多波束测深系统在疏浚工程回淤监测中的应用

1、多波束测深系统在疏浚工程回淤监测中的应用摘要：随着测量技术的不断发展，扫海测深系统不断升级，在疏浚维护工程中， 多波束测深系统作为工程中一双明亮的眼睛，时刻指导着工程的施工，在疏浚工 程中多波束测深系统扮演着不可替换的角色。文章利用多波束测深系统在疏浚工 程的应用，结合当地施工情况，分析在工程受到泥沙回淤干扰过程中，多波束测 深系统如何提高多波束测深精度，提高了回淤分析报告质量，较好地指导工程施 工。关键词：多波束测深系统；疏浚工程；回淤分析1引言疏浚工程中测量数据成果的准确性直接影响工程质量的好坏，如何在一定条 件下提高测深精度，在测量过程中尽可能减少一些不必要因素引起的误差，对整 个测量过

2、程中测量质量的有效监控，确保水深测量成果的正确无误，对避免施工 质量事故的发生是尤为重要的。因此文章探讨了多波束测深系统在疏浚工程回淤 分析中如何尽可能提高测深精度，从而达到精准有效的分析工程回淤情况，指导 项目后续施工。2多波束测深系统本次回淤分析运用的多波束系统为R2Sonic 2024，其部分指标如下：（1）硬件技术指标：工作频率200到400KHZ实时可选，最大里程500m， 波束个数256，覆盖宽度1060。实时可选；（2）辅助设备：RTK定位接收机（TrimbleR7GNSS）、声速剖面仪（HY1200）、电子罗经（O CTANS）；（3）外业采集软件：PDS2000外业采集数据软

3、件；（4）内业处理软件：CARIS多波束处理软件。3工程概况纳米比亚位于南部非洲西海岸，南临南非，北临安哥拉，本项目位于鲸湾港， 地处纳米比亚西海岸，距离纳米比亚首都Windhoek约400km。鲸湾港是纳米比 亚最大的港口城市。施工范围主要如下：（1）1#及2#泊位该项目新建两个10万t级油轮泊位，泊位尺度为650mx65m，设计浚深标高 为-16.5mCD，边坡坡比为1： 7，允许超深为2.0m，超宽5.0m。（2）工作船泊位工作船泊位位于码头泊位南侧，设计浚深至-8.0mCD，边坡坡比为1： 7,允 许超深为2.0m，超宽5.0m。（3）港池掉头圆回旋水域港池掉头圆回旋水域设计标高为-1

4、6.5mCD，原海床面至-12.0mCD部分施工由 天航局耙吸船完成，项目部负责-12.0mCD16.5mCD部分施工。港池掉头圆回旋 水域面积约32万m2，边坡坡比为1： 7，允许超深为2.0m，超宽5.0m。纳米比亚油码头疏浚项目于2016年09月20日完成施工，为了进一步了解该 施工区内回淤情况并指导后续施工安排，在该区域无施工船舶的情况下，对施工 区域选定一块区域进行集中分析（见图1），项目部对该施工区域进行了 3次多 波束检测，采取时间间隔近两月为一周期，结合现场施工环境、土质及其他因素， 根据实际测量数据进行分析。因该工程项目验收时间的不确定性，而我方考虑到 后期船舶的退场计划，故

5、在该项目实施上留有一定的备淤。通过数据回淤分析对比，了解施工区的回淤速率等情况，对后期船舶施工安排起了重要指导作用。图1回淤分析区域示意图4测量数据分析如表1所示为油码头港池一区回淤分析报告，如图2所示为回淤厚度示意图。表1油码头港池一区回淤分析报告图2回淤厚度示意图分析：因施工区域有船舶来往，故在测量范围内并不能很好地完全覆盖整个 施工区域，因此项目部选定施工区域内某一区域（该区域在3次检测中，数据能 完全覆盖，并该区域距离附近其他施工作业项目有一定距离，尽可能提高分析区 域内的数据的有效性）。每期数据分析按固定标高计算，按固定标高计算该区域 内剩余土方量，面积一定即可得出该区域内的泥层厚度

6、（即高度）1。结论：通过3次多波束数据分析，自2016年10月2017年3月，该分析区 域存在0.122m的回淤量，平均每月存在0.020.03m的回淤量。5多波束系统测量质量分析在多波束测深系统中，由测量前的外业准备到出成果数据的内业完成，是一 个严谨的过程。在此次利用多波束系统检测回淤情况中，发现测量成果质量的好 坏与测量过程中的操作的把控存在非常大的影响。如图3所示为多波束系统安装 示意图。图3多波束系统安装示意图本项目验潮方式采用人工验潮，在靠近施工区域选取受风浪影响较小，便于 观测的验潮站；定位采用实时差分RTK技术定位模式。检测疏浚项目回淤情况，是个严谨的过程，其误差应尽量控制在最

7、小范围， 下面就此项目中遇到引起误差展开讨论。5.1测前准备多波束系统的组装是很严谨的，一个多波束测量项目的实施，在条件允许的 情况下，多波束测量船舶应该是有专门的测量船舶，也就是说测量项目的开始， 多波束系统组装完成后，以后的每次测量就不再拆装该船舶的多波束系统，这样 做的目的可以达到在以后的测量中几乎很多参数是固定的，包括相对定位、换能 器吃水等，这样可以避免多次的人为原因带来的累计误差。但是由于条件的限制， 并不能每个多波束测量项目都能如此。文章讨论案例正是如此，因条件限制，每 次多波束测量前，都是人工重装多波束测深系统，那么这就涉及多方面带来的误 差：（1）船舶自身影响：船舶吃水问题，

8、因本案例不是使用专门的多波束测量 船舶，本案例使用船舶为当交通使用的锚艇，因此船舶除测量外还需要担任其他 运输任务，那么船舶吃水并不是每期测量都相同，本次检测过程发现，船舶因吃 水问题，引发了船舶的稳定性，船舶的稳定性对多波束测量结果存在较大的影响， 这里说的稳定性与多波束测深系统中的横摇、纵摇有一定的联系，为了减少这一 问题引起的误差，项目部在每次测量前都会通知船舶尽可能地最大吃水，即满载， 结果发现船舶在一定稳定性下，测量成果更加真实、可靠的趋向一定真实系数2。（2）换能器吃水问题：要求在测量前做好刻度的标记，对回淤监测而言，刻度 的标记应在换能器吃水处标记多个，吃水刻度读数能达到厘米级，

9、由换能器吃水 引起的误差，将会影响测量成果厘米级至分米级的高差偏差。5.2测量过程中的把控分析区域的选择：在多波束回淤检测中，区域的选择对回淤分析结果有很大 的影响，因多波束测深系统是多个项的组合，多个项包括GPS定位系统，换能器 测深系统，姿态补偿系统等等，多个项的组合避免不了一些自身存在的误差，也 就是多波束测深系统自身客观存在的一些误差，就拿GPS定位系统来说，GPS定 位系统除了提供实时定位外，对多波束测深系统来说，GPS系统还提供时间同步 这一重要作用。时间同步是个很严谨的步骤，然而实际中并不能完全做到理论上 的时间同步，所以，多波束测深系统因一些客观原因，是无法消除一些客观存在 的

10、误差，我们只能尽量减少这些误差。因此利用多波束测深系统进行回淤监测， 为了能最大程度上反映测区的回淤实际情况，我们作回淤监测的过程中，应该考 虑的区域的选择，疏浚回淤分析是在极小范围高差内分析回淤，因此在选择分析 区域时：（1）尽量选取远离施工作业区；（2）在有施工船舶作业的区域内检测 时，应在船舶作业停止一定时间内再去检测，让施工区泥沙逐渐沉淀，有利于多 波束波束更好地穿透从而反映海底真实情况；（3）因上述讨论到多波束测深系 统客观存在的误差，以多期测量成果分析，这些客观存在的误差在水深方面体现 约在0.05m-0.1m不等，因此在选择回淤监测区域时，应选择具有代表性且区域 不宜过大，过大的

11、区域带来的整体误差大，累计差也相应变大，不利于数据成果 的分析。5.3测量数据的处理多波束内业处理是个严谨的过程，处理过程中步骤是环环相扣的，任何环节 的出错，都将使测量成果失去可靠性，因此在处理内业时应严格按照操作手册， 其次在删除假水过程中应仔细、严谨，根据海底实际情况修正水深点，一个水深 点的错误删除都可能带来至少0.1m水深改变。6结束语综上所述，多波束测深系统在以后扫海领域将运用得越来越广泛，多波束测 深系统精度也将在未来不断得到提高。文章讨论利用多波束进行回淤分析遇到的 几点影响较大的误差来源，也是在多波束测深系统领域中较为普遍、较为容易发 生的误差，针对各种误差，需秉着严谨的态度，在日常的测量工作中，认真仔细 完成每一步每一环节的测量