多波束在土方计算中的应用曹玉生

1、多波束在土方计算中的应用曹玉生摘要：目前，我国的陆地地理信息数据比较丰富，但是水下的地形数据相对单 一。在获取水下地形信息数据方面，水下地形测量因其局限性大、成本高、作业 效率低，常规人工测量方法难以开展。无人测量船系统优势明显，已被持续应用 到水下地形测量中，极大地提高了水下地形测量工作效率与质量。本文以实际工 程案例对华测6号无人船搭载多波束传感器的水下测量精度及效率进行了无人船 测试，如下结合无人船参数及部分项目数据进行总结。关键词：多波束无人船；水下测量；土方计算1多波束测深误差分析及改正1.1多波束测深误差分析（1）水下噪声导致的测量误差噪声产生的原因是多方面的，在气候情况恶劣之时，

2、多波束测深系统采集到 的数据基本上涵括较大的噪声成分，而通常人为噪声则是由于人员的生疏操作或 一些参数的不合理设置所造成的。这些噪声都是不可避免的。（2）声呐参数偏差导致的测量误差声呐参数偏差的测量误差主要是由校正水域和勘测水域水深之间的声场差异 引起的。在进行水下勘测时需要定期的重新标定声呐参数，否则也会导致测量误 差。（3）声速剖面误差导致的测量误差声速剖面主要反映声速随海水深度变化的规律，在测量过程中，多波束的声 波传播依赖于水介质，它利用发射信号与接收信号的时间通过声速剖面计算出水 域的深度。因此，声速剖面误差对测量的精度具有显著的影响。1.2多波束测深数据的综合处理方法（1）多波束数

3、据编辑编辑多波束测深数据的方法有很多种，但原理基本相同。水深值的数据编辑 方法通常分为两类：计算机自动识别和手动识别。通过多波束的数据编辑后基本 可以消除由于水域噪声因素所导致的测量误差。（2）声呐参数后处理改正对于非海洋噪声导致的测量误差，其无法通过数据的编辑进行消除。需要通 过对应的方法来消除相应的误差。在声呐参数后处理过程中首要便是进行横摇角 度偏差的处理，如此才可消除勘测地区的航迹方向的虚假地形。（3）声速后处理改正在导致测量误差的众多因素中，声速剖面的不准确也是其中的一个重要因素。 针对声速曲线导致的测量误差通常的使用的方法为：重新拟合最佳声速剖面； 重构等效声速剖面法。针对多波束测

4、深系统的测量数据误差需要依靠多种方法 进行综合处理，同时还要结合人机交互的方式进行反复处理。2华测6号无人船测量系统2.1声纳传感器参数华测6号无人船测量系统主要由船体、多波束传感器及内业处理软件组成。2.2 探测仪一般的一体化测深仪放置于无人船上的测深仪在船离开岸边之后，就无法对 其操作，也就无法实时查看测深数据。对测深仪的控制、软件参数的修改，只能 在将无人船拖上岸之后才可进行。华微6号无人测量船搭载华测测深仪，在岸上即可遥控，软硬件分离有效规避因设置测深仪导致船体频繁出入水。其特点主要有：（1）高精度：目前国内测深仪最高精度：测深精度为1cm+0.1%xh （h为水 深值），200KHZ

5、专用高频超声换能器，专注于0.3-300浅水测深能力，完美解决 浅水测量的困扰。（2）轻便小巧：高度集成电路成就小巧轻便的身材，整机尽0.9公斤，尺寸 为：24cmx16cmx5cm，主机完全模块化设计，生产，检测，维修简单方便，预留 二次开发的接口，为产品的进一步升级创造空间。（3）抗干扰强：先进的水深分析软件，自动过滤二次回波，专业的定深设 置功能，剔除杂波的干扰，确保水深的正确性。（4）稳定可靠：先进的水底门跟踪技术和脉宽选择技术保证了在水底地形复 杂情况下的数据稳定可靠。3工程应用实例3.1工程概况东安鱼塘项目位于通州湾北侧、如泰运河南侧，采用无人船量测的鱼塘共计 102个，受现场地形

6、及交通条件影响，实际测量时，部分鱼塘集中部分鱼塘较为 分散。由于水上及水下都布设有固定制氧机牵引绳，导致测量时无法采用航线规 划功能，只能采取手动遥控。在测量的整个过程中，通过控制点精度控制、航行定位质量控制、船体纵倾 横滚控制及不符值误差控制等控制手段保证测量成果的准确度。在此基础上，精 确计算了设计标高所需填方量及实际需求土方量，满足工程建设和规划设计的需 求。3.2施测方法（1）开始作业前，首先设置测量软件的投影和坐标参数，对测深仪、笔记本 等仪器设备进行检查，保证设备完好；（2）对实验区进行观察，初步确定无人船行进路线（鉴于试验区河塘形状不 规则，部分区域水草较茂密，本次试验采取手动的

7、航行方式）;（3）无人船入水，操作人员站在视野开阔的地方，手动操作无人船航行，无 人船按照20米左右进行断面式水深和坐标数据采样；（4）回收无人船，搬运至下一个试验区，进行下一个河塘的测量；（5）全部测量完成后，将数据导出，整理内业、编制绘图。3.3高程较差以两种测量方法对同一鱼塘进行高程测量并比较，计算两种方法的高程较差 及较差中误差，如表1所示。3.4 土方量计算通过绘制出每个断面的断面图。根据设计时所定下的航道底宽、航道底标高 和边坡比就很容易的得到所需要开挖的水下土方范围。土方量计算精度的高低直 接影响建设工期和工程效益。基于DEM/TIN计算土方量，其实质是运用栅格相减 实现地块的土方量计算。其原理为二次积分求测区范围的立面体积，即利用测区 标高栅格数据和测区3D水下地形模型之正负差，并以单位三角立柱体积为积分 单元，累加测区范围所有TIN三角立柱体积。4结论水下地形是不可见的，是城市建设中的重点关注对象之一。本文通过无人船 载多波束测深仪进行实际水下工程地形测量，并根据水下地形成果实现基于TIN 的挖填方量估算，精确表述地形特点，对城市建设过程合理进行土石方平衡规划 设计，加快建设进度，合理调配资源，有重要意义。参考文献刘力,孙再刚，简波，等.单波束测深仪水深粗差检测与修正