(完整版)多波束测深与测扫声呐的比较
多波束测深与测扫声呐的比较：
（1）侧扫声纳是目前常用的海底目标(如沉船、水雷、管线等)探测工具,在测深领域,多波束以全覆盖和高效率证明了它的优越性。由于多波束具有很高的分辨率,目前在工程上已经开始应用多波束进行海底目标物的探测。
（2）多波束的最大优点在于定位精度高,但其适用范围不如侧扫声纳广泛,尤其受到水深和波束角的限制,多波束和侧扫声纳在探测海底目标时具有很好的互补性,同时应用可以提高目标解译的准确性。
（3）侧扫声纳能直观地提供海底形态的声成像,但这种声像只能由目标影子长度等参数估计目标的高度,所以对数据解译人员的要求很高。多波束测深系统主要用于进行水下地形测量。
（4）探测目标机制的差异：多波束是一种测深工具而并非成像系统,无法直接在记录纸上进行打印,必须先构建数字地形模型(digital terrainmode,l DTM)，再根据DTM构建地貌影像图，从而能够反映细微的地形起伏所导致的坡度和坡向变化;此外,多波束的中央波束探测效好，边缘波束效果差;多波束采用三维可视化的方法进行目标判断,在3D GIS系统中可以直接提取目标物的平面位置和高度,还能够从不同的角度进行观察,便于掌握目标物的形状特征。但是,除非我们在进行测深的同时采集反向散射强度信息,否则我们无法得到与目标物的底质类型相关的信息,因此,多波束比较适合于沉船或者管线等容易根据形状进行判断的目标。
现在的侧扫声纳技术有两个缺点,首先它的横向分辨率取决于声纳阵的水平角宽,分辨率随距离的增加而线性增大,其次它给不出海底的准确深度。当前只有两种声纳可做海底三维成像,即等深线成像和反向散射声成像,前一种是多波束测深声纳(如Multi
-beamSonarSystem) ,后一种是测深侧扫声纳。总体说来,前者适宜于安装在船上做大面积测量,后者适宜于安装在各类水下载体上,包括拖体、水下机器人(AUV) 、遥控潜水器( ROV ) 和载人潜水器(HUV) ,进行细致的测量。
侧扫声纳通常安装在拖体上,其到海底面的距离是可以调节的,而多波束换能器大多数固定安装在船体上,随着水深的增大,换能器至海底的距离增加,导致波束与海底面的接触面即脚印
变大,所以多波束垂直于航行方向的分辨率降低。此外,水深增大也导致换能器单位时间内能够接收到的有效声信号数目(即采样更新率)减少,因此沿着航行方向的分辨率同样降低。
侧扫声纳不存在波束角的问题,而Seabat8101的波束角为115b,每个声波波束与海底面的接触面被视为一个水深点,因此波束角的影响与水深是正相关的。
在同样的海况条件下,多波束数据的信噪比常常比侧扫声纳图像要高,这是因为多波束的旁瓣波束被有效压制,因而没有假回波。
多波束的定位精度比侧扫声纳要高2~5m。这是因为,一方面多波束的平面位置误差传递方程比侧扫声纳系统要简单;另一方面多波束系统中的电罗经和船资测量传感器具有很高的精度,可以精确地测定船体的姿态和船首向;此外,多波束系统的校正比超短基线要容易,各种系统
误差的消除也更为彻底。因此,对于多波束靠近中央波束所探测到的海底目标,可以认为其定位精度近似地等于GPS本身所能提供的精度。
多波束的优点在于定位精度高、噪声少、能够进行三维可视化分析,但其适用范围不如侧扫声纳广泛;侧扫声纳的优点在于拖体距海底面的高度容易调节、具有很高的分辨率、能够区分目标物的底质特征,缺点是定位精度稍差并且容易受工作环境的影响产生噪声。
Seabeam2112系统和EM120系统之间的对比
由于这两套多波束系统是世界范围内使用最为广泛的两套多波束测深系统，因此拿他们作对比，从而选择出最适合此次调查的系统。
SeaBeam 2112多波束系统工作时，只能采用等角工作模式，波束间距为1°，在测量中，虽然可以控制其条幅开角，但条幅增大或减小，相应波束数也会增加或减小。等角工作模式，意味着波束横向间距是随着波束角的增大而增大的，中间波束间距相对较小，越往边缘，波束间距不断增加。
EM120多波束系统除与SeaBeam系统相同的等角工作模式外，还有等距工作模式，这种工作模式在实际测量中非常重要。实行等距工作模式，保证了每次发射接收到的波束，即每个条幅内的波束，它们的间距基本相等。
SeaBeam 2112多波束系统及EM120多波束系统在其技术指标中，都明确表示达到了IHO 所要求精度[2]，全部波束测量水深相对误差小于水深的0.5%。
在相同测量区域，EM120系统测量数据相对SeaBeam2112系统更密、更均匀，能够绘制更详细、更大比例尺地形图。
通过对EM120和SeaBeam2112多波束系统实际测量资料的对比，在数据密度方面，EM120系统数据分布均匀，SeaBeam系统波束水深条幅中间数据较密，而边缘波束间距相对较大。从地形剖面的比对看，两套系统测量精度基本相同，相对误差只有0.29%。在数据密度能满足成图要求的格网间距时，绘制小比例尺的地形图（如1:25万）进行比较，两系统测量结果具有很好的一致性。但是，EM120系统测量数据相对SeaBeam2112系统密度更大、更均匀，能够绘制更详细、更大比例尺地形图。
(完整版)多波束测深与测扫声呐的比较
多波束测深与测扫声呐的比较： （1）侧扫声纳是目前常用的海底目标(如沉船、水雷、管线等)探测工具,在测深领域,多波束以全覆盖和高效率证明了它的优越性。由于多波束具有很高的分辨率,目前在工程上已经开始应用多波束进行海底目标物的探测。 （2）多波束的最大优点在于定位精度高,但其适用范围不如侧扫声纳广泛,尤其受到水深和波束角的限制,多波束和侧扫声纳在探测海底目标时具有很好的互补性,同时应用可以提高目标解译的准确性。 （3）侧扫声纳能直观地提供海底形态的声成像,但这种声像只能由目标影子长度等参数估计目标的高度,所以对数据解译人员的要求很高。多波束测深系统主要用于进行水下地形测量。 （4）探测目标机制的差异：多波束是一种测深工具而并非成像系统,无法直接在记录纸上进行打印,必须先构建数字地形模型(digital terrainmode,l DTM)，再根据DTM构建地貌影像图，从而能够反映细微的地形起伏所导致的坡度和坡向变化;此外,多波束的中央波束探测效好，边缘波束效果差;多波束采用三维可视化的方法进行目标判断,在3D GIS系统中可以直接提取目标物的平面位置和高度,还能够从不同的角度进行观察,便于掌握目标物的形状特征。但是,除非我们在进行测深的同时采集反向散射强度信息,否则我们无法得到与目标物的底质类型相关的信息,因此,多波束比较适合于沉船或者管线等容易根据形状进行判断的目标。 现在的侧扫声纳技术有两个缺点,首先它的横向分辨率取决于声纳阵的水平角宽,分辨率随距离的增加而线性增大,其次它给不出海底的准确深度。当前只有两种声纳可做海底三维成像,即等深线成像和反向散射声成像,前一种是多波束测深声纳(如Multi -beamSonarSystem) ,后一种是测深侧扫声纳。总体说来,前者适宜于安装在船上做大面积测量,后者适宜于安装在各类水下载体上,包括拖体、水下机器人(AUV) 、遥控潜水器( ROV ) 和载人潜水器(HUV) ,进行细致的测量。 侧扫声纳通常安装在拖体上,其到海底面的距离是可以调节的,而多波束换能器大多数固定安装在船体上,随着水深的增大,换能器至海底的距离增加,导致波束与海底面的接触面即脚印 变大,所以多波束垂直于航行方向的分辨率降低。此外,水深增大也导致换能器单位时间内能够接收到的有效声信号数目(即采样更新率)减少,因此沿着航行方向的分辨率同样降低。 侧扫声纳不存在波束角的问题,而Seabat8101的波束角为115b,每个声波波束与海底面的接触面被视为一个水深点,因此波束角的影响与水深是正相关的。 在同样的海况条件下,多波束数据的信噪比常常比侧扫声纳图像要高,这是因为多波束的旁瓣波束被有效压制,因而没有假回波。 多波束的定位精度比侧扫声纳要高2~5m。这是因为,一方面多波束的平面位置误差传递方程比侧扫声纳系统要简单;另一方面多波束系统中的电罗经和船资测量传感器具有很高的精度,可以精确地测定船体的姿态和船首向;此外,多波束系统的校正比超短基线要容易,各种系统 误差的消除也更为彻底。因此,对于多波束靠近中央波束所探测到的海底目标,可以认为其定位精度近似地等于GPS本身所能提供的精度。
两种深水多波束测深技术的对比
刘方兰余平肖波罗伟东 （广州海洋地质调查局广州 510760） E-mail：lflhome@https://www.360docs.net/doc/1017379715.html, 摘要：近年来，在深水进行多波束水深测量使用最多的是SeaBeam2112系统和EM120系统。本文作者根据这两套系统在相同海域的实测资料，进行了数据密度、地形剖面以及不同比例尺成果图的对比，两套不同系统在深水测量具有较好的一致性，但EM120系统测量数据相对密度较大，分布均匀，可以绘制更大比例尺地形图。 关键词：EM120 SeaBeam 多波束测深比较 中图分类号： P24 至2006年底，我国海域200m以深海域已经完成了大约80％面积的多波束全覆盖水深测量，主要使用的测深系统有SeaBeam2112、SeaBat 8150以及EM120系统。随着国土资源大调查项目的开展，深水海域多波束水深测量仍将继续进行。目前，多波束测深技术的已经普及，专业海洋调查船一般都会固定安装的多波束测深系统，而且多波束测深技术还在不断发展与更新，这样，用于水深测量的多波束系统的种类还会越来越多。不同种类的多波束系统的实际测量效果如何？它们的测量精度如何？它们的测量结果有何区别？这些都是我们关心的问题。本文利用2004年6月SeaBeam2112和Em120两套多波束系统在南海北部相同海域测量资料，对两系统测量数据密度、测量精度以及成果图等进行了比较。 1.深水多波束系统简介 测深范围在5000m以上的深水多波束测深系统主要有SeaBeam系列、EM系列、SeaBat 系列和DS系列四种，我国目前拥有其中前三个系列的深水系统：SeaBeam 2112系统、EM120多波束系统和SeaBat8150系统。SeaBeam2112多波束系统是美国SeaBeam公司声纳技术军转民的第二代产品，工作频率12kHz，测量水深10～11000m，波束大小为2.0°×2.0°，最大波束数151个。80年代以来，SeaBeam2112系列多波束系统大量应用于海洋地形地貌测量。EM120多波束系统是Kingsberg Simrad公司90年代中后期产品，工作频率与测深范围与SeaBeam2112系统一样，波束大小有1°×1°～2.0°×2.0°，最大条幅开角140°，最多可以接收191个波束。由于该系统良好的的技术性能，很快成为全球海洋测量使用较多的深水多波束系统，目前在世界上拥有最多的用户。新的SeaBat8150系统技术指标相对其他系统，其深水测量的分辨率具有明显的优势，但因国内用户少，没有实际应用的资料。 广州海洋地质调查局于1994年在国内率先引进SeaBeam2112多波束系统，安装于“海洋四号”船上。多年来，“海洋四号”船多波束测深的范围遍及南海、东海、太平洋，覆盖的面积超过了40万平方公里，取得了大量的实际资料，特别是在南海，由于使用了差分GPS 定位，多波束测量资料精度高，质量可靠。中国大洋协会属下“大洋一号”科学考察船早期于1995安装了同样的SeaBeam系统，但2003年把SeaBeam2112系统更新为现在的EM120系统，2004年已经正式投入使用。国内还有一些海洋调查和研究机构也装备有不同型号的深水或中深水多波束系统，但公开的资料少，特别是很少有可进行对比的测量资料。2004年6月，拥有EM120系统的德国太阳号来到南海进行调查，为SeaBeam2112、EM120这两套深水多波束系统的实测对比提供了条件。
多波束勘测系统工作基础学习知识原理及其结构
第二章多波束勘测系统工作原理及结构 多波束系统是70年代兴起、80年代中、末期又得到飞速发展的一项全新的海底地形精密勘测技术。它是当前兴趣的焦点，因为它既有条带测深数据，又同时可获取反映底质属性的回波强度数据(Laurent Hellequin et al.,2003)。该技术采取广角度定向发射和多通道信息接收，获得水下高密度具有上百个波束的条幅式海底地形数据，彻底改变了传统测深技术概念，使测深原理、勘测方法、外围设备和数据处理技术诸方面都发生了巨大变化，大大提高了海底地形勘测的精度、分辨率和工作效率，实现了测深技术史上的一次革命性突破（李家彪等，2000）。多波束系统的工作原理与传统的单波束回声测深仪工作原理类似，都是根据声波在水下往返传播的时间与声速的乘积得到距离，从而得到水深。不同的是单波束测深仪一般采用较宽的发射波束（8°左右）向船底垂直发射，声传播路径不会发生弯曲，来回的路径最短，能量衰减很小，通过对回声信号的幅度检测确定信号往返传播的时间，再根据声波在水介质中的平均传播速度计算测量水深。在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个换能器单元的阵列，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角的波束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束。除换能器天底波束外，外缘波束随着入射角的增加，波束在倾斜穿过水层时会发生折射，同时由于多波束沿航迹方向采用较窄的波束角而在垂直航迹方向采用较宽的覆盖角，要获得整个测幅上精确的水深和位置，必须要精确地知道测量区域水柱的声速剖面和波束在发射和接收时船的姿态和船艏向。因此，多波束测深在系统组成和测量时比单波束测深仪要复杂得多（周兴华等，1999）。 §2.1 多波束勘测系统的工作原理 2.1.1 单波束的形成 2.1.1.1 发射阵和波束的形成 一个单波束在水中发射后，是球形等幅度传播，所以方向上的声能相等。这种均匀传播称为各向同性传播（isotropic expansion），发射阵也叫各向同性源（isotropic source）。例如，一个小石头扔进池塘时就是这种情况，如图2.7所示。
多波束测深系统声速校正
多波束测深系统声速校正 3 何高文 (广州海洋地质调查局二海,510760) 摘要 海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,声速剖面正确与否直接影响测量结果的精度和可靠性。本文阐述了声速对多波束水深测量的影响机理,并通过对南海SA 12试验区采集的声速资料的分析,以SeaBeam 2100多波束测深系统为例,对声速校正的技术方法进行了探讨。 关键词 海洋 声速校正 多波束测深 SeaBeam 2100测深系统中图分类号:P 73312 文献标识码:B 前言 自1994年原地矿部引进第一套多波束测深仪(SeaB eam 2100系统,安装于“海洋四号”船)以来,我国先后引进了多套深、浅水多波束测深系统,在大洋矿产资源调查和目前正在开展的近海大陆架及专属经济区的地形勘测中,发挥了巨大作用,引发了一场海底地形测量的革命,为有效地维护国家权益和即将开展的海域划界作出了很大贡献。 如何保证测量数据的精度及其可靠性,是任何测量仪器必须关注的问题,多波束测深仪也不例外。作为一种有别于传统单波束测深仪的水深测量仪器,影响多波束测深数据的因素 有很多,其中海水声速(简称“声速” )是重要的因素之一。下面以SeaB eam 2100系统为例,探讨声速对多波束测量数据的影响以及声速校正的技术方法。 由于SeaB eam 多波束测深系统的水深测量值是根据发射声波的往返时间与声波在海水中的传播速度来确定的,因此,及时为系统提供当时当地准确的声速值是获取可靠水深测量数据的基本保证之一;此外,多波束测深系统对所输入的声速数据量有一定的限制,不同的数据取点,也将对测量结果产生影响。与传统的单波束测深仪相比,多波束测深仪对声速的要求更为严格(见后述)。所以,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须进行声速校正。通过对南海SA 12试验区海水声速系统测量结果的研究,获得了声速变化规律的认识,从而为SeaB eam 系统的声速校正提供科学依据。 1 声速影响因素 海洋中的声速是一个比较活跃的海洋学变量,它取决于介质中的许多声传播特性,随季 收稿日期:2000204220第19卷 第4期2000年12月 海 洋 技 术O CEAN T ECHNOLO GY V o l 119,N o 14 D ec,2000
浅谈影响多波束测深系统数据质量的几个问题
浅谈影响多波束测深系统数据质量的几个问题 为了为海图的数字化管理及更新提供高精度的数据,在多波束测深系统的应用过程中,正确设置并校正其各个设备之间的安装误差显得尤为重要。通过不断的实践,本文总结了影响多波束测深精度的几个问题,并采用正确的校正方法得以解决,确保数据质量。 标签：GPS延时纵摇偏差横摇偏差艏摇偏差 0 引言 目前多波束系统正逐渐普及,并在海上油田井场调查、航道疏浚、港口测量、大陆架经济区勘测等领域得到广泛应用,可以进行高精度、全覆盖水深测量,实现了由线到面的飞跃。多波束测深系统连接设备比单波束测深要多并复杂,一套多波束系统由多种设备或传感器组成,为了得到真实世界中精确的三维水深坐标必须考虑各设备间的安装误差,并通过不同校正方法改正其姿态。本文以多波束SeaBat 8125和软件PDS2000为例,总结了影响其测深精度的几个问题。 1 多波束系统主要组成 ①RESON SeaBat 8125:频率:455kHz;测深分辨率:6mm;覆盖角度:120°;最大测深范围:120m;波束数:240;沿航线波束角:1°;垂直航线波束角:0.5°;最大船速:12节;最大发射速率:40次/秒。②OCTANS光电罗经、运动传感器:真北方位精度:0.1 °;稳定时间:5分钟;纵横摇分辨率:0.01°;升沉精度:5%。③GPS信标机④PDS2000数据采集软件⑤HY1200声速剖面仪。 2 影响系统精度的几个问题及采用措施和校正方法 水中的声速:海洋中各处的声速都可能不一样,它取决于以下三个参数:盐度变1ppt=声速约变1.3m/s;温度变1°C=声速约变3 m/s。压力:165米深度变化的影响相当于温度变1°C。针对参数,使用hy1200声速剖面仪测前和测后两次测量水中声速,并将声速曲线应用到数据后处理中。背景噪声:在测量过程中,由于声纳、船体电子、气泡断裂、螺旋桨和发动机引起的自身噪声一般可以控制,而其他声源如波浪、潮汐、流速、地震、海洋生物和其它船只引起的环境噪声,一般不可控制。在自身噪声控制中,可以采取以下措施:①在换能器上安装导流罩,设计流体型船体形状,改变声纳头到船壳的高度等,可使水流气泡的影响最小化。②仔细选择声纳头安装位置,远离船主机、副机、泵和螺旋桨,并保证声纳杆舷侧安装稳定牢固,超出船底。③增益的选择:当水深小于等于5米时,可以使用固定增益;当水深大于5米时,采用TVG自动增益。TVG的确定主要取决于Absorption和Spreading Loss两个主要参数,在干净的淡水中,或者在海底具有很好的反射体的水中时,两个参数设置通常较低,反之,较高。校正:在进行多波束校正之前,首先选择良好的海况和特定的海底地形(有明显水深变化如航道和港池的边坡)上采集数据,安装一次就要校正一次,当更换设备或改变传感器位置时都需要重新校正。多波束校正
多波束测深系统在水深测量中的应用
多波束测深系统在水深测量中的应用 多波束测深系统在水深测量中的广泛应用，实现了水深测量由点到面，由单一的水深测量值到水下地形的跨越。本文结合在港区航道水上测量中对多波束测深系统的应用实践，简单的阐述对多波束测深系统在航道水深测量中应用的一些经验和建议，使测量工作能够快速、准确和高效地完成，取得良好的经济效益和社会效益。 标签：多波束测深系统；水深测量 随着多波束测深技术的日渐成熟，在海洋测绘等方面的应用中形成了很大优势，多波束测深系统是一种多传感器的复杂组合系统，是现代信号处理技术、高精度导航定位技术，高分辨显示技术、高性能计算机技术、数字化传感器技术及其他相关技术等多种高新技术的集成。多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从”点- -面”测量的跨越，使外业测量更加方便、准确，大大提高了海洋测绘的效率。 与传统的单波束测深仪相比，多波束测深系统具有测量速度快、测量精度高、测量范围大、测量效率高的优点，并且实现了把测深技术从点扩展到面，甚至发展到立体测深和自动成图，特别适用于进行大面积海洋领域的测绘。 此次本单位对港区进行航道水下地形测量，就使用的是多波束测深系统，该系统主要由声波发射系统、GPS接收系统、信号处理单元、信号控制及时间门电路、换能器基阵水平稳定系统、便携式计算机、斜距记录单元、水深信号图示单元等主要部分组成。该系统的主要特点是能够实现对水下地形的动态实时定位，真正实现立体测深和水深数据采集的自动化。 基本工作原理：多波束测深系统是在测量船底部安装带有水平稳定系统的发射换能器基阵与接收换能器基阵，使基阵的工作面始终保持水平。并由双圆弧组合而成的发射换能器基阵，发射出心形状的单波束，在与航向垂直的平面内的开A角内，使用波束形成器组成M个波束接收水底回波，水底回波被多波束接收系统接收，获得M个水深信息。 由于接收换能器和发射换能器通常布设于船底平面的相互正交的线列阵，发射线列阵沿船龙骨方向。接收线列阵和发射线列阵形成相互正交的扇状指向性波束。测深系统的合成方向性是接收和发射方向性的乘积。合成波束照射的水底区域极窄，能高分辨率测定多个位置的水深。随船的航行，就能精密测定水底一定条带范围内的水下地形。 多波束水深地形测量分二个步骤，即外业测量的数据采集工作和内业的数据后处理成图工作。作业采用的仪器设备软件有：RESON SeaBat 7125多波束测深系统、QINSY外业测量软件、QLOUD内业成图软件。
EM950多波束系统简介
Simrad EM950多波束测深系统及其相关设备的简介 刘胜旋 （广州海洋地质调查局第二海洋地质调查大队510760） 摘要本文主要介绍挪威Simrad公司的EM950型多波束测深系统，对系统的各个关键部件如换能器、底部检测单元、操作单元等进行了较为详细地介绍，同时还对系统参数测试的步骤进行了详细的描述，最后是与系统相配套使用的其它相关设备。 关键词Ping(声脉冲)，陶瓷感应棒（ceramic stave）,Pitch，Roll，Swath(条幅)，OPU，DPU 一引言 多波束测深(Multibeam Echo Sounding)系统的出现，为研究海底地形地貌、寻找沉没于水中的飞机船舰、进行水下考古、铺设海底管线、航道岸提测量、工程疏浚的土方计算等一系列工作提供了可靠的手段。为了顺利完成“我国专属经济区和大陆架勘测”专项（简称“126”专项），我国多家从事海洋地质研究的单位于1998年从挪威Simrad 公司分别引进了多套EM系列多波束测深系统。其中国土资源部（原地矿部）广州海洋地质调查局引进了一套EM950型及一套EM3000型的多波束测深系统。现结合一年来的使用经验系统地介绍一下EM950型多波束测深系统的技术指标、工作性能、各种参数的校正及相关设备等内容。 二Simrad EM950多波束测深系统 (一)基本技术指标 Simrad EM950 是一种高分辨率海底地形测深系统。它的主要技术指标为：发射频率：95kHz 脉冲宽度：0.2ms 测深范围：探头以下3－400米 波束宽度： 2.3°×3.3° 覆盖宽度：最高可达7.4倍水深 波束数：120个（每个脉冲60个） 测深精度：15cm或0.25%水深 EM950采用95 kHz的发射频率，这个频率兼顾了在海水和淡水中的工作能力。其在海水中的吸收系数大约为30dB/km，当所测水深大于140m时，可以得到1000m的水平覆盖宽度。在淡水的吸收系数大约为2—3dB/km。当在河口或河口附近等含有大量泥沙的水域中工作时，因其发射频率的特殊性，它的测程并不会因吸收衰减而受到太大的影响，但会因
多波束安装步骤
一、系统配置 1、多波束声纳传感器 2、电源线、网线（用于多波束与电脑之间数据传输）、电缆线（连接GPS与RPH至电脑）、USB转串口线2根 3、RPH传感器 4、GPS及天线 5、高配置电脑（100M以上网卡、双核或四核以上、WinXP系统、处理器2.8GHz以上） 6、导航船与安装支架 7、直流电源24V (I max=2A) 二、具体要求 1、连接电源线与网线到多波束装置，用24V直流电源，将网线插到多波束网口里，另一端连至笔记本； 2、将USB转换器插到电脑上获取串口号； 3、将USB转换器与RPH传感器和GPS连在一起； 4、连接RPH电源与GPS电源； 5、第一次运行软件时需配置笔记本的系统配置； 5.1、安装USB转串口驱动 5.2、禁用杀毒软件及无线网络 5.3、禁用省电模式 5.4、配置本地IP：192.168.1.188，子网掩码：255.255.255.0 5.5、配置网络适配器速度为“自动侦测” （设备管理器--网络适配器--属性--高级--连接速度和双工模式--自动侦测） 5.6、使用“msconfig”程序时禁启后台所有任务 （Microsoft System Configuration，系统配置实用程序，“开始”--“运行”--键入“msconfig”--选择要禁用的程序） 5.7、安装好多波束测量软件 6、安装要求 6.1、GPS、RPH、多波束装置竖直方向在一条杆上，三者的三维坐标方向一致，GPS 坐标（Xg，Yg，Zg），换能器坐标（Xt，Yt，Zt），船坐标（X,Y,Z），O为船重心坐标原点； 6.2、Xt=Xg为GPS所在杆与船重心的X向垂直距离；Yt=Yg=0为GPS所在杆与船重心的Y向垂直距离；Zt>0为换能器入水深；Zg<0为GPS到换能器Z向垂直距离；Zc<0表示船重心在水面以上； 7、校准 7.1、对RPH的角误差进行校准 用Patch Test获取或预设一估值； 7.2、对GPS位置进行校准 GPS天线位置相对于换能器位置的偏离值；GPS延时是GPS记录的延时；
多波束测深系统在水利工程中的应用
多波束测深系统在水利工程中的应用 介绍多波束测深系统工作原理，其在水利工程建设及后期运行中的应用，探讨影响其测量精度的主要因素及改善措施，展望其未来发展。 标签：多波束测深；水利工程；水下地形测量 水力发电作为一种可再生、无污染的清洁能源被广泛开发利用，人们兴建水利工程可满足防洪、排涝、供水、发电、航运、旅游等多方面的需求，从而有效抵御洪涝旱灾、促进当地社会、经济、工农业生产全面发展、保护水土资源和改善生態环境。但是，水利工程的兴建，人为改变了河流原来的发展演变规律，从而对河流的水文形势，河流生态等产生各种持续而深远的影响。[1，2] 1 多波束测深系统组成及工作原理 多波束测深系统是一个比较复杂的组合设备，系统本身由发射接收换能器、信号控制处理器、运动传感器等组成，还需配备罗盘，姿态仪，定位GPS，数据采集和存储计算机，并且一般需要安装在导航船上工作。多波束测深系统的工作原理和单波束回声测深仪基本相同，即测量每个波束声波信号的旅行时间和反射角度，结合定位数据、测量船的姿态数据、声速数据来计算每个波束测得的水深。 [3] 2 多波束测深系统在水利建设中的应用 分析、了解、评价和解决水利工程建设对河流的影响，从而实现水利工程与河流流域的协调发展，促进社会可持续发展。水下地形测深系统是了解、掌握河流水下地形变化，解决水利工程修建带来的不利影响的有效工具之一。目前，利用多波束测深系统测量水下地形已成为普遍采用的重要手段，国内外运用多波束测深系统进行水下地形的测量的原理和方法均已成熟。 2.1 水库淤积及冲刷测量 我国的大江大河大多泥沙含量较大，在河流上修建水库，导致河流水位提升，流速降低，必然造成泥沙淤积[4]，而在水库下游，由于发电尾水及汛期泄洪的冲刷，对河床及河底都会造成一定程度的改变，威胁着水库的运行安全和效率。利用多波束测深系统，监测水下地形的变化，可为水库上游的清淤工程及水库下游的河床保护提供更为准确的数据信息，节省成本，提高工作效率。张壮志[5]利用多波束测深系统完成葛洲坝水电站上游导沙坎前区域清淤前后的水下地形测量，从而全面反映清淤前后水下地形的变化情况及对清淤工作量进行精确计算和统计。 2.2 航道水下地形测量
深水多波束测深系统现状及展望
深水多波束测深系统现状及展望 发表时间：2018-12-24T17:24:49.597Z 来源：《基层建设》2018年第31期作者：熊俊董帅帅[导读] 摘要：本文针对多波束测深系统的发展现状及其未来的方向进行分析，为了能够顺应科技技术的进步，和当前国家的局势，明确深水多波束测深系统对我国资源问题的重要性。 中交广州航道局有限公司广东广州 510221 摘要：本文针对多波束测深系统的发展现状及其未来的方向进行分析，为了能够顺应科技技术的进步，和当前国家的局势，明确深水多波束测深系统对我国资源问题的重要性。同时还要理解多波束测深的基本原理和组成成分，有效的在平面垂直状态下，给予一个深度和足够宽度的深水带，很大程度的为海底的地形和有效探测带来好的工作成效。随着当前科技技术不断的发展，我们需要不断的拓展和研究深水多波束测深系统的发展，可以更好的通过辨别度及其深度和覆盖率来完善展望的趋势。 关键词：深水多波；束测深系统；现状及展望 前言 改革开放以来，我国对于各行各业的发展都在不断的拓展，然而当前资源制约已经是我国国民经济发展的阻碍，从我国的地理位置上来看，海洋在我国地球上占有一大半的位置，为了能够保护资源的合理性，就要有效的通过多波束测深系统来完善必要的条件，保证我国可持续发展。从国家的发展局势上维护我国海洋的权益，同时还可以有效的通过该系统建立稳基的重要战略，当前对于水波束测系统来说，随着科技技术不断的进步，传统的单波束测系统已经无法满足整个海洋的局势，不管是效率上、精度上及其扫描上都无法给予帮助，因此，在这个过程中，需要通过多波束测深技术的优势及其高科技来推进时代的重要意义。 1分析多波束测深系统的重要性 第一，从我国主权上来分析，随着经济的发展，可以说全球各地为了能够争夺主权，开始不断的从海洋主权上来划分地域，因此，多波束测深系统技术也得到了进步，从根本上维护了海洋权益和海底的有效开采，然而对于海洋底部来说，需要专业的精密的及其快速的探测来完善该系统的重要性。 第二，从我国的资源问题来说，我们可以从地球仪上来看海洋占地球面积的一半以上，可以说各国都有海洋的划分区域，海洋不但有丰富的资源，还可以通过探测来保护海洋资源的重要技术，这是大局上来完善海底的发展。 第三，对于海底不仅是表面赋予的条件，还可以不断的使得矿产资源完善，结合海洋的优势，通过水的深度、地形及其海洋的构造，然而怎么样才能得以了解矿产的主要条件，就要明确矿产的深度和精密度，因此深水多波束测深系统的发展势在必行，保证我国的可持续发展，同时还有效的通过该技术了解发展的趋势，建立有效的海洋权益的重要性。 2多波束测深系统概述 2.1多波束测深系统的概念 什么是多波束测深系统？主要应用在海洋测量过程中，通过对海水深度的探测，来真实度的反映海底的主要情况，通过束测深的工作原理，来增加发射声波的指导性，同时还有效的提高海底测量的分辨性，把科技技术的计算机数据处理和绘图来完善精确的位置和深度，实现了从点到线再到面上的跨度，可以说是科技进步的一大优势。 2.2结合多波束测深系统来分析其中的原理 首先，该系统主要通过专属的能量来完善发射，通过海底声波进行覆盖，结合计算机系统的整合和收集，进行发射和接收直接照射到海底的地形，还能对每个地形都能够进行收集和探测，当然在探测过程中会出现照射，会留下足迹，同时在一次探测上还可以有效的结合专属的垂直来表面海底的深度值，有效的结合测量精度和宽度来给予大小和形状变化。其次，该技术的束测还可以形成三维技术，需要结合不同的角度，把反射角度进行信号回波，因此这就是束测的主要原理，在多波束测深系统中通过变量的测量，结合距离和声波的转换，再结合转换器的优势来确定距离和水底的角度，来形成具体的定性。 2.3结合现代技术来说，分析多波束测深系统的主要成分 对于多波束测深系统来说，包括的系统比较多，最为常见的就是以声学和信号及其转换器和显示器系统来完善，这是从硬件设施上来说，其次就是软件，通过计算机的数据处理来完善，同时还要有完善的导航系统和采集资源信息，可以说现代技术的定位巡航和GPS技术都无可厚非，在外在辅助系统上，还需要有现代指南针的效应，把测量、定位、数据统计和传感器都实现完善。最后，随着现代深水多波束测深系统来说，我国在该技术上还不算成熟，对于该技术的产业无法完善，因此需要我们不断的发展深水多波束测深系统，从不足之处来不断的实现未来发展。 3 通过高效率、高深度、高便捷来完善深水多波束测深系统的未来发展趋势 为了更加有效的发展深水多波束测深系统来说，需要结合当前发展趋势和技术要求，抛开传统单侧束测系统的不足，不断的学习国外技术的优势，来实现高效率和便捷性的系统。 3.1 多波束测深系统的优势和完善的分辨率 第一，针对多波束测深系统来说，可以说具有很大的优势，从单一束测深系统来说，只能通过单侧来进行海底探测，然而多波束测深系统结合多侧进行分散在海底进行三维空间的分辨，降低相邻的间隔，将水中最小的目标和一些不足以探测的地形进行精细的探测。第二，对于多波束测深系统来说，具有完善的分辨率，主要是通过脉冲系统和有效的宽度和声波及其海底的速度，来进行有效的发射和转化，单侧的波速在速度上和发射频率上不足以接受和转化，然而在多波系统上，通过高阶的波束技术来完善水深，把接收的波速数量来形成测深，为分辨率带来了大大的提高。 3.2从测量深度上更加精准 首先，针对深水多波束测深系统来说，主要使用的范围在深海海底，然而在海底最主要的是具有有效的数据测量标准和完善的精准度，只有这样才能完善其测量的测绘，对于测量的水深来说，怎么样才能完善测量，就是需要通过声速带来的折射效应及其运动中接受的信号来实现补偿。其次，在整个声速过程中，需要通过表面来进行获取信息，结合海深的速度和声速来进行剖析，把声速的折射效应和海底运动的传感器来进行收集信息和接受各种参数，同时还要结合GPS的测量技术来转变，使得精准度达标。最后，精准的测量深度还可以对海底的潮汐情况进行有效的控制，比起传统的技术来说更加精准。
浅水多波束声纳性能解读
浅水多波束声呐在现代水文测量系统中的表现 介绍 根据与美国国家大气和海洋管理局（NOAA）的分支机构——海岸调查办公室的合同，科学应用国际公司（SAIC）在1995年四月至九月期间进行了一次水文调查活动，这是首次采用多波束侧扫声呐。调查活动使用了SAIC的综合水文调查系统（IHSS），该系统集成了一个Reson SeaBat多波束声呐和一个Klein侧扫声呐。 调查活动在Long Island Sound和Martha’s Vineyard附近水深5.5米至60米区域进行。合同的要求包括实现100%多波束覆盖和200%侧扫覆盖；在450侧扫角度，试验测得数据要符合IHO（国际海道测量组织）标准，在更大的可用角度，数据要符合2倍的IHO标准；非交叉轨迹的多波束“脚印”要大于3米；波束间隙不大于m m3 3 ；20m以内水深，空间分辨率小于1m，20-30m水深空间分辨率小于2m，超过30米水深，分辨率下降1%每米。 本文讨论了多波束声呐以及相关传感器和IHSS的选取、配置和校准，使测量满足IHO标准。为了将多波束声呐应用到水文测量，许多事情（波束精度、覆盖、校准器的应用、数据量和吞吐量）都需要讨论。一些实时处理工具被用来修改SAIC的IHSS，文章描述了第一次的调查活动。 多波束声呐的选择 SAIC开发了误差模型和覆盖模型来决定误差容限和描述声呐性能。误差模型是建立在Pohner[1]的工作基础之上的，该模型分析了绘图系统各部分误差以及估计了它们对系统总误差的贡献值。输入到模型的单个传感器误差包括它的位置、姿态、朝向、声速、时间同步、延时。该模型的价值在于能够让个人明白怎样提高单个传感器的精度，从而提高整个系统的性能。覆盖模型控制波形尺寸、波束宽度、船速，以及根据SAIC的调查计划软件制定调查计划。 根据合同要求以及误差模型和覆盖模型的结论，具有双换能器的SeaBat9002多波束声呐被选取。这个选择基于SeaBat的更新速率和测量精度。双换能器的配置允许的最大测量角度1500.此外Reson系统的波束模式是1.50的交叉轨迹，同时可附带1.50、2.40、100的沿迹调查，这使得波束覆盖适合各种深度。在这些调查深度，使用了两个宽带的发射波。波束发射频率1.5Hz--7.5Hz，使得沿迹波束覆盖不会影响调查速度。
多波束测深系统优势
多波束测深系统优势： 多波束测深系统，是一种多传感器的复杂组合系统，是现代信号处理技术、高性能计算机技术、高分辨显示技术、高精度导航定位技术、数字化传感器技术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成。最初的设计构想就是为了提高海底地形测量效率。与传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，其技术进步的意义十分突出。因此多波束测深系统正日益受到海道测量同行的认可，并在实际生产中发挥着越来越重要的作用。 与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点，它把测深技术从点、线扩展到面,并进一步发展到立体测深和自动成图，特别适合进行大面积的海底地形探测。这种多波束测深系统使海底探测经历了一个革命性的变化，深刻地改变了海洋学领域的调查研究方式及最终成果的质量。 正因为多波束条带测深仪与其它测深方法相比具有很多无可比拟的优点，仅仅近20多年时间，世界各国便开发出了多种型号的多波束测深系列产品。20世纪60年代初开始，相继研制了几种类型的多波束测深系统，最大工作深度200～12000米，横向覆盖宽度可达深度的3倍以上。多波束测深系统同综合卫星定位系统配合，由计算机实时处理标绘等深线图，是70年代末以来海道测量工作的一个突破。时至今日，各个国家生产的多波束又更新换代，横向覆盖宽度可达深度的6倍，波束角可达140°，分辨率可达1cm。 因我国的高精度的水下多波束测量系统正处于研发阶段，尚未有成熟的国产系统，故只能采用进口仪器。 应用领域： 广泛应用于江河、湖泊、沿海水下地形的测量;河道疏浚及港口、码头、桥梁工程的测量；并在沉船、水下物体打捞搜寻方面有着良好的应用，在国家基础经济建设中发挥着越来越重要的作用。 总之，多波束测深系统在水下地形测量中的应用将会日益普及。 综上所述，为了快速准确地提供高精度的江河及沿海水下地形、地貌等资料，满足沿海地区的开发、利用的需要，建议购买多波束测深系统。
多波束测深数据的误差分析与处理(精)
第23卷第1期1998年3月武汉测绘科技大学学报JournalofWuhanTechnicalUniversityofSurveyingandMapping.23No.1Vol March1998 多波束测深数据的误差分析与处理 朱庆李德仁 (武汉测绘科技大学地理信息系统研究中心,武汉市珞喻路129号,430079) 摘要在系统分析多波束测深数据的误差来源与性质的基础上,介绍了条带式多波束测深仪所采用的误差处理的理论模型。针对海洋测量的特点,特别强调了基于趋势面分析的粗差探测与剔除和相邻条带数据的整体拼接以及对航向误差的改正等关键问题。本文介绍的误差处理模型对保证多波束测深系统必要的精度和数据质量有着重要的实际意义。 关键词多波束测深仪;误差处理;粗差;条带拼接;航向改正分类号P207;P22911 近年来,要,量设备,效率,(又称高精)作为高效率、高精度和高分辨率的一种船载海底地形测绘设备受到了普遍的重视[1]。多波束条带测深系统在向海底发射一次声波的过程中,能获得两侧一个条带上许多点的海深数据,一般测得的水深数据为沿航向、宽是深度3倍左右的一个条带,并且相邻条带之间有一定的重叠,即获得海区全覆盖海底地形。利用条带测深设备获得的深度数据以及相关的船舶定位和姿态等信息,便可以绘出高分辨率高精度的海底地形图。 多波束条带测深系统最终给出的是以海平面为参考,以海深为参数的海底地形图。由于船舶的运动,加上海平面经常受到潮汐和气象条件的影响而时涨时落,还有鱼和水草等反回的假回声等复杂原因,最后所得海区地形资料的精度不仅依赖于各种先进的硬件设备,还依赖于完备的辅助数据和先进的数据处理技术。 海底地形测量不同于一般地面测量。在海上,测量工作必须在不断运动着的海面上进行,因此就某点而言,无法进行重复观测,而其连续观测的结果总是对应着与原观测点接近但又不同点的观测数据,所以不存在平差问题。要提高海底地形测绘的精度,只有分析各种因素,对水深观测结果进行改正。由于影响测深数据质量和精度的主要因素是仪器误差和外界环境因素,而仪器误差一般收稿日期:1996211225. ,所以测绘精度的关键主要取决于对诸如由于鱼和水草等反回的假回声(即粗差)和由于舰船偏航及各项系统误差改正的残差造成的条带扭曲等误差的处理。对于粗差,传统方法需在野外或在测深记录的解释中增加额外的工作以消除其影响或者打印出受大于一定输入阈值滤波影响的断面点来探测粗差,或者直接绘出等深线图形再通过目视检查凭经验确定[2,5]。这种方法显然不适宜于大规模快速测量数据的自动化处理。为了得到覆盖全海区的海深数据,须将相邻条带之间的数据拼接起来。通过条带拼接也可
《多波束测深系统测量技术要求》编制说明09-12-24
《多波束测深系统测量技术要求》送审稿 编制说明 一、编制理由 随着科学技术的发展，测深技术发生了质的飞跃，从单波束线的测深发展到多波束面的测深。无论是测深精度还是工作效率都得到了一定的提高。因此多波束测深系统已广泛应用于全覆盖水深测量作业，在港口航道测量中发挥着重要作用。 目前用于沿海港口、航道水深测量的规范是《海道测量规范》（GB 12327-1998），它主要是针对单波束水深测量的，而利用多波束测深系统进行全覆盖水深测量以及对其测量数据的处理、检验等作业技术要求规范中并没有提到。这两种手段测量水深其技术要求是有些区别的，所以不能完全参照单波束水深测量的技术要求，原因主要表现在以下几个方面： 1、计划线的步设不一样：单波束水深测量垂直于等深线的总方向，而多波束水深测量是平行于等深线的总方向； 2、测量模式不一样：单波束是线测量，而多波束是全覆盖测量； 3、记录模式不一样：单波束测深仪有模拟记录和数字记录两种，而多波束只有数字记录一种； 4、仪器设备安装、校准不一样：多波束水深测量涉及的设备多，其系统安装、校准要求高； 6、质量控制要求不一样：对外业数据采集质量要求高。 为了规范多波束测深系统的测量作业，提高测量成果的质量，有必要制定多波束测深系统外业测量和后处理的技术要求。 二、编制经过
2003年开始，交通部海事局组织上海海事局编写《多波束测深系统测量技术规定》。2004年，《多波束测深系统测量技术规定》列入交通部行业标准制定计划。编写组听取了海事测绘系统内专家以及行业内相关单位的征求意见，修改了《多波束扫测系统测量技术规定》，并将其更名为《多波束测深系统测量技术规定》。2008年根据交通运输部海事局要求，再次修改《多波束测深系统测量技术规定》，同时根据其内容更名为《多波束测深系统测量技术要求》，于2009年5月上报交通运输部海事局。 三、主要技术说明 《多波束测深系统测量技术要求》对采用多波束测深系统进行水深测量的范围、引用标准、术语、系统配置要求、总则、测量实施、数据处理、资料检验和上交资料等具体要求作出了明确的规定。 （一）“范围”一章规定了多波束测深系统的适用范围。 目前用于港口航道测量的多波束测深系统都是浅水多波束测深系统（一般工作频率不小于95Khz，测深范围小于600米的系统）。对于深水多波束测深系统由于技术要求不等同于浅水多波束测深系统，所以不适用本技术要求。 本标准只适用于沿海港口、航道测量，水运工程测量只可以参照执行。沿海港口、航道测量执行的国家标准是《海道测量规范》（GB 12327-1998），水运工程测量执行的是《水运工程测量规范》（JTJ203-2001），这两种标准在测量精度等方面存在着冲突，为了不引起误会，所以本标准制定的技术要求是针对沿海港口、航道测量的。由于仪器验收以及处理软件对水深的评估都是依据《STANDARDS FOR HYDROGRAPHIC SUEVEYS》（IHO-S44）（《国际海道测量规范》），为了与国际接轨，本标准要求多波束测深系统的测量精度采用国际标准IHO-S44（见表1），其特等测量精度高
多波束系统操作流程
R2Sonic 20XX 多波束操作流程 一、参照如下配置清单： 二、连接示意图如下： 1 表面声速探头 2024 换能器
三、操作流程 1．前期准备 了解测区概况，包括测区的水文、潮汐和地质情况，测区中央子午线、投影及坐标转换参数等内容。 2. 设备安装 如上图所示，将多波束和表面声速探头安装到导流罩上，并通过安装杆固定到船上，要保证船在航行的过程中，多波束安装杆不能抖动，否则无法保证数据的准确性。
3. 系统接线 安装GPS及光纤罗经Octans，按照连接示意图，完成多波束及辅助设备的连接。 4. 系统供电 PC开机，GPS、Octans和SIM(多波束声纳接口单元)通电。 5. 声速剖面测量 测量船开到测区，停船。参照说明书《MinosX用户使用手册》，测量声速剖面。 6. 运行R2Sonic.exe多波束控制软件，参照说明书《Sonic 2024 使用指南》。 如果SIM盒上没有外接表面声速探头，则在Settings->Ocean settings…，勾选Sound velocity，输入探头所在深度的声速值，SVP的指示灯显示为黄色。 如果SIM盒上没有外接姿态数据（TSS1格式，100hz），且Settings->Sensor settings…，Motion的Interface选择Off，那么，MRU显示为灰色。 一定要保证GPS、PPS的指示灯为绿色，时间显示为格林威治时间，否则，表明时间没有同步，不能进行下一步操作。 调整Power，Gain等参数，保证水深条带数据的质量。Sonic control 2000软件在测量的过程中一直开着，并观察数据质量。
基于多波束声纳图像的海底底质分类
基于多波束声纳图像的海底底质分类 J.M. Preston, A.C. Christney, S. F. Bloomer1, and I. L. Beaudet2 Quester Tangent Corporation, 99-9865 West Saanich Road, Sidney, BC, Canada V8L 5Y8 email: jpreston@https://www.360docs.net/doc/1017379715.html, 1 水声遥感中心，维多利亚大学，维多利亚，不列颠哥伦比亚。 2 地球和海洋科学学院，维多利亚大学，维多利亚，不列颠哥伦比亚。 摘要：通过多波束水听器系统或者来自单个或多个波束的侧扫声纳测量的海底图像，得到了很多关于海底类型的信息。对一部分图像用统计的方式进行处理足可以反映出海底分类的特征，这些特征适用于对海底整体的分析和细节上的处理。在这里我们描述了Quester Tangent用于海底分类统计的QTC MULTIVIEW?系统，并给出了对一些水域进行测量的结果。这个软件运用了很多统计算法对每一幅图像生成了超过130个的统计特征。主成分分析明确了最优地描述图像数据变化的特征的线性组合。对于特殊海底底质的辨别问题应该选择最优的统计特征，而不是选择一套通用的特征。通过建立的聚类过程把数据点分类。给出的例子证明了由声纳的物理特性和多波束系统的设计细节造成的局限性。对于精确的分类结果，要重视这些局限性，通过在处理过程中采取补偿措施或者剔除在非标准条件下获得的ping。 一. 介绍 基于声纳图像的海底分类[1,2]是把海底分割成贯穿一个区域的离散声学类。因为这种分割能产生声学多样性的示意图，所以它是非常合理和有用的测量方式。因为海底底质的特征和某个类是相关的，而且区别于那些其它的类，所以把海底划分成声学类是非常有用的。这样，需要收集的最基本的信息的量就大大的减少了。从每个类得到的少量的样本足可以定义整个类的地理类型。如果采样的位置选择在离类边缘很远的区域，采样得到的样本将会重现一个单独的类，而不是很多类的混合，进而减少了需要处理的样本的数量。利用少量的样本鉴别海底分类，准确地推断那些被声学类覆盖区域的特征，这种方法不但是科学合理的，而且是非常有效的。