多波束测深系统在长江航道整治工程中的应用

多波束测深系统在长江航道整治工程中的应用

林文军,涂韶华,张莹

(武汉长江航道救助打捞局,湖北武汉 430000)

摘要:为确保长江航道整治工程质量,及时了解掌控水下整治工程现状,多波束测深系统在航道整治的施工以及后期维护检测过程中发挥着重要作用。本文基于多波束测深系统在实际工作中的使用情况,通过实际案例详细介绍了多波束测深系在航道整治过程中的使用效果以及应用范围。

关键词:多波束航道整治水下检测

1 引言

随着国家内河高等级航道“十二五”建设启动仪式的正式召开,长江航道黄金水道建设迎来了前所未有的发展期和机遇期。为确保航道整治工程的施工质量,准确掌握航道整治水下工程质量状况,长江航道整治工程中水下检测技术手段异常重要,长江航道工程建设领域各职能部门历来都十分重视水下工程质量检测工作。

水下探摸摄像检测技术作为传统的水下检测技术,目前趋于成熟,该技术作为水下光学成像技术的代表,无疑具有着重要的作用。但是,随着长江航道整治水下施工工艺流程的增多及复杂化、随着长江航道整治工程水文条件的恶劣化,水下声呐技术以其特有的性能正日益凸显,而多波束测深系统作为水下声呐技术的典型代表,正在扮演着不可替代的作用,关于多波束测深系统的应用开发也层出不穷。

2 多波束测深系统

多波束测深系统作为水下声学技术最杰出的成果之一,因其能够全面、快速、高效地获取水底的深度信息,目前已广泛应用与海洋及内河测量中,多波束测深系统根据其测深范围不同分为浅水多波束和深水多波束,其中浅水多波束主要适用于水深200米以内,本文介绍的R2-Sonic 2024多波束测深系统是浅水多波束的一款典型代表,该系统是一款国内外先进的可实时调节扫测角度和频率的多波束测深系统。

2.1 多波束测深系统工作原理

多波束测深系统主要工作原理是利用发射换能器对水底发射声波信号,通过接受换能器接受反射波信号,经计算机系统对信号的处理和分析,形成上百个水深数据汇成的条带,并以不同的颜色带显示,从而将水底目标物的大小、形状、高度变化立体的反应出来。

图1 多波束测深系统工作示意图

2.2 多波束测深系统组成

多波束系统是一种大型组合设备,除其系统本身外,还包括定位、罗经、船姿传感器、声速剖面仪、数据采集工作站和绘图仪等配套设备。R2-Sonic2024是宽带高分辨率浅水多波束测深系统,可直接接入声速、潮位、首向、位置及姿态传感器等系统各配套设备,具体技术参数如表1。多波束扫测系统因其独特的测量原理和特有的检测优点,能精确快速测出水下目标的大小、形状和高低变化,成为现代水下工程检测的重要手段。

表1 R2-Sonic2024多波束测深系统技术参数

3 多波束扫测在航道整治工程中的应用实例

3.1 护岸及潜坝完整性检测

长江航道整治工程中,护岸及筑坝是两种重要的施工形式,护岸主要对原始河岸起到保护,防止冲刷、崩塌从而导致土地流失、河床变宽;潜坝则主要溯流归槽,保护岸坡等作用。

通过多波束测深系统对护岸和水下坝体区域进行扫测,可得到该扫测区域的水下地形图,并生成三维图像。对于护岸,通过对图像进行分析,可以获取护岸的整体完整性情况、区域冲刷情况,并对重点区域进行断面分析。

序号 项目 参数 备注 1 频 率 200KHz-400KHz 实时可选 2 波束宽度 0.5°×1° 3 量程分辨率 1.25cm 4 覆盖宽度 10°-160° 实时可调 5 波 束 数 256个

图2 某护岸冲刷位置图3 冲刷位置三维影像及断面分析

对于水下坝体,可以在图上获取坝顶点的高程信息,与原设计高程进行比较,并检查坝体的完整性、缺口损毁情况,以及坝根区域的淘刷情况。

如图2,通过对护岸扫测图形的分析,确定具体冲刷损毁部位,针对护岸冲刷损毁位置,在图3中三维立体显示其大致损毁情况,同时可通过对此部位的断面分析得出具体冲刷损毁深度。

图4 某两处潜坝的整体情况图5 潜坝缺口及具体情况分析

如图5,确定潜坝损毁具体位置,并对损毁断面进行具体分析,从断面分析图中得出,损毁缺口长度18米,损毁最低位置与坝顶高度差为2.5米,再根据此潜坝宽度坡比等参数,从而可计算出需修补抛石方量。

3.2 抛筑物检测

长江航道整治工程中,运用了大量抛筑物,主要包括块石、沙枕、透水框架等,其主要作用为镇脚、压载。在施工过程中,抛筑物往往是质量控制的重点,同时也是难点,受客观水文环境的影响,抛筑物往往会随着工程的运行使用,出现流失、陷落等情况,由于长期淹没水中,一般难以掌握其技术状况。水下抛筑物重点检测范围、类别,整治工程运行后,利用多波束测深系统可对其进行检测。

通过多波束测深系统对抛筑物区域进行扫测,可得到该扫测区域的水下地形图。通过对图像进行分析,可以判断块石、沙枕、透水框架的走向分布、密集程度、着床区域位置、面积信息等。

图6 密集分布的沙枕图7 少量分布的沙枕

图8 密集分布的块石图9 密集分布的透水框架如上图8,通过对抛石施工区域的整体扫测,可确定其抛石面积、高度,再将绘制的抛石方格网图导入扫测区域底图,从而可计算抛石方量;对其他抛筑物,如图6、图7、图9可确定其分布密集度情况。

3.3 护底检测

长江航道整治工程护底带施工主要采用水下铺排技术,水下铺排施工主为整治建筑物的基础工程,主要作用为保护河床,防止河床淘刷,该施工过程中最重要的检测内容即为排

体搭接宽度和护底范围。

图10 设计铺排与实际铺排范围对比图11 多波束直接量取搭接宽度

如图10,通过对整个铺排施工区域的扫测,通过导入铺排设计底图,可直接确定铺排范围是否达到设计要求;同时通过对扫测图的放大观测,排体搭接宽度均在4米以上,均大于排体最小搭接宽度3米,满足设计要求。

4 结束语

从上述众多多波束的应用实例不难得出,多波束测深系统在长江航道整治工程中,对水下工程的部分内容检测效果是客观可行的,检测内容丰富,检测方式便捷,检测结果科学、客观并具有说服力。

参考文献:

[1]王紫阳,陈国仿,陈冲.SeaBat 8101型多波束测深系统在航道整治工程中的应用[J].北京测绘,2013,

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[2]肖远亮,吕曰恒,姚陟强.HS-600F多波束测深系统的应用与分析[J].气象水文海洋仪器,2010,

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[3]吕曰恒.多波束测深技术的应用试验[J].海洋信息技术,2011,(2):1-3

[4]王照田,卢景润.多波束测深技术在疏浚工程中的应用[J].科园月刊,2010,(5):45-46

作者简介:林文军,男,1987年10月生,湖北省宜昌市人,大学本科

单位:武汉长江航道救助打捞局

电话:186********

地址:湖北省武汉市江岸区长青商务广场D座202室

邮箱:252142446@https://www.360docs.net/doc/1c5186489.html,

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