Reson SeaBat7125多波束測深系統應用與分析

◎ 何邦濤 曹敬濤 李海鵬 廣州海事測繪中心

Reson SeaBat7125多波束測深系統應用與分析

◎ 何邦濤 曹敬濤 李海鵬 廣州海事測繪中心

本文主要結合應用實例，介紹Reson SeaBat7125型多波束測深系統的基本組成、安裝方法及作業流程等，同時分析應用過程中需要注意的問題。

多波束測探系統 調試 傳感器 應用

1.引言

隨著國家“一帶一路”建設和海洋強國戰略的實施，探索和開發海洋成為國民經濟建設中的重要組成部分，跨海大橋建設、海底管線鋪設、石油天然氣開發等工程建設，都需要進行海底勘察，而且應對集裝箱落水、船舶沉沒等海上突發事故，需要準確把握事發水域通航尺度變化情況，及時清除海底礙航物，才能有效保障水上通航安全。本文主要結合應用實例，介紹Reson SeaBat7125型多波束測深系統的基本組成、安裝方法及作業流程等，同時分析應用過程中需要注意的問題。

Reson SeaBat 7125多波束

2.設備介紹

Reson SeaBat7125多波束測深系統是丹麥Reson公司應用于500米以內測深的淺水型雙頻高分辨率多波束系統,工作頻率為200/400KHz雙頻可選，分辨率為6mm，掃寬為140°（165°可選），掃測波束數量為256/512個（等角或等距波束）。該系統換能器采用T型設計，安裝方便簡單，既能固定安裝于船底，也能臨時性地安裝在船舶側舷，或與ROV和AUV集成固定安裝。

2.1功能特性

①采用了動態聚焦和窄波束聲學技術；②具有橫搖穩定性和底跟蹤技術；③多種靈活測量模式（FP2/FP3功能模塊）擴展可選；④單主機、雙換能器配置擴展可選；⑤覆蓋掃寬可調、波束密度可調；⑥自動導航測量和數據質量實時監控；⑦內置系統環境測試模塊，實時監控系統單元的工作狀態；⑧在線實時輸出高分辨率三維水深和側掃聲吶數據。

2.2系統組成

Reson SeaBat 7125多波束由基本系統、輔助設備、數據實時采集處理系統和數據后處理軟件包四部分組成。

3.系統安裝及調試

3.1建立測量船坐標系統

建立測船坐標系的主要目的是建立一個數學模型,將各子系統的測量數據統一到這個數學模型里進行綜合修正。在多年測量實踐中總結出兩個位置比較適合作為坐標系參考原點：一是換能器安裝桿與水線的交點，二是姿態傳感器的中心位置，這兩點都比較便于量取各儀器參數。確定船體坐標系后量取換能器、姿態傳感器、GPS天線在船體坐標系統中的位置參數建立船配文件，用于數據的后處理。

3.2安裝多波束換能器

多波束數據精度與換能器安裝有著直接的關系，需考慮噪音和振動因素，目前常用的安裝方法有側舷安裝與船底安裝，在固定使用的船舶上最好船底安裝，可以有效減少噪音、振動對換能器的影響，從而提高測深數據質量。臨時使用船舶多采用側舷安裝，需注意:①必須裝在船上牢固且相對固定部位；②遠離噪音源；③安裝桿要在靠近水線的位置設置固定點；④換能器要盡量超過船底；⑤要進行標定測試。

3.3安裝姿態傳感器

姿態傳感器能夠改正或消除由于船體的橫搖、縱搖、艏向、升沉引起的測量誤差從而提高測量精度，姿態傳感器的安裝點需避免振動及碰撞，通常安裝在船舶重心且穩固位置，如果重心位置沒有合適安裝空間，則盡可能選擇靠近換能器的位置，這樣能更為準確的反應換能器的姿態變化。3.4安裝GPS

GPS在多波束系統中主要有三個功能，一是采集、記錄精確的坐標，并將該信息輸入系統的其它設備；二是提供導航；三是輸出ZDA與1PPS，通過同步脈沖將多波束處理單元時間與GPS時間同步從而消除GPS時延。因此GPS應安裝在船舶較高且穩固的位置，避免障礙物或船舶無線電設備的干擾，才能獲得高精度的坐標信息。3.5系統調試

Reson SeaBat7125多波束系統通常配備Qinsy數據采集主機，系統安裝及設備連接完成后需要在Qinsy采集軟件中定義系統（系統包括換能器、姿態傳感器和GPS等）。選擇與接入采集主機中測量設備相對應的驅動程序后，再設置接入的端口及波特率等參數即可完成設置工作。

作業范圍和掃測效果圖

4.海底管線探測應用

4.1項目簡介

為了解海底管線鋪設概況，掌握填埋區水深變化情況，某鋼鐵基地實施排海管道拋石海底多波束掃測，測量范圍為排海管道兩側各40米范圍，測量要求：1954北京坐標系，高斯投影，理論最低潮面，成圖比例尺1:500。

4.2系統標定

本次測量時，均按照規范進行系統標定測試，標定順序為定位延時、橫搖偏差、縱搖偏差、艏向偏差，標定結果：縱搖Picth=-0.10°；橫搖Roll=-2.05°；艏搖Yaw=-0.20°。

采用單波束測量成果與標定成果互相比對，重合點水深最大互差為±0.2米，符合規范精度要求。

4.3外業數據采集

掃測計劃線按平行中軸線的方向布設，測線間距采用2.5倍水深間距進行布設；掃測時，所有的多波束測線兩端均延長100米，以使羅經充分穩定下來，保證測量數據的可靠性；實時采集GPS數據、多波束原始數據、iXSEA OCTANS型光纖羅經運動傳感器的羅經和三維涌浪數據、實時的水位數據及用SVP測定的聲速數據；船速控制在多波束回波信號質量良好的狀況，一般保持在6節以下。4.4內業數據處理

內業數據處理采用Caris軟件的HIPS模塊進行，主要對采集來的各傳感器數據進行處理，及對水深數據設定合理的過濾參數，進而刪除部分假信號，處理的順序是：①對船姿（Pith、roll、heave、gyro）數據與水深數據、導航數據進行檢查，篩選；②對水深數據進行聲速（SVP）改正；③加入實時潮位；④對數據進行合并。

在塊模式（BSUSET）中對合并后的數據進行精細過濾，對兩條相鄰測線重疊的多余觀測數據進行篩選，刪除，保留高精度的水深數據，然后在Caris HIPS里把WGS84坐標XYZ格式文件輸出，經由hypack測量軟件由三參數轉換至1954北京坐標，最終采用CASS軟件成圖。

單波束數據采用HYPACK測量軟件進行處理，主要刪除假信號，進行水位改正，最后生成XYZ文件，并與多波束水深數據進行比較。

本次測量主、檢比對符合情況：共比對126個重合點，最大互差為±0.3米，符合率為100%，符合規范要求。

5.其它應用

目前，Reson SeaBat7125型多波束系統主要用于航道疏浚驗收、海底礙航物掃測、水下考古、水文勘測、海底電纜鋪設、海洋研究和環境檢測業務等方面。

6.應用中需要注意的問題

（1）多波束換能器應安裝在噪音低且不易產生氣泡的位置，長期使用時應該固定安裝，盡量靠近船體中心位置；姿態傳感器應安裝在能準確反應多波束換能器姿態或測量船姿態的位置，其方向應平行于船的艏艉線。

（2）建立船舶坐標系后，各配套設備的位置與原點的偏移量應該采取多次測量的方式精確量取，讀數至1cm，取平均值作為測量結果。

（3）測線布設盡量平行于等深線的走向或潮流的方向，間距應不大于有效測深寬度的80%，重要水域還應加強，間距最好不大于50%，測線兩端應適當延長，確保船舶上線時各設備處于穩定狀態，同時應嚴格控制船速，以確保測量數據準確可靠。

（4）由于波束多，系統采集數據量比較大，因此在測量期間，要根據需要實時調整發射頻率，過濾多余的假信號，在確保數據質量的同時，適當減少后處理的工作量。

（5）測深精度與表面聲速的相關度較大，因此建議在使用過程加裝表層聲速儀，或另外測量表層聲速后輸入到7K控制中心。

（6）該系統易受頻率及諧波接近測深儀信號的干擾而產生較多假信號，因此測量時盡量不要和單波束同步作業，以免相互干擾影響數據質量。

交通運輸部.多波束測深系統測量技術要求JT /T 790-2010.