多波束测深系统简介
多波束测深系统在水库库容曲线测量中的应用
多波束测深系统在水库库容曲线测量中的应用摘要：多波束测深系统的应用，为大中型水库的水下测量工作提供了优质的解决方案，为水库管理者进行科学化管理和决策提供了技术支撑。
关键词：多波束测深系统；库容曲线1.多波束测深系统简介多波束测深系统也称声纳阵列测深系统，利用超声波原理进行工作，系统由GPS定位系统、多波束换能器（探头）、光纤罗经、声速剖面仪、水深数据采集处理器、数据处理软件等构成。
与传统的单波束测深系统每次只能获得测量船垂直下方一个深度值相比，多波束测量能够获得一个条带覆盖区域内多个测量点的深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，两种测量方式如图1所示：图1多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对水下地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出水下地形的三维特征。
2.项目概况岗南水库位于河北省平山县岗南镇附近的滹沱河干流上，距省会石家庄58km，是滹沱河中下游重要的大（Ⅰ）型水利枢纽工程，控制流域面积15900km2，总库容15.71亿m3，水库以防洪、供水、灌溉为主，结合发电，与下游28km处的黄壁庄水库联合控制流域面积23400 km2。
截至2016年，库区已有近30年未进行库区淤积及库容曲线的测量，对水库的安全运营带来潜在的威胁。
为了全面摸清水库现状，并对淤积趋势做出科学预测，最大限度的发挥水库效益，管理部门决定进行水库库区淤积及库容曲线修复测量。
3.测量方案项目测图范围为215m高程以下区域，总面积约89.5km2，其中水域部分约23.7 km2（相当于194m高程水位），陆上部分约65.6 km2。
陆上部分采用无人机低空数字摄影测量，水域部分采用多波束测深系统和单波束测深系统完成：（1）对于水深3m以上的区域，采用EM3000D多波束系统完成。
多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨
多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨摘要：多波束测深系统能完成全覆盖水深测量、航行障碍物探测，使航道测绘技术从外业到内业全过程真正实现了自动化、智能化和数字化。
RTK三维水深测量省去传统水深测量中繁琐的水位测量，能够自动消除波浪起伏和动态吃水变化的误差影响。
航道疏浚结果表明，在近海海域该方法可以取代有验潮的常规水深测量。
关键词：多波束测深系统；航道测量；问题引言多波束测深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成，最常使用在海洋环境中，多波束测深系统打破了传统单波束以点为基础的离散式的作业模式，尽管如此，经过多次水深测量应用，认识到RTK模式下的多波束测深有诸多方面不同于常规水深测量，尤其是误差分析和改正。
1.多波束测深系统简介与传统的单波束测深技术相比较，多波束测深系统优势明显。
①多波束系统采用了全覆盖的测量方式，采集的数据全面，能真实的反映河床地形；②多波束系统同步记录船体姿态信息，起伏、纵摇、横摇、航向等，由后处理软件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减小到最低限度；③多波束系统后处理软件功能强大，能对测量资料进行多种成图处理，可生成等值线图、三维立体图、彩色图像、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及土方计算等，极大地提高了工作效率；④多波束系统应用的采集软件具有实时成像功能，可以直观地看到水下的地形起伏，以及护岸工程的效果，便于指挥决策和重点监测，利用软件的回放功能，不仅在现场而且在室内也能演示；⑤多波束系统通过后处理软件可以绘制任意比例尺水下图形图，可以满足高精度的水利工程测量要求。
与常规多波束系统不同，SEA BAT 8101 采用特殊的波束形成方法，即在发射和接收时，系统均产生完全经过横摇校正的波束，此项技术被称为旋转定向发射（RDT），其优点为：在发射和接收时无论在沿航迹方向还是垂直航迹方向均可以获得极好的指向性，换能器小但声源级高、系统的安装应用非常方便灵活、旁瓣抑制好于36dB、错误率低。
多波束测深系统信号处理平台关键技术研究与实现的开题报告
多波束测深系统信号处理平台关键技术研究与实现的开题
报告
1. 研究背景
多波束测深系统是一种利用多个声波发射器和接收器测量水深的技术，常用于海洋测绘、航道维护和海底资源勘探等领域。
多波束测深系统能够提高水深测量的精度和效率，但信号处理平台的性能和算法对系统精度和可靠性有着至关重要的影响。
2. 研究内容
本项目旨在研究多波束测深系统信号处理平台关键技术，包括以下内容：
2.1 多波束测深系统建模和信号处理算法研究
对多波束测深系统进行建模，并研究信号处理算法，包括多普勒效应补偿、滤波和波束形成等，提高系统精度和可靠性。
2.2 多波束信号采集和数据处理平台设计与开发
设计、制造并完成多波束信号采集和数据处理平台，完成演示和功能测试，以验证研究成果的实用性与系统性能。
2.3 实验设计和数据分析
通过实际测试和数据分析的方法，验证多波束测深系统信号处理平台的性能、精度和可靠性，并分析试验结果。
3. 研究意义
研究多波束测深系统信号处理平台关键技术的意义在于：
3.1 提高多波束测深系统的测量精度和可靠性，为海洋测绘、航道维护和海底资源勘探等领域的应用提供更加准确的数据。
3.2 探索新型信号处理算法和平台设计，促进多波束测深系统的升级和改良，提高系统性能和效率。
3.3 为相关行业提供技术支持和服务，推动我国航海技术和海洋资源勘探能力的提升。
航道测绘中多波束测深仪的应用分析
航道测绘中多波束测深仪的应用分析摘要：近几年，伴随国家经济水平的提高，“一带一路”的实施与海洋强国战略的实行，海洋经济活动越来越频繁，航道测绘的作用日益明显。
为了确保经济稳定和迅速发展，确保船舶安全运行，满足海事工程的要求，需要定期绘制水道图。
其中，多波束测深仪是一种常用于水道测绘的高科技制图系统。
在此基础上，下文讨论了多波束测深器在航道测绘中的应用，供参考。
关键词：航道测绘；多波束测深仪；应用分析引言多波束测深系统是一种多种技术高度集成的技术，如计算机、数字传感器、水声、导航等。
风管多流技术是一种新的测量技术，可实现风管的高精度测量。
在传统的管道捕获中，测量过程通常使用单束检测器进行，该检测器需要加密的测量线，且测量结果较差。
多流空气形成技术允许有针对性地接收多通道和从宽角度进行远程引导，以获得更准确、更全面的轨道信息，提高空气形成技术的准确性。
1多波束测深系统及原理多波束测深系统，又称为多波束测深仪、条带测深仪或多波束测深声呐等，多波束测深系统是一种高精度、高分辨率、高效率的一种水下地形测量技术。
相较于单波束测深仪，其具备自动化成图、数字化记录、高精度、高速度、大范围等优势，近年来应用的范围越来越广。
系统主要由三个子系统组成，其一是多波束的发射和接收系统以及相关的换能器综合信号控制处理系统。
其二是用于多波束系统服务的辅助系统，包括为多波束系统提供测量定位的卫星定位系统、测量产品运行状态的测量系统以及声速剖面仪等。
其三是多波束声波测量数据的解析处理软件系统，包括信息分析处理软件、信息数据对比和整理软件以及信息储存库等。
多波束测量系统通过线状声波对航道底部的地形进行测量，将多线索构成面，从而得到航道水下地形的三维图片。
其工作原理就是利用声波发射器阵列于水下发射一定宽度的扇形覆盖声波，利用声波遇到障碍物会进行反射的原理，对反射的声波进行收集和分析。
这些被反射的声波在数据处理软件的处理下被解析为成千上万的单个测深点的深度值，据此绘制出水底的三维地形图。
海底探测技术 第7章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析
发射换能器组成 发射探测波束 海底检测方法 海底覆盖宽度
脚印大小 测点分布 测深精度
适宜工作区
物理多波束 多个换能器阵 数量少（一般 小于5个） 振幅检测
小（一般小于 水深的两倍）
有
物理换能器决 定 精度高
河道测量
电子多波束 一个或二个换能器阵 波束多，一般大于90个
相干声呐 二个换能器阵 球面波无具体波束
海底探测技术
第一章 绪论 第二章 定位导航技术 第三章 声波探测的基本原理 第四章 声学海底探测设备的组成及分类 第五章 单波束测深设备的组成及工作程序 第六章 侧扫声呐工作原理及探测资料分析 第七章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析 第八章 浅地层探测系统的工作原理及资料分析 第九章 综合探测的实施原则及水下声学定位系统
电罗经
测深仪工作频率不同 操作人员较多
各测深仪吃水变化 数据处理繁杂
航向与船首方向不一致
波束角极小 水体声速曲线
物理多波束
测深仪工作频率不同 操作人员较多
水体声速为平均声速
各测深仪吃水变化 数据处理繁杂
航向与船首方向不一致
电子多波束
相干声呐（条带测深系统）
实现在不增加工作量前提下，得到丰富数据的目的
振幅检测+相位检测或仅有 相位检测 振幅检测
仅有振幅检测的小于水深的 可达水深的10倍以 两倍；振幅检测+相位检测 上 小于水深的8倍
有
仅有声呐水平波束
角
正下方测点多边缘波束少 测点可无限但正下 方无准确测点
正下方精度高，边缘精度低 边缘精度低，正下 方无测点，30～50 度角度区精度高
全海深
距水底小于50m地形 相对简单的海区
纵倾
多波束测深系统在海洋工程测量中的应用
多波束测深系统在海洋工程测量中的应用摘要：多波束测深系统是一种由多传感器组成的复杂系统，系统自身性能、辅助传感器性能和数据处理方法，对于系统的数据采集和波束脚印的归位计算起着十分重要的作用。
本文分析了多波束测深系统在海洋工程测量中的应用。
关键词：多波束测深系统；航道疏浚；数据处理不同于单波束测深系统，多波束测深系统可在测量断面内形成十几个至上百个测深点，几百个甚至上千个回向散射强度数据，从而保证了较宽的扫幅和较高的测点密度；一、多波束水下测深系统1.多波束测深系统的组成。
多波束测深技术是现代水下探测领域的新兴技术，它集成了现代空间测控技术、声呐技术、计算机技术、信息处理技术等一系列高新技术，实现了对水下探测目标的高精度和高密度测量。
如SeaBat 8101是目前世界上最先进、精度最高的多波束测深系统之一，它主要由OCTANS光纤罗经和运动传感器、声速剖面仪、侧扫图像处理系统、多波束数据后处理系统(CARIS HIPS后处理软件)、QTC Multiview底质分类系统等共同组成。
2.系统特点。
(1)SeaBat 8101以带状方式进行测量，波束连续发射和接收，测量覆盖程度高，对水下地形可100％覆盖。
与单波束比较，波束角窄，能够完全反映细微地形的变化。
单波束是点、线的反映，而多波束则是面上的整体反映。
多波束测深系统的测量成果更真实可靠，由于是全覆盖，其大量的水深点数据使等值线生成真实可靠。
而单波束是将断面数据进行摘录成图以插补方式生成等值线，在数据采集不够时，等值线会存在一定偏差。
(2)SeaBat 8101条带覆盖宽度210°，波束大小为1．5°×1．5°，波束数目为101个，测深分辨率为1．25 cm。
波束后向散射强度图像和检测到的距河床底距离实时显示在声呐监视器上，且便于快速质量检查。
(3)CARIS HIPS后处理软件功能强大，可以根据需要抽取不同比例尺的数据成图，生成的图件类型有：测深数据图，水深等值线图；三维数字地形模型(DTM)图；彩色水深图；彩色地形阴影图以及质量控制报告等。
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。
Seabeam3012全深海多波束测深系统
Seabeam3012全深海多波束测深系统1.概述Seabeam3012是ELAC公司的最新一代深水多波束测深系统。
该系统采用先进的革命性的波束扫描专利技术，可以完全进行艏摇、纵横摇运动补偿。
Seabeam3012是唯一能进行实时全姿态运动补偿的全海洋深度多波束测深系统。
系统工作频率为12kHz，工作水深30－11000m，最大工作速度可达13节。
新的波束扫描技术包括宽覆盖、浅水近场聚焦等特性，使它的性能远超过其它常规扇区扫描发射技术。
Seabeam3012系统能够实时采集测深信息、后向散射数据、侧扫声纳图像等，并以良好的视觉形式将测量结果呈现在操作员面前。
在海底构造研究领域、海地底流研究、海洋资源探测、地球物理探测等具有极高的应用价值。
2.系统结构Seabeam3012全海深多波束测深系统由船底安装发射换能器阵、船底安装接收水听器阵、接线盒、接收、发射控制单元、数据采集工作站以及辅助设备等组成，见下图。
SeaBeam3012多波束主系统结构示意图3. 系统主要技术性能参数表参数指标频率12kHz测量水深范围30~11000m波束个数单条幅：301个（等角模式），497个（等距模式）双条幅：602个（等角模式），994个（等距模式）波束覆盖宽度140︒（自动），150︒（手动）波束发射方式采用波束扫描技术，确保海底脚印平行有序侧扫12位分辩率，最大2000pixel平均脚印分辨率1︒⨯1︒，1︒⨯1.5︒，1︒⨯2︒最大工作船速13节系统工作站Windows操作系统原始数据输出CARIS后处理软件兼容系统的发射速率不小于4Hz，但受来回声程的时间限制。
环境限制Roll：± 10︒；Pitch：± 7︒；Yaw：± 5︒4.SeaBeam3012的物理尺寸参数项目高（mm）宽（mm）深（mm）重量（Kg）水听器阵（1.5︒/1︒）2225496/7680 8921650/2250发射能器阵(1︒)27677401056 3880水听器接线盒60062919120发射换能器接线盒64040913021发射控制机柜1949608858337接收控制机柜1949608858337系统工作站1000500500505.电源要求项目电压/V平均功率/W峰值功率/W接收控制单元220V（50Hz）13003500发射控制单元220V（50Hz）1200系统工作站220V（50Hz）300后处理工作站220V（50Hz）300。
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单波束
多波束
First contact of the beam on the seafloor
Dozens/hundreds of independent beams on seafloor
• 2、多波束组成
• 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。自70年代问世以来就一直以 系统庞大、结构复杂和技术含量高著称。它的主要部件包 括：
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有些国家自其问世之后,己经计划把所有的重要海区都重新测量 一遍。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
• 一、多波束测深系统简介与组成 • 二、多波束工作流程简介 • 三、多波束测量质量控制 • 四、多波束测量误差来源与分析 • 五、多波束应用前景
一、多波束测深系统简介与组成
• 1、多波定义及特点
• 多波束测深系统是一种可以同时获得多个（典型256个）
相邻窄波束的回声测深系统。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。
• 3、内业数据处理
• 内业数据处理相对来说，操作难度较为繁琐复杂，但 对数据质量没有太大的实质性影响。
三、多波束测量的质量控制
•
本章是该课件的重点章节，我们从以下几点对其做详
细介绍。
• 一、安装控制
•
因多波束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
总体来讲，安装目的就是要保证高精密仪器换能器和
罗经的稳定性，具体安装操作还有许多细节，这儿也就不
在一一表述了。
•
题外话：公司至今没有多波束的专业测量船，项目的
船舶有时不太符合测量需要，测出来的数据质量就不太理
想，就如2012年在莱州测量的时候，数据质量问题较大，
但是集合全局测量精英，李素江院长也亲自过来指导，最
• 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。
术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成，因此它对
作业平台有较为严格的要求：
•
• 1、工作船只不宜太小，应以长度在20m以上，宽度在4m 以上的船只为宜，这种船只才能保证工作平台的稳定性， 使得罗经的改正达到最佳状态。
• 2、安装位置不宜离发动机太近，离发动机太近也一样会 影响罗经对数据的改正。
•
终也没有找出原因，后来换了一艘大船，问题也就没了。
• 二、测量过程的控制
•
1、天气和海况的影响
•
因换能器和罗经为高精密仪器
对环境反应较为敏感，如果仪器工作平台处于非常不稳定
的状态，对数据质量和仪器的安全均有较大影响，因此当 海况或者天气不好的时候，测量数据一般不太理想（这儿 有个题外话，如今项目比较多，航道往往较长，工程比较 紧，有些时候，在天气不允许的情况下，我们也进行测量， 效果不好。）
• ⑦声速剖面仪：测量不同海水深度剖面声速
二、多波束工作流程简介
• 1、多波束工作原理
•
多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向
海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波
进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成
对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一
次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海
• 一、海况影响
•
罗经就类似人的大脑，它对平衡的调节能力有一定的
限度，当超过这个限度后，就无法再继续实施调节。
• 二、水位影响
•
水位影响一般较小，但却也是一个不容忽略的影响因
素。
• 三、其它影响因素还包括：声速、水质、吃水的量取、以 及内业roll、picth、yaw值的计算，外业船型的量取。
五、多波束应用前景
• 因此，要想获得准确的数据，天气和海况需满足测量 要求。
• 2、声速控制
• 无论是多波束，亦或者是单波束，海洋测量的基本原 理就是利用的声纳学原理，因此声速的准确与否，直接关 系到测量的准确与否，因此，每次测量，都要对声速进行 准确的测定。
• 3、仪器的准确连接及测量船的正常驾驶都会对测量数 据产生一定的影响。
目前世界上主要有美国、加拿大、德国、挪威等国家在生 产此系统，国产多波束尚处于调试阶段，无市场化应用。
•
谢谢！
• 3、内业数据处理质量控制
• 数据的内业处理是一个耐心和经验，以及责任心的问 题，再次不做详细介绍。
四、多波束测量误差来源与分析
• 上一节质量控制里也涉及了一部分误差来源和分析的知识， 在这一节在做详细说明。
• 误差来源一般分为系统误差和偶然误差，系统误差是系统 本身的稳定性所造成的，我们无法改变，我们能改变的仅仅 是偶然误差，那么偶然误差的来源又有那些呢？
底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一
定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地
描绘出海底地形的三维特征。
安装杆振动的例子
• 2、外业测量
•
无论多波束或者单波束，外业测量环节都是整个测量
过程最为重要，也是决定数据质量最为关键的环节。后面
质量控制和误差来源分析里我们再做详细的描述。
• 多波束测深系统主要由以下部分组成 • ①换能器：发射和接受波束 • ②OCTANS罗经：实时船舶定向和船舶姿态 • ③GPS：测量定位 • ④SIM接线盒：定位数据、水深数据、船舶姿态数据的集中合
成
• ⑤工业电脑：数据存储和处理，实时测量显示
• ⑥表面声速仪：安装在换能器附近，实时测得换能器处海水 声速