浅地层剖面仪和多波束系统在围堤施工中的应用.docx

1、浅地层剖面仪和多波束系统在围堤施工中的应用王正虎，行莉（宁波上航测绘有限公司，宁波315200）摘要：介绍了浅地层剖面仪和多波束系统工作原理，并针对围海造陆中围堤筑造施工特点，采用浅地质割面仪和多波束系统进行探测，使国堤筑造的质量和位置精度控制得到有效的提高。关健询：水下地形测量；多波束系统；浅地层剖面仪；圈海造陆；图堤施工力，能够有效穿透海底数十米的地层。浅EdfelKteJiMP216S播俭EdgeTecbJIMP便fl式甲板图1浅地层剖面仪构成1前言海堤施工过程中，在其露出水面前，其形状、平整度对施工质址、成本控制起到极其重要的作用。但受制于技术水平，施工中海堤的水下形状和平整度一直无法

2、获得清楚、准确的数据或图像，使该阶段的海堤施工一直只能凭经验进行水下形状、平整度判断，施工质最、进度、成本都受到了影响。在舟山金塘木吞工程中，为了准确了解海堤水下的形状、平整度，根据浅地层剖面仪与多波束系统的各自特点，用浅地层剖面仪和多波束系统结合进行了尝试，取得了很好的效果。2成图原理及特点多波束测深系统和浅层剖面仪具有相似的工作原理：由安装在船底或悬挂在船舷的换能器探头，或安装在拖体上的换能器探头向探测水体发射声波，声波遇到海底或障碍物后产生反射和散射回波，换能器探头接收到回波信号后，处理单元根据回波振幅和相位计算声波传播时间。再根据勘测水体的声速剖面计算声波的实际传播距离，然后根据发射开

3、角，及运动传感器的姿态参数（探头载体的横摇、纵摇和摆动角）计算回波信号的位置和水深值，同时也记录下回波的振幅和强度信息。这两种海底探测设备的主要差异在于：由于探测目标的不同，换能器发射声波的频率和强度存在差异，一般高频用于探测中、浅海水深或侧扫图像信息，低频用于探测深海水深或浅层剖面信息。高频能够提高分辨率，低频能够提高声波作用距离和穿透强度。2.1多波束测深系统多波束测深系统是当代海洋基础勘测中的一项高新技术产品，利用安装在船底或悬挂船舷的换能器阵，以一定频率向探测水体广角定向发射声波，并通过换能器阵多通道接收声反射和声散射信号，根据声速剖面及运动传感器的姿态参数换算获取水体下伏介质的高密度

4、条幅式水深、振幅和反向散射数据。与传统的单波束测深不同的是，多波束测深获取的是海底高密度、高精度、全覆盖条幅式数据，极大地提高了工作效率。随着高新技术的快速发展，多波束系统也迅速更新，性能逐步提升。如美国sonic公司研发的第五代嵌入式处理器宽带可变频sonic2022/2024系列多波束系统代表了当前世界最先进的水下声学技术，量程分辨率为】.25cm,拥有200kHz到400kHz范围内可供实时选择的20种不同工作频率，扫测条带覆盖宽度为10。到160。的大开角范围，改变工作频率和覆盖宽度时不需要停机或停止记录，操作十分方便，可提供水下精细实时三维显示。2.2浅地层剖面仪系统浅层剖面仪与多波

5、束测深一样具有类似的工作原理，其区别在于浅层剖面仪发射频率较低,且产生声波的电脉冲能量:较大，发射声波具有较强的穿透层剖面与单道地震剖面类似，但分辨率要高得多，有的系统在中浅水勘测，其分辨率甚至可以达到几埋米。通过浅层剖面可以探测海底浅层结构和沉积特征，可以用于解释浅层地质构造和火山岩浆活动特征.还可以用探测富钻结壳的分布状况根据发射声波类型可以分为两种:种采用调频声波发射与匹配滤波相关技术以达到较好的期沉效果.另外种采用大功率电脉冲声源以达到高分辨率根据探头安装位曾.也可分为船裁型和拖体则两种如EdgeTzh公司生产的一种高分辨率宽带调频浅地层剖而仪31OOP系统采用全频潜CHIRP技术，其

6、分辨率可达4cm,穿透能力可达80m3应用案例3.1任务来源及探测内容舟山市金塘木布集装箱物流果地陆域形成r.程于2011年5月JFT海域开而积约197m2,新建围堤长约2710m围堤为袋装沙堤心靖构.底层采用沙被上打塑料排水板定基,袋装沙梭体上做护坡等E艺2012年4月初整个脚噌已完成通长沙袋铺设，部分断而完成水F两层袋装沙铺设应项目部施丁.需要.决定2012年4月底对施区围堤铺设区域进行次浅地层剖面仪探测和多波束扫测.根据探测形像和扫测水深成果,对围堤铺设过程中地质变化和围堤底层沙被是否滑移等情况进行监测.掌握水下围堤铺形成情况有效提高IK1堤铺设质量.降低施丁.风险3.2现场探测实施舟山

7、市金塘木乔集装箱物流坚地陆域形成I：H.施I区船舶多、布设锚绳杂乱、围堤顶部水深较浅等因素给探测带来极大困难本次使用美国E<lgrTech公司生产的3I00P型浅地层剖血仪系统和R2SONIC公<生产的sonic-2022型多波束系统进行探测，采用TrimbleDCPS平面定位仪器设备先进、性能可靠。3.2.1采用Tech3100P浅地层剖面仪进行探测(1)浅地层剖面仪外业数据采集本次探测区域水深在10m左右，施工船舶较多,船舶行驶不便而探测主要II标是探测围堤铺设区域地质沉降变形等情况.以及确认围堤铺设宽度、厚度是否符合设计要求,是否偏离设计围堤轴线等情况探测计划线以垂直围堤轴线

8、铺设，采用船舷式拖伯.,根据拖鱼位置与GPS位置的相对偏移值进行修正.将显示的定位点转移到浅剖拖角出为提高精度，采用Trimble商带度DGPS定位,定位信号送至导航系统.指示与驶员按测线航行船只船速控制在3-4节.同时定位信号传送至浅剖I：作站，通过作站导航口记录在图像信号上浅地层剖面数据采用DiscoverSB软件进行采集.在Dis(ovei6B软件的控制面板中设置好发射频率、发射模式、底跟踪等各项参数，保证外业采集影像清晰可辨，现场采集影像如图2所示图2浅地廛剖面仪探测围堤断面影像图(2)影像判读勺分析将外业采集的影像信号进行|51放,经过滤波及多次波抑制等处理后，根据本施匚区域I.前地

9、址勘察的浅利影像及钻孔资料比对.町以判读出围堤处影像图如图3所示根据影像町以计算出闱堤此断面宽度为115m左1,与设计铺设宽度120m比较相符.围堤K泥层明显卜沉.但围堤没有侧移现象.围堤铺设比较正常。图3围堤断面影像图3.2.2Sonic2022多波束系统扫测(1) 多波束外业数据采集根据浅剖探测数据分析.整个拇堤铺设施正常,未发现异常问题，但浅剖数据不能获得闱堤高精度的空间信息，无法精确评估施I.迎度为获取整个IH1堤铺设顶而坏高及围堤铺设-二.维图.采用52022高分辨率多波束系统进行国堤全覆盖扫测根据测区特点沿闱堤轴线方向布设计划线.根据水深情况合理选抒测线间距，保证全盖扫测本次采用商

10、精度TrimbleDGPS进行定ft.riva软件进行外业导航与数据采集扫测范围水深较浅，外业选择300kHzR作频率.150。开角进行扫测(2) 多波束数据内业处理多波束数据处理及水深数据三维显示采用Caris7.()软件的HIPS模块进行,在线模式F对外业采集数据进行各传感器安装偏差进行改正，对水深数据设定各项合理的过滤参数删除大部分的假信号,处理的顺序是：1)根据校仪数据求取设备安装的系统偏差伉(Roll.Pitch.Yaw)，建立船型文件；2)对数据进行潮位改正;3)对水深数据进行声速(SVP)改正;4)数据进行合并，产生位置及深度;5)定义实测地域图，建立水深数据曲面，检在编辑数据，

11、剔除水深噪声数据，生成测区水深数据及围堤三维图111于测区围堤顶部水深较浅,施工区船舶较多，锚绳铺设杂乱，测量船舶无法进入围堤内侧测址.因此只获得围堤及外侧数据，水下围堤三维图如图4、图5所示，图4水下围堤三维图图S水下围堤三维图根据以1：水下围堤三维图.图4可以苴观的看：1；整个围堤铺设的情况,以及围堤各层沙袋铺设是否到位，有没有袋装沙袋破漏等情况；而图5中加载围堤施匚设计图,红线及数字是围堤设计铺设底层沙袋的边线及编号,根据多波束扫测三维图显示，底层袋装沙铺设基本到位，沙袋与沙袋间镶诚紧密，无缝隙、无破袋等情况。而且还可以根据三维影像上的商程信息检测各沙袋是否达到设计标商等工作。这样可以直

12、观、有效的控制围堤铺设质诉,减小施风险。4结语多波束系统和浅地层剖面仪系统企围海造地图堤铺设中的综合应用，充分发挥r设备各自的特点，弥补单一设倍的不足性，增强了不同设备之间的瓦补性，扬长避短,可以更全面高效、准确地获取水下闱堤铺设中的综合信息0本文采用浅地层剖面仪凹以准确的对围堤铺设中围堤和海底地质结构沉降、变形进行有效监测，防止旧堤侧滑移位等问题；而多波束系统可以采集高精度的空间信息,可以形象直观的看到水F围堤形成情况，有效控制施进度,从而提高工程质址,降低施1：风险。随着各种先进海洋探测设备的发展与普及，多种技术设备的综合应用逐渐杼代r以往单一的探测手段，是未来海底目标探测技术的发展方向。参考文献：1 CAKISHIPS&SIPS7.0U