_水声纳_技术在浅水航道测量中的应用

　总第212期交　通　科　技

Serial No.212　2005年第5期Transportation Science &Technology No.5Oct.2005

收稿日期:2005205214

“水声纳”技术在浅水航道测量中的应用

刘如广

唐　健

石敏圣

(江苏省扬州市航道管理处

扬州

225003)

摘　要　在总结“水声纳”技术试验成果的基础上,提出应用“水声纳”技术于内河浅水航道测量的新方案,旨在通过科技创新,提高内河浅水航道水下地形测量的质量和效率。关键词　水声纳

浅水

航道

测量

浅水航道测量是内河航道整治工程前期工作

不可缺少的一个基本环节。长期以来,内河浅水航道水下测量主要依靠传统的测绳、标杆加小船,采用不连续间隔测量的方法,从实测、记录到制图等都是人工手动操作,方法原始、技术落后,误差大、工效低、周期长。近年来,国内航道、水利部门及一些科研单位从国外引进了一些单、多波束水下声纳测量设备,虽然对测量技术的改善与提高起到了一定的促进作用,但由于这些技术存在的固有不足,在应用时并不能够满足浅水航道(水深小于1m )的测量精度要求。内河浅水航道测量技术的落后,已严重制约工程规划的科学性、合理性,甚至引发工程实施者之间的纠纷。

为了解决上述问题,我们在对国内外大量先进测量设备进行研究的基础上,重点围绕“水声纳”技术进行攻关研究,形成了适合我国国情、具有我国特色的“水声纳”测量工艺。

1　“水声纳”技术简介

“水声纳”是一种新型的、专门针对浅水区域的水深测量系统。它与普通声纳测深仪一样,也

是利用声波水底反射来计算水深,但不同的是:“水声纳”的传感装置部分配有9个传感器,两侧各1个发送器,3个接受器,正下方的1个传感器发送兼接受;接受器用来产生相位差图像,再根据相位差图像的数据来计算底部坐标。它能够在一定宽度范围内进行水下地形扫描,扫描宽度最大可达140m ,测深范围为0.2～60m 。2　“水声纳”技术应用方案

根据我国的工况条件,经多次试验,将“水声纳”的勘测宽度选择在100～60m 模式,测量船工作时速控制在10km/h ;测量精度要求较高时,选择60m 或30m 模式,测量船工作时速控制在5～6km/h 。

通过光缆将外业采集的数据传输到数据中心

能是国家。所以,这些单位应加强监督和管理。对于检查中发现的问题,不能以罚代管,以罚了之,要从根本上解决问题。2110　调整目前不合理的运费指导价格

目前,超载有一定的市场需求和执法漏洞。其中,运费偏低是原因之一。国家的经济每年以7%以上的速度发展,相关的运输成本也在增加。而运输价格却是基本持平,有时甚至有所下降。再加之

各管理部门以罚款为主的管理模式,车主或运输企业不得不依靠超载来弥补低价运输和罚款造成的损失。这也是需要调整运输价格的原因之一。2111　设计标准应作相应提高

由于超载和特大型车辆发展速度较快,中型车的份额在下降。因此,设计时要针对区域间的货运特点进行经济技术比较,适当提高有特殊要求路段的累计当量轴载标准,以适应运输要求。

进行存储和处理的方案,采用系统软件后处理方式产生通用格式数据,可直接生成地形图、三维高程模型、建立数据库等。3　研究成果311　采集信息量大

水声纳传感器与多波束传感器发送的声纳波

比较见图1所示

。

图1　水声纳传感器与多波束传感器发送的声纳波比较图

通过比较,我们发现:水声纳传感器发送的声波是一个面,测出的数据是密集连续的数据;多波束传感器发送的声波是一定角度间隔的多个单波束,测出的数据是不连续的单点数据。由于“水声纳”测出的水深是密集连续的数据,取点密度最高可达(0.21×0.03)m/点。312　测量精度高

正常状态下,所选择的取点密度为1m 2/点,生成等深线和绘制断面图时,不需要再内插高程,保证了数据的准确、可靠性。对水深小于012m 的河床,“水声纳”测深的精度受到影响,但可通过平行于水面的传感器弥补精度的不足。通过传感器,可以测出水边线,从而为计算边坡土方量提供可靠的依据。在水深10m 、水宽60m 以内时,测量误差不大于10cm 。测量精度满足国际海道测

量组织(IHO )制定的IHO -44标准。313　外业采集效率高

以60m 或30m 宽的航道为例。测量模式采用精度双幅重叠测量法(考虑到航道船舶航行等因素的影响),测量船工作时速在6km/h ,有效工作时间6h/d ,可勘测航道18km/d ,全年有效作业时

间按200d 计量,全年可勘测航道3600km 。

以100～60m 宽的航道为例:测量模式仍采用双幅重叠测量方式,船工作时速在10km/h ,有效工作6h/d ,可勘测航道60km/d ,全年有效作业时间仍按200d 计量,全年可勘测航道6000km 。 通过比较分析发现:与其他单频超声波测深仪相比,“水声纳”的工作效率高出10倍以上。314　信息处理速度快

通过合理选择信息处理软件,可以使其功能满足内河航道测量的多种要求,而且操作更加简便,可一次快速成图。随着软件的不断升级,数据后处理所需时间可越来越短,效果将更加理想。如果另外再配置1台小型服务器和1套数据软件,数据后处理的速度和内业工作将与外业测量同步,效率将有更大提高。315　信息存取方便

采集数据时,可实现每5s 自动保存1次数据,1天8h 采集的数据量为5G ～20G B ,如采用“苹果”牌便携式小型工作站进行数据采集和后处理,可实现快捷、全数字化作业管理的双重效果。通过网络传输,经过处理的测量信息可瞬间传到管理者手中。4　应用前景分析

(1)“水声纳”的测深范围为0.2～60m ,这

无疑给存在大量边滩的内河浅水航道的测量带来

福音。

(2)在“水声纳”扫描的原始图像中,由于不同水下介质产生色差,有经验的测量人员可根据不同的色差,区分并识别水下0.2m 以上的石块等硬质物体。这使得机械测量向仿感观测量又迈进了一步,将扩大水下测量的内涵,增大水下测量应用范围。5　有待解决的问题

(1)在河底水草密集的区域,存在一定的测

量误差。目前只能通过选择在水草较少的季节进

行测量以解决这一问题。

(2)内河船舶通航密度大,在“水声纳”测量作业过程中,将不断与过往船舶并行或交会,一方面干扰测量作业,一方面使声纳接收器误读船舶反射波数据,既影响效率又影响测量精度。

我们拟作进一步的深化研究。

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