多波束测深与测扫声呐的比较
浅析侧扫声呐与多波束测深系统在珠海青洲快船航道“粤江城渔运85109”沉船应急扫测中的应用

浅析侧扫声呐与多波束测深系统在珠海青洲快船航道“粤江城渔运85109”沉船应急扫测中的应用作者:赖培伟张莉莉来源:《珠江水运》2016年第11期摘要:广州海事测绘中心利用SIS-1624型侧扫声呐和Reson Sea Bat 7125多波束测深系统对沉船失事海域进行了扫海测量。
本文介绍了这两种设备在对沉船应急扫测中发挥的重要作用和取得的一些经验。
关键词:扫海测量侧扫声呐多波束沉船应急扫测1.概述2015年10月14日14:00时,广州海事测绘中心接广东海事局应急任务通知书:10月11日15:00时左右,木质渔船“粤江城渔运85109”轮在概位22-11.576N,113-45.04E处沉没,据现场搜寻人员反馈,沉船处于漂移状态;至14日12:00时,珠海渔政船仍未搜寻到沉船,经协调南海预报中心对沉船漂移路径进行推算,需对沉船进行扫测(漂移路径推算以供参考),以确保珠海至香港高速客船通航安全。
经与广东海事局值班室和珠海海事局值班室沟通协调,对沉船预测漂移路径所经青洲快船分隔航道以下四点连线范围内水域进行扫测:A:22-11.81N,113-42.37EB:22-12.80N,113-45.94EC:22-10.92N,113-45.94ED:22-10.72N,113-42.55E扫测范围内平均水深在6m左右,过往船只特别是快船较多,给扫海测量带来不小的难度。
在本次沉船应急扫海测量中,我们主要采用了以下设备:(1)侧扫声呐为美国Benthos公司设计生产的SIS-1624型,采用先进的Chirp技术进行长距离扫描和短距离分辨率的CW脉冲两种技术的侧扫声呐系统。
该设备保证用户可以在不同距离都能获得高分辨率的侧扫图像。
而且系统拖鱼内置了姿态传感器,以很好的补偿由于拖鱼的姿态造成的数据质量下降问题。
主要技术指标:侧扫声呐扫描范围:每个通道25至500米频率范围:Chirp频率:110-130Khz,370-390KhzCW频率: 123 Khz和382Khz标配传感器颠簸和摇摆:范围:± 20度精度:± 0.2度分辨率:0.1度航向:范围:0至360度分辨率:0.1度(2)Reson Sea Bat 7125型多波束测深系统为丹麦Reson公司最新应用于500米以内的浅水型双频高分辨率多波束测深系统。
多波束与侧扫声呐在水下探测中的应用

多波束与侧扫声呐在水下探测中的应用作者:郑晖来源:《中国新技术新产品》2020年第10期摘; 要:多波束探测与侧扫声呐扫测作为水下障碍物探测的2种常用技术手段各有优势。
就多波束探测技术而言,其优势在于通过获得精确的水深数据,实现水下障碍物的精准定位。
侧扫声呐在大范围快速获取地貌性质、形状判断中优势更显著。
基于此,该文以某水库救援项目为研究案例,对水下障碍物侧扫声呐扫测和多波束探测的具体应用过程进行分析。
结合这2种技术对水下地形环境、水下地貌进行描绘,可以实现高效互补,从而获得精确的水下地形数据和水底地貌影像。
关键词:多波束探测;侧扫声呐扫测;水下障碍物中图分类号:P229; ; ; ; ; ; 文献标志码:A0 引言水下障碍物探测是水资源开发利用的基础和前提,其能在现代化探测技术的应用下,实现水下地形及障碍物的测量,这不仅确保了水域船舶通行的安全性,而且为水下救援工作的开展提供了有效指导。
在当前的水下探测中,多波束与侧扫声呐是2种较为有效且常用的探测方式。
从本质上讲,这2种障碍物探测方式均为条带式扫海系统,其能实现水底地形的全覆盖无遗漏扫测。
但是在实际扫测中,多波束与侧扫声呐的工作原理和工作方式仍有一定差异,该文以某水库救援-测试项目为例,对多波束与侧扫声呐的实际应用要点及效果进行分析[1]。
1 系统的组成及原理1.1 多波束测深系统组成及原理1.1.1 多波束测深系统组成多波束探测系统在水下测深中得到广泛应用。
从设备结构单元来看,其包含测深设备、定位设备、罗经运动传感器、声速剖面仪和辅助设备5 个单元[2]。
其中探测设备多波束换能器决定了整个系统的数据分辨率。
差分GNSS接收机是全系统的定位装置,其在障碍物定位测量中发挥着控制测量的作用。
在多波束测深作业中,罗经运动传感器能实现测量船实时姿态及航向数据的有效采集。
声速剖面仪用来测量海区的声速剖面数据,用于校正声速曲线。
潮位信息将实测水深值换算成与国家高程系统同一的高程数据。
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(digitalterrainmode,lDT M),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3DGIS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。
侧扫声呐和多波束技术在集装箱探测中的应用

侧扫声呐和多波束技术在集装箱探测中的应用发布时间:2022-11-10T08:18:58.872Z 来源:《建筑实践》2022年13期41卷作者:邬伟[导读] 发生海上集装箱落水事故会阻塞航道,严重时还会危及到船舶安全邬伟广东邦鑫数据科技股份有限公司,广东广州510000摘要:发生海上集装箱落水事故会阻塞航道,严重时还会危及到船舶安全,因此需要快速、准确定位出落水集装箱位置。
文章通过具体的扫测项目,利用侧扫声呐图像定位海底目标体(集装箱)的位置、形状和尺寸,结合多波束扫测的DTM图像、三维点云以及水深图,综合研判扫测区域集装箱的落水位置,保障扫测区域的通航安全。
关键词:集装箱落水侧扫声呐多波束1引言随着经济全球化的快速发展,我国国民经济的持续繁荣,海上集装箱运输市场需求平稳增加,大型集装箱货轮活动日益频繁。
然而由于海洋环境的复杂多变,在恶劣的天气下,海上集装箱落水事故时有发生,散落漂移或破损沉底的集装箱会给通航安全带来巨大的隐患,箱内装载危险货物的泄露也会对海洋生态造成污染。
为及时解决落水集装箱引起的阻航事件,本文以海南省儋州市洋浦港集装箱探测中使用的Shark-S150L侧扫声呐和ResonSeabat T20-P型多波束为例,探测疑似落水集装箱的位置,对落海的集装箱实现精准打捞和航道清障。
2工程实例2022年4月2日13时07分接洋浦海事局通报, 11时10分左右洋浦海域一艘货船上的14个集装箱落水,集装箱规格尺寸约为12.0m*2.3m*2.6m。
落水初概位置为109°10.5′E、19°59.9′N,该海域风向为偏北至东北风5-7级,浪高0.3m-1.7m,流速0.01-0.77m/s。
在海风和潮流的作用下,集装箱向西南向漂移。
本项目根据洋浦海事局及业主单位的扫测要求,共分为7个扫测区域,分别为集装箱落水区域、漂移路径区域、原油航道区域(含炼化30W吨航道、油储码头30W吨航道和离轮点)、LNG航道及锚地区域、炼化10万吨航道区域、成品油航道区域和洋浦港外航道区域,总计扫测面积256.52km2。
海底管线测绘的方法与技巧

海底管线测绘的方法与技巧引言:随着能源需求的不断增长,海底油气管线建设变得愈发重要。
然而,海底管线的安装与维护却充满了挑战。
虽然海底管线的设计和施工都非常复杂,但其中最困难的部分之一就是准确测绘海底地形。
本文将介绍海底管线测绘的相关方法和技巧,以帮助读者更好地理解这一领域的挑战和解决方案。
一、海底地形的测量技术1. 多波束测深技术多波束测深技术是一种高精度的海底地形测量方法。
利用多个声波束束测量海底高度,可以确保测量结果的准确性。
该技术广泛应用于海底管线测绘中,能够提供精准的地形数据,帮助设计师规划管线的路径和深度。
2. 侧扫声呐技术侧扫声呐技术是一种通过测量声音的反射来获取海底地形的方法。
它通过将声源安装在船舶侧部,通过接收和分析声音的反射信号来构建地形图。
侧扫声呐技术可以提供高分辨率的地形图像,对于辨识管线附近的障碍物非常有帮助。
二、海底管线测绘中的挑战1. 复杂的海底地形海底地形的复杂性是海底管线的测绘工作中的主要挑战之一。
海底地形中存在着海底山脉、河道、深谷等各种地貌,这些地貌会对管线的建设和维护带来很大的困难。
因此,准确测量海底地形是确保管线安全运行的关键。
2. 水下环境的限制海底管线测绘通常需要在深水或浅水环境中进行。
这些水下环境对测绘设备和技术都提出了一定的要求,例如要求设备具备防水性能、高抗干扰能力以及强大的数据处理能力。
同时,水下环境中的浊度、浪涌和水流等因素也会对测量结果产生干扰,进一步增加了测绘的复杂性。
三、海底管线测绘的技巧1. 提前进行详细的海底地形调查在海底管线的设计和布置之前,进行详细的海底地形调查是必不可少的。
通过使用多种测绘技术,获取尽可能详细的地形数据。
这样可以帮助设计师避免潜在的地形障碍,并规划出最优的管线路径。
2. 选择适当的测深仪器和软件根据所处水深和测量需求选择合适的测深仪器和软件非常重要。
现代测深仪器具备较高的精度和稳定性,并且能够实时获取和处理数据。
侧扫声纳与多波束测深系统在大连五·七空难搜救中的应用

图1测量范围扫海测量的主要仪器装备:扫测区位于大连港内,平均水深在9m左右,由于海洋污染和泥沙回淤,底质为污泥,海水浑浊,水下能见度非常差,只有20cm左右,打捞难度很大,于是对扫测定位提出了更高的要求。
在本次扫海测量中,我们主要配备了如下设备。
(1)侧扫声纳仪器型号:美国BENTHOS生产的SIs一1500型侧扫声纳工作频率:200kHz量程范围:25~500m横向分辨率:O.04m纵向分辨率:O.04m本次扫海时所使用工作参数:量程:50m,75m,100m拖曳方式:尾拖拖放电缆长度:20m航速:4~5节拖鱼入水深度:3~4m(2)多波束测深系统宽深比:3.5~4.7倍脉冲最大重复频率(PRF):15次/秒216图2在距预报概位南偏西约400m处发现大片可疑物体影象。
(见图3)图3通过对仪器反映的声像进行判读后,计算出飞机失事后的具体位置应在38。
56’59”N121。
39’57”E附近,并且通过影像初步判断飞机已经解体,不存在打捞上飞机整体的可能性。
通过判读计算,整理出10个较大体积可疑物体的具体位置。
根据第一次扫海结果,我们对信号可疑区域使用侧扫声纳又进行了二次扫测,测量区域为:2182.2多波束扫海多波束测深系统是目前世界上先进的海洋测深设备,可对海底地貌进行高精度和全覆盖测量。
可以提供水深图、平面等值线图、分色图、三维立体图、影像图等高技术产品。
根据侧扫声纳扫海的结果,又使用多波束对可疑区域进行了地毯式扫测。
扫测部分海底地貌的三维立体图如图4所示下。
图4根据声纳和多波束的扫海结果,陆续打捞出了大量的机体残骸,包括机首的右半部和部分飞机右侧舷窗、飞机的机翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机、发动机倒流罩、印有公司名称的机体外壳、座椅等等。
侧扫声纳与多波束测深系统在大连"五·七"空难搜救中的应用作者:李鲜枫, 张铁军, 黄永军作者单位:交通部天津海事局海测大队(天津)1.学位论文马纯芳基于MapObjects的海底地形地貌成图技术研究2008多波束测深系统具有全覆盖、高精度、高密度和高效率的特点,因而在大面积扫海测量、河道疏浚、水库测量、海底数据调查、海洋工程等众多领域得到广泛应用。
多波束声呐和侧扫声呐数据融合方法研究综述

多波束声呐和侧扫声呐数据融合方法研究综述摘要:多波束声纳系统和扫描声纳系统是海底探测的重要工具。
两者都采用声学方法,在工作原理上有异同。
本文的数据处理进行了比较分析,多波束声纳侧重于测量精度的数据处理方法,侧扫声纳主要集中在图像处理,从数据采集到数据融合方法的原理进行了深入分析,发现即使某种处理,收集并不是一个简单的平面形象,所以的数据融合是有一定难度。
关键词:多波束声呐;侧扫声呐;数据融合1引言海洋在地球上占据了71%的区域,其中包含丰富的矿产资源和生物资源,近年来,随着海洋开发活动的需求逐渐增加,电子产品的发展,计算机和其他技术成果,多波束声纳(MBES)和侧扫描声纳(SSS)和其他水下探测技术逐步提高,底部的海洋工程,已广泛应用于矿产资源调查,通过分析表面特征可以研究复杂地质和海洋水下核研究,并通过进一步分析,反射和散射信号可以用于海底沉积物分类、水下栖息地在这项研究中,都是使用声学方法,通过潜艇发射接收声波的测绘,但重点是不同的,在处理方法上存在较大差异。
本文分别对数据处理等进行了梳理,对归纳总结和融合方法进行了分析,从注册的各方面进行分析,以便以后的数据处理和融合方法可供参考。
2数据处理2.1多波束声纳处理传统多波束数据处理包括数据格式转换和阅读声速剖面数据处理、定位、数据处理、数据处理、潮流立场深度数据处理,数据处理,和网格坐标系统转换,等等。
随着现代科学技术的支持,多波束声纳系统在原深度在这个过程中,不仅可以实现速度改正,而且还有效的计算波束脚印和测深数据滤波处理,将覆盖的噪声和虚假信号。
2.2扫描声呐图像处理技术作为潜艇开发的重要基础装备,扫描声纳可以实现水下高分辨率成像,直接影响海底探测的科学性和有效性。
扫描声呐数据处理主要包括降噪和坡度校正两个方面。
距离成像、侧扫描声纳工作当传感器高从海底和系统范围可达1:10的比例,所以目标中的形象有严重的节略,褶皱的面具和顶点位移的几何失真,更基于声线跟踪法用于消除直线距离函数;侧扫声纳系统的回声在一段时间内是水下声波的矢量,它包含了各种噪声,会使声波被误判。
多波束和声纳在大面积水域中探测水下目标物的组合方法

多波束和声纳在大面积水域中探测水下目标物的组合方法摘要:侧扫声纳是目前水下探测的一种重要探测工具,有很高的探测效率和分辨率,但是定位精度差;而多波束则以高效率、高精度、高分辨率证明了它的优越性。
通过工程实例说明了侧扫声纳和多波束在大面积水域中探测水下目标物的方法,并对两者的扫测结果进行了对比分析。
充分利用多波束和声纳的扫测数据结果,可有效增强观测数据的互补性,如此既可以提高工程质量,又可以使扫测结果达到最优。
关键词:侧扫声纳;多波束;水下目标物;精度;分辨率1 引言多波束测深系统主要用于水下地形测量,应用这种高新技术,不仅可以获得高精度的水下地形数据,还可以为人们提供直观的水下三维图和类似侧扫声纳的声像图。
侧扫声纳的出现为水下目标物探测提供了完整的水下声学图像,用于获得水下地形形态[1]。
侧扫声纳和多波束测深系统都是能够实现全覆盖扫测得探测设备,能够获得几倍于水深的探测范围。
在水深测量精度、定位精度、声像图分辨率等方面两者又各有优点。
所以在多次的工程实践中,我们发现利用声纳和多波束同时来完成探测工作,可有效增强不同观测数据的互补性,将扫测结果达到最优化,提高工程质量。
本文就声纳和多波束探测时的实际效果进行对比分析。
在工作实践中,侧扫声纳采用由美国EdgeTech公司生产的EdgeTech 4200MP 型双频侧扫声纳,该系统将EdgeTech的全频谱和多脉冲技术集成与一体,是高科技数字双模式高分辨率侧扫声纳系统;多波束采用Sionc 2024型测深仪,工作频率为300kHZ,最大量程为500米。
波束个数为256个,垂直航迹方向的波束大小为0.5°,沿着航迹方向的波束大小为1.0°。
2 侧扫声纳和多波束的工作原理这两种设备均是采用向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波,从反射和散射的回波信息中提取我们所需要的几何信息。
(a)多波束设备连接图(b)侧扫声纳设备连接图图1 多波束和侧扫声纳设备连接示意图由于它们接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同,多波束测深仪通过接收回波信号能够实现空间精确定向,利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距,而每一束波束都有一个固有的波束角,从而确定斜距可以得到精确地水深信息,绘制水下地形图[2]。
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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。
比较项目
Seabeam2112系统 EM120系统 基本技术参数 频率12kHz ;工作水深:
10~11000m ;2°×2°波束;
最大开角150°,最多151波
束
频率12kHz ;工作水深:10~11000m ;1.5°×1.5°波束;最大开角150°,最多191波束 工作海况 小于2.0m ,风力小于6级
小于2.0m ,风力小于6级 条幅开角 140°,等角模式
120°,等距模式 系统校正 实时声速校正,纵倾横摇参数
校正
实时声速校正,纵倾横摇参数校正 其他
5.0m 吃水深度改正,未做潮
汐校正 4.3m 吃水深度改正,未做潮汐校正
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。