工作中, 采用比測器進行比測, 既能達到準確測量出該區的實際水深, 又能減少工作量。

[1]交通部水運規劃設計院. 港口工程技術規范(1987):上卷[M]. 北京: 人民交通出版社, 1988: 204.

[2]國家質量技術監督局. GB 12327-1998, 海道測量規范[S]. 北京: 中國標準出版社, 2004.

[3]徐耀林．回聲測聲儀的使用與維修[M]．北京: 人民交通出版社, 1986: 16-20.

[4]天津航道局, 中交第一航務工程勘察設計院, 天津海事局, 等. JTJ203-2001水運工程測量規范[M]. 北京:人民交通出版社, 2002.

[5]江四義. 水深測量比測器: 中國, ZL 2008 20204755.3[P]. 2008-02-02.

Comparison of the error correction methods of echo sounder

JIANG Si-yi, ZHENG Zhao-yong, WEN Yu-bo, QI Feng
(South China Sea Branch, State Oceanic Administration, Guangzhou 510300, China)

Jun., 24, 2009

echo sounder error correction; detector comparative measurement; rod comparative measurement; water lump comparative measurement; thermohaline correction

Based on the on-site practice of measuring water depth with echo sounder, the relative merits and range of application of rod comparative measurement, water lump comparative measurement, and thermohaline correction in the error corrections of echo sounder were summarized. Rod comparative measurement is suitable for the depth of is less than 5 meters, and the accuracy is not reliable with water lump comparative measurement. The process and procedure of comparative measurement based on practical experience were discussed. This method measures the water depth by adjusting the sound velocity of echo sounder and reduces workload. Detector comparative measurement has practical significance in the error corrections of echo sounder for on-site use.

U666.75; TB52+8

A

1000-3096(2011)05-0001-03

2009-06-24;

2010-11-15

國家海洋局“908”專項(908-ZC-II-01)

江四義(1953-), 男, 廣東揭東人, 教授級高級工程師, 大學,主要從事海洋環境調查、管理和研究, 電話: 13422335469, E-mail:jsy1234567898@163.com

劉珊珊)