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2021年 第1期海洋开发与管理49三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望郎诚1,茅克勤1,向芸芸2(1.浙江省海洋科学院 杭州 310000;2.自然资源部第二海洋研究所 杭州 310012)收稿日期:2020-07-20;修订日期:2020-08-18基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目 土地资源约束下海岛系统的适应性管理研究 (41506140);自然资源部第二海洋研究所及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(J G 1719).作者简介:郎诚,助理工程师,硕士,研究方向为声学成像和海洋装备研发通信作者:茅克勤,高级工程师,硕士,研究方向为海洋测绘和地理信息系统摘要:为提高我国海底掩埋目标的探查技术,以适应不断发展的探测需求,文章综述了现有三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状,并对关键技术的发展方向进行了展望㊂结果表明:尽管三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中具有较大的技术优势,但是由于技术难度大㊁复杂程度高,可提供成熟商用设备的单位仅有两家,中科探海研发的三维合成孔径声呐系统多项核心技术指标领先㊂运动误差估计和补偿技术,掩埋目标特征提取和识别分类算法,多通道大规模数据并行处理算法等关键技术将成为三维合成孔径声呐系统未来的发展方向㊂关键词:掩埋目标;合成孔径声呐;三维S A S ;海底探测装备;声学成像中图分类号:T H 766;T B 565.2 文献标志码:A 文章编号:1005-9857(2021)01-0049-04T h eA p p l i c a t i o n s a n dP r o s p e c t o f 3DS y n t h e t i cA pe r t u r e S o n a r S y s t e mi nB u r i e dT a r ge t sD e t e c t i o n L A N GC h e n g 1,MA O K e q i n 1,X I A N G Y u n yu n 2(1.Z h e j i a n g A c a d e m y o fM a r i n eS c i e n c e ,H a n gz h o u310000,C h i n a ;2.S e c o n d I n s t i t u t e o fO c e a n o g r a p h y ,MN R ,H a n gz h o u310012,C h i n a )A b s t r a c t :F o r t h e p u r p o s eo f i m p r o v i n g t h ed o m e s t i c t e c h n o l o g y o nb u r i e dt a r g e t sd e t e c t i o n ,a n d m a t c h i n g i n c r e a s i n g d e m a n d so f s u b m a r i n ed e t e c t i o n ,t h i s p a p e r r e v i e w e dt h ea p pl i c a t i o n so f 3D s y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r s y s t e mo nb u r i e d t a r g e t s d e t e c t i o n ,a n d p r o s p e c t e d t h e f u t u r e d i r e c t i o n o f t h e c o r e t e c h n o l o g i e s .I tw a s f o u n d t h a t :t h e r e a r eo n l y t w oc o r p o r a t i o n s p r o v i d i n g d e v e l o p e d3D S A Sd u et ot h eh i g hc o m p l e x i t y a n dd i f f i c u l t y i nd e s i g n i n g a n di m p l e m e n t a t i o n ,d e s p i t eo f i t s g r e a t a d v a n t a g e s i n b u r i e d t a r g e t s d e t e c t i o n ;m a n y p a r a m e t e r s o f t h e 3DS A S p r o d u c e d b y T-S E A M a r i n eT e c h n o l o g y C o .,L t d .a r e a h e a do f t h e c o m p e t i t o r ;m o t i o n e r r o r e s t i m a t i o n a n d c o m p e n s a -t i o n ,b u r i e d t a r g e t s f e a t u r e e x t r a c t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n a l g o r i t h m ,a n dm u l t i -c h a n n e l p a r a l l e l p r o -c e s s i n g a l g o r i t h mf o r l a r g e -s c a l e d a t aw o u l db e t h e f u t u r e d i r e c t i o no f 3DS A S .K e yw o r d s :B u r i e d t a r g e t s ,S y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r ,3DS A S ,S u b m a r i n e d e t e c t i o n ,A c o u s t i c a l i m a -g i n g50海洋开发与管理2021年0引言随着海洋科技和海洋经济的深入发展,对海洋的认知和开发已遍布海洋的各个区域,对探查装备的能力需求越来越高,要求探查装备的探测能力从近海延展到中远海,从水中悬浮㊁沉底目标扩展到海底以下地质层或掩埋物体㊂与此同时,随着海洋经济的快速发展,海底通信光缆㊁海底供电电缆㊁海岛之间的输水和输气等水下管道等铺设量也越来越大,而且这些基础工程都是关乎国计民生的重大事项㊂现在海底管道和线缆均采用掩埋的方式铺设,所以在后期的管缆路由探查和维护工作中,被掩埋的管缆目标的精确探测需求越来越迫切㊂目前,可用于掩埋目标探查的技术主要包括浅地层剖面仪㊁二维合成孔径声呐和三维合成孔径声呐等[1-2]㊂浅地层剖面仪目前在传统的作业方式中应用最为广泛[3-7],但其主要问题在于开角非常窄,只能横穿掩埋目标作业㊂另外浅地层剖面仪对小的掩埋目标(比如直径20c m以内的管缆㊁光缆㊁普通的掩埋目标等)均无法探测㊂合成孔径声呐的概念最早由美国的R a y t h o n 公司在20世纪60年代提出[8],其基本思想是对小孔径基阵沿直线运动过程中记录的接收信号进行孔径合成处理,从而达到虚拟大孔径基阵的方位分辨力效果,在高分辨海底成像领域有着潜在的应用前景㊂1合成孔径声呐1.1二维合成孔径声呐早期二维合成孔径声呐的研究主要集中于侧扫式合成孔径声呐,只能形成目标的二维图像,无法给出深度信息[9]㊂而在海底掩埋目标的位置探测时,掩埋目标埋深这一判断管缆目标安全状态的关键信息至关重要[10]㊂因此,二维合成孔径声呐在实际应用中无法完全满足工程需求㊂三维合成孔径声呐技术在此背景下应运而生㊂1.2三维合成孔径声呐三维合成孔径声呐技术最早由G r i f f i t h[11]通过干涉法在水池中试验成功,并逐步获得研究学者的关注[12-14]㊂但是干涉式合成孔径声呐的三维图像是通过多幅二维图像重建获得,并非目标的真实三维成像,因此无法完成对目标的高精度测深[15]㊂21世纪初,为克服干涉式合成孔径声呐的这一缺点,日本学者A s a d a等[16]基于多波束测深声呐技术,提出了多波束合成孔径声呐,并在试验中获得了良好效果㊂国内,哈尔滨工程大学和中国科学院也对三维合成孔径声呐技术开展了早期研究[17-18],并奠定了一定的理论基础㊂由于在三维成像上所具有的显著优势,多波束合成孔径声呐使得海底掩埋目标探查技术装备的研究与开发重点聚焦于多波束合成孔径声呐㊂2三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状由于多波束合成孔径声呐在三维成像上的显著优势,应用于掩埋目标探查的设备多基于多波束原理设计开发㊂目前成熟商用的三维合成孔径声呐仅有加拿大的P a n g e o公司的S B I(S u bB o t t o m I m a g e r)型三维合成孔径声呐和我国中科探海海洋科技有限责任公司(以下简称中科探海)设计生产的下视三维合成孔径声呐㊂2.1S B I型三维合成孔径声呐加拿大P a n g e o公司生产的S B I型三维合成孔径声呐,研发始于2008年,2010年完成了对海底掩埋的高压直流输电(HV D C)电缆的验证,主要技术参数如表1所示,2011年正式进入商用领域,完成了大量的实际应用㊂表1加拿大P a n g e o公司S B I系统主要技术参数[19]参数名称参数数值阵元数目40个最大埋深7m航数<2k n探测距底高度数距海床垂直高度3.5mʃ0.5m作业深度3~1000m尺寸1.8mˑ1.85m(可展开至3.4mˑ1.85m) S B I型三维合成孔径系统采用5ˑ8的水听器阵列,可4~14k H z多个频段扫描探测,可安装于水下机器人上作业㊂该系统在线性探测时,探测宽度可以到5m,并在长度方向上连续探测数千米㊂第1期郎诚,等:三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望51 而在进行区域探测时,可以在探测结束后对探测结果进行组合,形成整个区域的完整探测成像㊂2.2 中科探海三维合成孔径声呐2.2.1 产品概述中科探海在2016年开始了下视三维合成孔径声呐的研制工作,并于2018年推出可商用的产品㊂与加拿大产品相比,该公司研制的三维合成孔径声呐系统,突出优点是同时集成了下视三维合成孔径声呐㊁下视多波束声呐㊁侧视声呐等三部声呐分机,采用模块设计,可根据不同要求灵活组合,满足不同任务场景以及安装需求㊂其中下视三维合成孔径声呐可获得水体㊁海底㊁海底以下掩埋层等全海深的三维声呐数据,下视多波束声呐可获得海底高精度地形数据,侧视声呐可获得海底高精度的地貌数据㊂利用不同声呐的成像特性,可获得目标的多维度特征信息,可提供水下悬浮㊁沉底和掩埋目标的高清影像㊁目标位置㊁目标埋设深度以及水下高精度三维地层等多种信息,对目标的辨别㊁埋深的精确测定㊁路由走向㊁海底环境信息等均可获得高质量成果,极大地促进海底电缆和管线的成像和信息提取㊂该系统可满足用户水下环境探查㊁水下目标搜索㊁航道整治复勘㊁护堤结构复勘㊁桥墩监测㊁救捞㊁应急㊁油气管线路由勘察㊁光缆电缆勘察(路由+埋深+地层等功能)㊁三维精细地层结构㊁水下其他各类成像等多种使命任务的需求㊂2.2.2 产品性能中科探海三维合成孔径声呐系统的主要技术参数如表2所示㊂通过与加拿大P a n g e o 公司产品的技术参数对比可以看出其在分辨率㊁探掩埋深度㊁工作航速等指标上具有绝对优势㊂表2 中科探海三维合成孔径声呐系统主要技术参数[20]参数名称参数数值像素精度2c mˑ2c mˑ2c m最高工作航速6k n最大工作水深300m埋深测量精度10c m 最大可探测掩埋目标埋深(泥底)直径5c m 电缆埋深5m ;沉船埋深10m ;浅地层剖面深度30m续表参数名称参数数值最大探测范围掩埋目标:正下方90度;沉底目标和悬浮目标:正下方140度(下视)/双侧各45度(侧视)下视三维阵元数量A 型432个;B 型288个;C 型96个下视多波束最大波束数物理波束192个;数字波束1400个最大量程150m质量A 型ɤ400k g ;B 型ɤ250k g ;C 型ɤ100k g尺寸A 型:1.8mˑ1.4mˑ0.2mB 型:1.5mˑ1.2mˑ0.2mC 型:1.2mˑ0.7mˑ0.2m2.2.3 产品系列中科探海三维合成孔径声呐系统目前有A ㊁B ㊁C3个系列[20-21]㊂A 系列产品为拖曳式产品㊂适用于深水水域,工作时通过调整拖缆长度的方式,来调整拖体在水中的深度,使声呐距底高度处于良好工作状态,满足较深水域水下悬浮㊁沉底和掩埋目标探测的需求㊂接收阵列采用3行6列模块配置,共432个阵元㊂B 系列产品为大型框架式安装,适用于测量船船底安装或船侧挂载㊁水面大型无人船船底安装等,其接收阵列采用3行4列模块配置,共288个阵元㊂C 系列产品为小型框架安装,体积小㊁搭载方便,适用于小型测量船船侧挂载,作业方便㊁迅捷㊂可对浅海海底掩埋目标进行高清晰三维成像㊂接收阵列采用1行4列的模块配置,共96个阵元㊂3 结语本研究主要对三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状及现有成熟设备的应用情况进行综述㊂尽管三维合成孔径声呐系统在海底掩埋探查中具有良好的成像性能,但由于该系统的开发难度大㊁复杂程度高,市面众多研究单位中,仅有两家可提供成熟的商用产品㊂目前,三维合成孔径声呐系统已能基本满足当下的作业需求,然而海52海洋开发与管理2021年洋科技㊁海洋经济的深入发展对三维合成孔径声呐系统提出了新的技术需求:(1)运动误差估计和补偿技术:与无人平台合作进行高度自动化作业是三维合成孔径声呐系统未来的发展方向,而无人平台姿态变化对其成像精度和目标定位精度影响较大,因此必须发展基于G P S㊁超短基线㊁惯导等多数据源的运动误差估计和补偿技术㊂(2)掩埋目标特征提取和识别分类技术:实现掩埋目标物目标特征提取和识别分类是一体化探测无人平台智能探测的基础㊂对水下目标的正确分类与识别建立在有效的特征提取技术上,特征提取是目标识别过程中的关键,它直接影响到目标识别的效果㊂(3)多通道㊁大规模数据并行处理算法:随着对探测深度和探测分辨率的要求越来越高,阵列也变得越发庞大,未来阵列的通道数量可达到数百路,这就对数据采集和处理提出了较高要求,尤其在处理实时成像时,对电子系统和成像算法的要求更高㊂参考文献[1]路晓磊,张丽婷,王芳,等.海底声学探测技术装备综述[J].海洋开发与管理,2018,35(6):91-94.[2]宋帅,周勇,张坤鹏,等.高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术综述[J].海洋开发与管理,2019,36(6):74-79. [3]张兆富.S E S-96参量阵测深/浅地层剖面仪的特点及其应用[J].中国港湾建设,2001(3):41-44.[4]周兴华,姜小俊,史永忠.侧扫声纳和浅地层剖面仪在杭州湾海底管线检测中的应用[J].海洋测绘,2007(4):64-67. [5]李平,杜军.浅地层剖面探测综述[J].海洋通报,2011,30(3):344-350.[6]石谦,张金城,蔡爱智,等.浅地层剖面仪在海岸工程上的应用[J].海洋工程,1995(2):71-74.[7]李一保,张玉芬,刘玉兰,等.浅地层剖面仪在海洋工程中的应用[J].工程地球物理学报,2007(1):4-8.[8] WA L S H G M.s y n t h e t i c a p e r t u r e a r r a y t e c h n i q u e s f o r h i g h r e s-o l u t i o no c e a nb o t t o m m a p p i n g[R].1967.[9]王晓静.多波束S A S三维仿真模型与成像算法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2015.[10]于福建,王斌,张培珍.起伏海底掩埋目标声散射特性数值仿真[J].水下无人系统学报,2018,26(6):533-536.[11] G R I F F I T H H D.M i n ed e t e c t i o nu s i n g i n t e r f e r o m e t r i cs y n t h e t i ca p e r t u r e s o n a r[Z].1995.[12] S E R A F I N P,O K O N F A F A R A M,S Z U G A J E W M,e t a l.3-Di n v e r s e s y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r i m a g i n g[C]//I E E E.18t h I n-t e r n a t i o n a lR a d a r S y m p o s i u m(I R S),2017,18:1-7. 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水声成像技术在水下工程监测中的应用在当今的科技时代，水下工程的发展日益重要，而水声成像技术作为一种关键的监测手段，正发挥着不可或缺的作用。
无论是海洋资源的开发、水利工程的建设，还是水下基础设施的维护，都离不开对水下环境和工程结构的准确了解，而水声成像技术为我们提供了一双“透视”水下世界的眼睛。
水声成像技术的原理基于声波在水中的传播和反射特性。
我们知道，声音在水中能够传播很远的距离，而且其传播速度相对稳定。
当声波遇到物体时，会发生反射，通过接收和分析这些反射波，我们就可以构建出物体的形状、位置和结构等信息。
这就好比我们在黑暗中用手电筒照射物体，通过观察物体反射的光线来了解它的样子。
在水下工程监测中，水声成像技术具有多种应用形式。
侧扫声呐就是其中一种常见的工具。
它就像一台水下的“扫描仪”，通过向两侧发射声波并接收反射波，可以生成大面积的海底地貌图像。
这对于寻找海底沉船、探测海底电缆的铺设路径以及评估海洋地质结构等工作非常有帮助。
例如，在建设海底隧道时，工程师们可以利用侧扫声呐来了解隧道沿线的海底地形，提前发现潜在的地质隐患，为工程设计和施工提供重要的参考依据。
多波束测深系统则是另一种重要的水声成像技术。
它能够同时测量多个波束的水深数据，从而快速、高精度地绘制出海底的三维地形图。
这对于港口建设、航道疏浚以及海上石油平台的基础设计等工程至关重要。
想象一下，如果我们要在一片未知的海域建设一个大型港口，首先需要清楚地了解海底的起伏情况，确定最佳的码头位置和航道深度。
多波束测深系统就能为我们提供这样精确的海底地形信息，帮助工程师们做出科学合理的规划。
此外，合成孔径声呐技术的出现，进一步提高了水声成像的分辨率和精度。
它利用小孔径基阵的移动来合成大孔径，从而实现对目标的高分辨率成像。
这使得我们能够更清晰地观察到水下微小的物体和结构细节，对于检测水下管道的裂缝、海底光缆的损伤等细微问题具有极大的优势。
比如，在长期运行的海底输油管道中，可能会因为腐蚀或外力作用而出现微小的裂缝。
基于声纳探测技术的水下三维场景实时成像系统摘要：针对目前水下三维声纳实时成像系统前端信号通道多、波束形成计算量大的问题，提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的水下三维场景实时成像系统。
采用FPGA 阵列控制多路信号同步采样，优化波束形成算法对海量数据进行并行处理，同时利用嵌入式处理器PowerPC 控制系统，最终由主控PC 完成三维图像实时显示。
实验结果表明，该系统能够在水下200 m 的范围内实现分辨率为2 cm 的三维成像，三维图像刷新率可达20 帧/秒。
1 概述近年来，随着人们对海洋资源的不断需求与开发，水下探测技术得到了飞速发展。
人们对海洋的主要探测手段是声波，即声纳技术。
因此，利用声纳进行水下探测成为了当今海洋研究的重点课题。
然而，大部分声纳系统都是通过声波来判断有无声纳目标，以及目标的方位和距离。
目前，国内外在海底三维声纳成像技术方面已经取得了一定的成果[1]。
例如：美国RESoN 公司开发的新一代数字声纳SeaBat8125，欧洲共同体和挪威共同开发的Echoscope系列三维声纳，美国的海洋工业公司开发的双频识别声纳以及美国的Farsounder 公司开发的三维前视声纳[2-3]。
我国三维成像声纳也得到一定的发展，中科院声学所、715 所和哈尔滨工程大学等单位等都研制了三维声纳成像系统的试验样机并发表了相关论文[4]。
但这些声纳成像技术大多基于二维映射三维图像，或者小范围的慢速三维成像，成像效果不佳，实时性太差[5]。
本文提出基于三维声纳探测技术的水下三维场景实时成像系统，设计并实现4848 路信号的同步采样，128128 个空间波束形成的大规模数据处理和实时水下三维场景成像。
2 系统总体设计2.1 系统技术特点目前，实时高分辨率的三维声纳系统面临2 个问题[6]：(1)大量前端信号通道的硬件成本昂贵；(2)进行波束形成算法所需的乘累加计算量大。
首先，该系统采用了优化后的模拟退火算法[7]，对二维平面上的每一个换能器分配权重系数，在最大旁瓣可以接受的条件下，部分换能器的权重系数可以分配为0，即达到对换能器稀疏化，减小系统运算量的效果[8]。
三维成像声呐在水下沉船扫测中的应用摘要：本文介绍了三维成像声呐的系统组成和工作原理，并将其应用于水下沉船扫测中。
实际应用结果表明，三维点云数据能够很好的获取水下沉船的沉坐状态，精细的展示沉船的各个细节，数据完整、准确，具有其独特的优越性。
关键词：三维成像声呐；水下沉船；点云数据1 引言船舶失事沉没后，从事打捞工作的技术人员需要掌握沉船的沉坐状态信息，以便采用相应的方法进行打捞工作。
传统的二维成像声呐和多波束系统在直观性和精细度方面不能满足船体沉坐状态探测的要求，而三维成像声呐系统能够获取目标更精细的三维点云数据，从而可以提供沉船更多细节状态的描述。
本文阐述了三维成像声呐系统的基本组成和原理，并结合工程应用实例，从数据采集、点云数据去噪、配准和拼接建模等数据处理过程进行了分析。
2 三维成像声呐基本原理三维成像声呐BlueView 5000可生成水下地形、结构和目标的高分辨率图像。
声呐采用紧凑型低重量设计，便于在三脚架或ROV上进行安装，只需触动按钮，三维扫描声呐就会生成水下景象的三维点云。
扫描声呐头和集成的云台可以生成扇区扫描和球面扫描数据。
可以在低照度或者零可见度的水下环境下，获得陆地三维激光扫描一样的图像。
2.1系统组成三维成像声呐系统（BV5000）包括硬件和软件两部分。
其中硬件部分主要包括声呐、云台、甲板单元及数据传输电缆等；软件部分包括Proscan、BlueViewer和第三方软件Cyclone及若干驱动程序。
声呐和云台通过专用线缆连接到接线盒，接线盒又通过以太网电缆和USB传输线与计算机连接，实现计算机与声呐和云台之间的通信，系统示意图见图1。
声呐发射并接收声呐信号，云台控制声呐的旋转和俯仰角度，Proscan是实时控制软件，可控制云台转动及声呐的相关参数，BlueViewer软件可进行点云数据査看和基本量测，第三方软件Cyclone可进行点云数据编辑处理。
2.2 工作原理三维成像声呐系统（BV5000）进行水下扫测的基本原理为声学测距。
2021.01科学技术创新利用声呐技术的涉水桥梁安全检测应用纪立军(中船七二六所上海瑞洋船舶科技有限公司，上海201108)1概述涉水桥梁质量事关桥梁交通安全，安全检测十分重要。
对于涉水桥梁，由于水域环境的复杂性和水下病害的隐蔽性，需要关注的安全问题与桥梁水上部分有很大不同。
涉水桥梁的安全质量问题主要包括桥墩受水流冲刷问题、桥墩水下裂缝、麻面、淤积等。
为了监测和预警此类问题，需要采用不同的技术手段对涉水桥梁问题进行检测。
综合来看，目前潜水探摸的方法有一定的缺陷，因此在消除桥梁工程中水下基础的质量隐患方面带来许多困难和不便，难以满足高水平水下探测任务需求。
而扫描声呐和多波束声呐可以同时发送和接收多个波束，与单波束回声测深仪相比，它能把测深技术从点、线扩展到面，并进一步发展到立体测深和自动成图，特别适合进行涉水桥梁的快速安全检测。
为此，本文以扫描声呐（MS1000）和多波束声呐（EM 2040）为例，主要阐述两款声呐系统的原理，并通过工程实例应用说明其推广价值和适用性，是涉水桥梁安全检测的重要方法。
2两款声呐的工作原理介绍2.1MS1000扫描声呐工作原理MS1000扫描声呐是一种主动声呐，其系统主要由换能器、甲板声呐图像处理器、采集工作站和水下电缆等部分组成。
工作时声呐换能器可以旋转360°，获得较清晰的水下声呐影像，多个影像可以镶嵌拼合，形成较大范围影响。
该设备采用连续发射调频波测距法来测距，当发射信号遇到检测对象立面时，产生回波；利用发射频率、回波频率、声速、调频周期等，即可确定检测对象立面各点与声呐的距离，从而生成检测对象立面声呐扫描图像。
2.2EM2040多波束工作原理EM2040由4部分组成：甲板处理单元、发射换能器、接收换能器和工作站。
还可配备姿态传感器、定位系统、声速剖面仪。
当配置一个接收换能器时，声呐扫宽可达水深的5.5倍，并能与现场采集的导航定位及姿态数据相结合,绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。
多波束和三维声呐技术在码头工程中的应用实例码头工程是指建设和维护港口和码头设施的工程，主要包括码头、堤坝、引导船舶进出港口的水道等。
在码头工程中，准确地获取水下地形和障碍物的信息对于港口的规划、设计和维护都非常重要。
多波束和三维声呐技术就是一种应用于码头工程中的水下测量技术，可以提供高精度的水下地形图和物体探测信息。
多波束技术是一种将船舶底部或潜水器上的多个声源和接收器组合使用的水下测量技术。
它可以同时获取多个方向的声纳数据，并通过数据处理得到高分辨率的水下地形图和物体探测信息。
在码头工程中，多波束技术可以应用于以下几个方面：1. 港口建设前的勘测：在港口建设前，需要对港口区域进行水下地形的详细勘测。
多波束技术可以提供高精度的水下地形数据，帮助规划和设计人员了解港口区域的地貌特征和水深变化情况。
2. 港口维护和疏浚：港口在使用一段时间后会因为泥沙淤积和地形变化而需要进行疏浚维护。
多波束技术可以提供详细的地形图和水深数据，帮助维护人员了解港口各个部位的泥沙淤积情况，并进行有针对性的疏浚工作。
3. 港口的航道标志和引导设施：为了安全引导船只进出港口，港口需要设置航道标志和引导设施。
多波束技术可以帮助港口规划师和设计师确定最佳的航道位置和引导设施的布置，以确保船只的安全通航。
三维声呐技术是一种可以获取水下物体三维位置信息的水下测量技术。
通过将多个声呐器件放置在不同位置并同时工作，可以实现对水下物体的高精度定位和建模。
1. 港口堤坝的监测：港口的堤坝是保护港口的重要设施，需要定期对其进行监测，以确保其安全性。
三维声呐技术可以提供堤坝的三维模型和变形监测信息，帮助工程师了解堤坝结构的变化情况，并做出相应的维护和修复措施。
2. 水下障碍物的探测：在港口建设和维护过程中，水下障碍物的探测是非常重要的。
三维声呐技术可以提供水下障碍物的三维位置和形状信息，帮助工程师制定合理的工程方案，防止因为障碍物的存在而导致不必要的风险和损失。
三维成像声纳在水下工程中的应用研究所谓的三维成像声纳技术，就是利用声纳设备发射声波，这些声波触及到目标物以后会反射回来，系统可以根据回波对目标物进行定位和成像，这种方式与常规的旁扫有所不同，它能够直接获取水下结构的三维图像，不仅及时，而且准确，将这种技术应用于水下工程中，可以顺利完成水下探测工作。
文章简述了三维成像声纳系统的构成及功能，并分析了其在水下工程中的具体应用。
标签：三维成像声纳；水下工程；应用前言影响海洋工程质量安全的因素有很多，一般将这些因素分为两种，一种是水上结构部分，使用一些常规技术即可排除水上部分的安全隐患，包括触摸、观察、NDT检测等，另一种是水下结构部分，受到环境的限制，使用常规技术无法排除水下部分的安全隐患，这部分隐患不仅难发现、难处理，而且随着日积月累，微小缺陷可能会逐步扩大，最终导致极大的破坏，三维成像声纳技术就能够有效解决这一问题，高效检测海洋工程水下复杂结构部分的安全隐患，保证海洋工程水下施工的安全、稳定运行。
1 三维成像声纳系统概述1.1 系统的构成与具体功能三维成像声纳系统由三部分构成，其一是声纳头，其二是电脑终端，其三是电源和设备安装支架，其中声纳头有两个阵，一个是声纳阵，声波信号沿着锥形方向发射出去，另一个是接收阵，该阵由若干个水听器传感器组成，接收返回来的声波，最终目标物的三维图像会在电脑终端显示出来，测距的范围一般在1米至150米，图像更新的速度可以达到每秒20次。
声纳头的布局有两种形式，一种是靠岸加固，另一种是随船移动，具体布局形式根据周围环境以及检测对象的特征确定。
而在一般的海洋工程中，经常使用的是二维声纳Seaking DFS，声纳头的布局有所不同，一般都是固定安装在ROV（水下机器人）上，通过对水下机器人的操控实现对声纳头位置的控制，随着海洋工程的进一步发展，人们对声呐技术提出更高要求，将三维声纳应用于海洋工程中，通过声波信号的发射与收集，形成具有较高分辨率的图像，不仅能做到实时成像，图像还可以被缩放、旋转和移动，为水下施工过程提供准确、完整的信息[1]。
声呐技术在水下探测和通信中的应用声呐技术是一种利用声波进行水下探测和通信的技术。
声波在水中传播速度快，衰减小，能够在水下长距离传播，并且对水下目标的探测效果优良，因此声呐技术在水下探测和通信中得到了广泛应用。
声呐技术的原理是通过发送声波信号并接收回波信号来实现水下目标的探测和通信。
声波传播的原理是利用水分子的振动来传递声能。
当声波信号遇到物体时，一部分声波被反射回来，形成回波信号。
通过接收回波信号的时间差、幅度差以及相位差等信息，可以判断出水下目标的位置、形态和运动状态。
声呐技术在水下探测中的应用主要包括海洋资源勘探、海底地质勘测、海洋生态监测和水下目标探测等。
海洋资源勘探是指通过声呐技术来发现和评估海洋中的石油、天然气等可利用资源。
声呐通过发送声波信号并接收回波信号，可以对海底的地层结构和含油含气层进行探测，为海洋资源的开发提供重要的技术支持。
海底地质勘测是指通过声呐技术来研究海底地质结构和构造变化。
声呐可以测量海底的地质剖面，揭示海底地壳的变化和演化过程，为地质研究提供有力的工具。
海洋生态监测是指通过声呐技术来监测海洋生态系统的动态变化。
声呐可以探测到水中的生物回声，分析生物回声的特征可以评估海洋生态系统的健康状况和动态变化。
声呐技术在水下通信中的应用主要包括水下声纳通信和水下声学通信。
水下声纳通信是指利用声波来进行远距离和高速水下通信的技术。
声纳通信可以通过调制声波的频率、幅度和相位来传输信息，具有传输距离远、抗干扰能力强等优点。
水下声纳通信主要用于军事领域的水下通信和水下传感器的控制。
水下声学通信是指利用声波在水中的传播特性来实现短距离和低速水下通信的技术。
声学通信主要用于水下机器人和水下传感器的控制和数据传输。
声呐技术在水下通信中提供了可靠的数据传输手段，为水下工程和水下探测提供了重要的支持。
声呐技术在水下探测和通信中的应用存在一些挑战和限制。
首先，声波在水中的传播受到海水的声速、温度和盐度等因素的影响，会引起声波的折射、散射和衰减，降低声呐的探测和通信效果。
声纳处理技术在水下目标检测中的应用研究水下探测和检测一直是海洋开发领域中不可或缺的重要工作。
而声纳处理技术在水下目标检测中的应用越来越受到关注。
本文将介绍声纳处理技术和其在水下目标检测中的应用研究成果。
一、声纳处理技术简介声纳处理技术是一种利用声波进行探测和图像化展示的技术，常见的用途包括水下导航、深海探测、鱼雷制导、水下通讯等。
由于声波在水中传播的速度很快，因此可以在水下快速画出详细的地图。
声纳检测技术主要有自然声源、人工声源和回声三种。
自然声源指水下的鱼、鲸鱼等生物所发出的声音；人工声源则是利用发生声波的设备人为地产生声音，通过声波的反射及吸收来判断水中目标物的位置；回声则是发射声波后所获得的回音，从而判断目标物的位置和信息。
二、声纳处理技术在水下目标检测中的应用研究1、地震学利用声纳技术，可以进行地震探测，判断海底地壳是否存在裂缝、断裂等情况。
这项技术主要是利用声波的反射原理，从而获得海底的三维图像，这对海洋勘探和矿产资源开发具有重要意义。
2、水下文物考古由于大部分的文物都是在水下被保存下来的，利用声纳探测技术，可以发现许多人类从未知晓的文物，如远古遗迹、古代船只等。
这项技术不仅可以发现文物，同时也可以避免为了考古而继续摧毁珍贵的文物资源。
3、海洋生物研究利用声纳技术，可以收集很多有关海洋生物的数据，如鱼群分析、鲸鱼行为研究等。
这项技术与海洋生物学的研究有关，在水下环境中开发出更为合适的生物学研究方法，从而了解更多有关海洋生物的知识。
4、海上搜救工作海上搜救工作是在遇到紧急情况时为了挽救生命而进行的一种急救行为。
利用声纳的技术，可以在海洋环境中很快地找到失踪者或落水者。
这项技术也与海事关系紧密，为海上人员的安全提供了有力的保障。
三、结论从上述中，我们可以看出，声纳技术在水下目标检测中的应用十分广泛。
根据不同的应用情景，目前已经在这方面有不少的研究成果，成为实现科学发现和海洋资源开发的重要基础技术之一。
实时三维声呐技术在平台水下检测中的应用代兆立;窦海余;徐爽;孙大权;蔡彪【摘要】滩海平台工作水深较浅,约1～3 m,平台桩基为群桩,形状不规则,对其难以进行定量检测.首次采用三维声呐系统对冀东油田滩海平台的水下工程进行检测.检测结果表明,冀东油田1号构造平台桩基未发现异常,NP1-1D平台桩基周围3 m范围内有约0.5 m深的凹坑,NP1-29平台西北侧桩基北侧有长44 m、宽约14 m、较周围地形深2.6 m的沟槽,NP1-3D平台桩基宽度约11 m,桩基下方有较小沟槽.检测成果满足工程要求.对于工作水深大于3 m的平台,其桩基可采用Echoscope 实时三维声呐系统进行水下检测;工作水深小于3 m时,需进行现场试验确定.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2018(044)006【总页数】4页(P38-41)【关键词】三维声呐;平台桩基;水下检测【作者】代兆立;窦海余;徐爽;孙大权;蔡彪【作者单位】中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004;中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004;中国石油集团海洋工程有限公司, 北京 100028;中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004;中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004【正文语种】中文滩海人工岛处在复杂的海洋环境中，受到风、浪、流、海冰、风暴潮和地震等多种海洋环境因素的共同影响，损毁事件屡见不鲜，滩海人工岛工程的安全检测与预警是人工岛建设与运行的重要保障[1-2]。
冀东南堡油田采用人工岛海油陆采工程模式，1号构造相继建成3座人工岛，包括NP1-29平台、3座海底管道（简称海管）登陆平台（NP1-1D人工岛的2座海管登陆平台、NP1-2D人工岛的1座海管登陆平台）、NP1-3D人工岛海底管道栈桥支撑平台。
由于近海风、浪、流、冰等动力因素的影响，平台桩基周边可能存在冲刷现象，严重时可能给安全生产带来威胁。
工程设计及相关标准都提出了定期检测要求[3-4]，检测内容包括水深与海底地形测绘、平台桩基探测、桩基冲刷、废弃电缆及海底障碍物等。
水声成像技术在水下资源勘探中的应用在探索地球奥秘的征程中，水下资源的勘探一直是一个重要且充满挑战的领域。
而水声成像技术的出现，为这一领域带来了重大的突破和变革。
水声成像技术，简单来说，就是利用声波在水中传播的特性，来获取水下物体的形状、位置、结构等信息，并将其转化为可视化的图像。
这项技术的原理类似于我们熟知的雷达，但由于水和空气的物理特性差异巨大，因此在技术实现上存在着诸多独特之处。
在水下资源勘探中，水声成像技术有着广泛的应用。
首先，它在石油和天然气的勘探中发挥着关键作用。
海底蕴藏着丰富的油气资源，但这些资源往往深埋在复杂的地质结构之中。
通过水声成像技术，我们可以对海底的地质构造进行详细的探测和分析。
例如，它能够清晰地显示出地层的起伏、断层的分布以及岩石的孔隙度等重要信息，为油气勘探提供了宝贵的依据。
这有助于确定潜在的油气储层位置，提高勘探的效率和准确性，降低勘探风险。
其次，对于海底矿产资源的勘探，水声成像技术同样不可或缺。
比如多金属结核、富钴结壳和海底硫化物等矿产，它们的分布和形态常常具有复杂性和不确定性。
利用水声成像技术，我们能够对海底地貌进行高精度的测绘，从而发现隐藏在深海中的矿产富集区域。
不仅如此，该技术还能够帮助我们了解矿产的规模和品位，为后续的开采工作提供重要的前期数据。
此外，在海洋考古和水下文化遗产的保护方面，水声成像技术也大显身手。
古老的沉船、沉没的城市遗迹等文化遗产静静地躺在水下，经过岁月的侵蚀和海洋环境的影响，它们的状况往往十分脆弱。
传统的勘探方法可能会对这些珍贵的遗产造成进一步的损害。
而水声成像技术能够在不接触的情况下，对遗址进行细致的成像和监测。
它可以清晰地展现出遗址的结构、文物的分布等，为考古学家和文化保护工作者提供了重要的线索和参考，有助于制定更加科学合理的保护和发掘方案。
水声成像技术的实现并非一蹴而就，它涉及到一系列复杂的技术和设备。
其中，换能器是关键的组件之一。
换能器负责将电信号转化为声波信号发送出去，并接收反射回来的声波，将其转换为电信号供后续处理。
港口科技•科研与技革水下三维声响糸燒在海成天然气箐殊裰露悬全段调奋中的启用赵志冲，尹学威(上海达华测绘有限公司，上海200136)摘要：为了有效监控海底天然气管线的实际情况，准确掌握海底天然气管线裸露悬空段的位置和状态，采用水下三维声呐系统对海底天然气管线裸露悬空段进行3D全方位扫测。
水下三维声呐系统引入实时动态差分定位技术来提高定位精度，并采用多条带拼接技术获取海底天然气管线裸露悬空段的三维模型。
工程应用结果表明，通过水下三维声呐系统获取的三维模型可以精准、清晰地呈现海底天然气管线裸露悬空段的特征。
关键词：声呐；水下三维声呐系统；海底天然气管线；三维模型0引言当前，海底管线已成为海上油气田开发中油 气传输的主要方式，随之而来的海底天然气管线 安全隐患也引起人们的广泛关注。
[1]一旦海底天然 气管线因海底地形冲刷造成裸露悬空，则立刻需 要根据其裸露悬空的情况来进行有针对性的施工 维护。
因此，如何探测出海底管线裸露悬空的状况 成为当务之急。
目前，国内常见的海底管线裸露悬空段的探 测方法主要有人工潜水探摸法、侧扫声呐探测法 和浅地层剖面仪探测法等。
这3种探测方法都存 在一定程度的弊端，例如:人工潜水探摸法有较大 的安全隐患，且成本昂贵，检测结果受主观因素干 扰大;侧扫声呐探测法难以直观、准确地定位裸露 悬空管线的位置信息；浅地层剖面仪探测法耗时 长，且声波不能穿透金属材质的管壁而无法反映 出悬空状态。
以上3种探测方法存在的种种弊端 都会影响海底管线裸露段的探测成果，从而给后 续的裸露悬空管线保护带来诸多不便。
传统的管 线探测技术已经不能满足工程的探测需求。
水下 三维声呐探测法作为一种新兴的海底管线裸露悬 空段的探测方法，通过构建目标物的三维点云数据模型来反映目标物的表面现状，再结合数据处 理软件可获取管线裸露悬空段的准确位置、裸露 悬空长度、裸露悬空高度等特征，能够实时、高效、清晰、精准地生成水下裸露悬空管线的三维图像，从而为后续的管线保护施工和修缮维护提供可靠 的数据支撑。
基于声纳传感技术的水下三维扫描系统研究近年来，随着人类文明的不断发展和深入，科技的进步也越来越快速。
一项受到广泛关注的科技就是基于声纳传感技术的水下三维扫描系统。
本文将从定义、发展、应用、未来发展等角度进行探讨和研究。
定义基于声纳传感技术的水下三维扫描系统，简称水下三维扫描系统。
它是一种利用声纳探测技术，同步记录物体的坐标、形状、颜色等三维信息，并以计算机数字化方式存储、分析和处理的系统。
这种系统可以在水下环境中，将水下物体的三维信息呈现在计算机屏幕上，便于研究人员的分析和研究，使得水下探测与勘察工作变得更加便捷、快速和准确。
发展随着科技的不断进步与扩展，水下三维扫描技术也相应的得到了应用和发展。
1980年代初期，水下声纳扫描仪已经被广泛应用在海洋科学和海洋工程领域，并取得了一定的成果。
20世纪90年代，水下三维扫描技术已经逐渐成熟，主要应用于海洋生物学、水文学和纪录文物等领域。
随着科学研究的拓展以及社会需求的不断增加，水下三维扫描技术在近年来得到了快速的发展和普及，成为科技领域里的热门研究课题。
应用水下三维扫描系统有着广泛的应用空间，主要应用于以下几个方面：1.海洋科学：水下三维扫描技术可以帮助我们更好的了解海洋生态系统，探测各种海洋生物的生长、繁殖等生态信息，对研究深海生命和深海生态环境有很大帮助。
2.水下文物勘测：水下三维扫描技术可以帮助文物修复人员进行文物勘探和修复，快速准确地记录文物的形状、颜色等信息，以进行精准的维修，保护人类文明的宝贵财富。
3.海洋勘探：水下三维扫描技术在海洋油气勘探、矿产勘探等方面也有着广泛的应用，可以探测各种海底资源的情况，帮助研究人员进行更好的勘探和开发。
未来发展当前，水下三维扫描技术正逐步向着更为广阔的应用领域拓展，如水下建筑、海洋探险和深海环境等领域也将成为未来技术发展的方向。
随着技术的不断提升和改进，越来越多的应用领域将会被开发出来，推动人类科技发展。
总之，基于声纳传感技术的水下三维扫描系统，可以帮助我们更好的掌握海洋信息、文物实物和地质资源等领域的三维信息，发挥出了巨大的作用。
海洋测绘技术手段在水下隐蔽工程结构检测中的应用——以水下三维全景声呐为例◎ 林斌 福建省港航勘察科技有限公司摘 要：本文以利用海洋测绘技术手段应用于沿海陆岛交通码头、内河桥梁水下隐蔽工程结构检测的实际案例为依托，介绍了Teledyne Blueview 5000-1350水下三维全景声呐系统的探测原理和方法，分析了实际应用过程中实现的目的和效果，总结了应用过程中容易出现的一些问题，并提出了使用过程中的改进措施和建议。
关键词：海洋测绘技术手段；水下结构检测；水下三维全景声呐系统；虚假反射1.引言海洋测绘是研究海洋、江河等水域及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的科学与技术[1]，主要以海洋地球物理探测技术手段为主，海洋测绘发展历程经历了模拟化、数字化初期阶段，正向信息化、智能化新阶段转型[1]，提供的技术服务也向预测、决策等服务方向拓展。
我国海洋测绘技术研究的进展主要在卫星测高、卫星遥感反演、多元数据融合分析、机载L iDA R测量技术等方面有进一步完善和成熟。
我国海洋测量平台由单一的岸基、海基测量平台逐步向天基、空基和潜基平台延伸，海洋装备向无人化、智能化、便携化和多功能化方向发展。
在“一带一路”的引领下，水运工程发展迅速，为确保水运工程正常履行使用功能，需按一定的时间对其进行相应的结构检测工作，以评估判断该工程是否能继续提供安全可靠的使用功能，其中水运工程水下部分的结构处于隐蔽环境，检测主要通过水下摄像、人工潜水探摸等方式进行[2]，数据结果受采集条件及人为影响因素较大，且无法判断数据的可靠性。
随着技术的进步，海洋测绘装备不断优化升级，具有越来越多的优势和更多的应用场景，利用海洋测绘技术手段对水运工程水下部分进行检测，是一种更加客观、可靠的方法，主要的技术为水下激光扫描成像、声波扫描成像，其中激光的应用环境相对严苛，受水体浊度影响较大，信号衰减严重，数据质量不稳定，相反声波具有较强的穿透能力，具有较广的应用场景。
三维声呐在水下沉船姿态探测中的应用发表时间：2020-12-03T12:43:33.097Z 来源：《科学与技术》2020年21期作者：杨文宙徐俊洲[导读] 声呐技术伴随着失事沉船扫测而发展起来，目前已经成为认识杨文宙1 徐俊洲2交通运输部东海航海保障中心上海海事测绘中心上海市200082摘要：声呐技术伴随着失事沉船扫测而发展起来，目前已经成为认识、开发和利用海洋的重要手段。
特别是近20年来声呐技术不断进步，已经能够在非接触测量模式下快速获取水下目标物的尺寸及相对于声呐的方位信息，在水下沉船姿态探测方面也逐渐开始应用。
通过研究采用多波束测深仪与三维扫描声呐相结合的技术方法，建立了水下沉船的三维点云模型，既能为沉船姿态测量和损伤评价提供支持，也能为打捞方案设计提供基础数据，对提高打捞成功率具有重要作用。
关键词：沉船姿态探测；多波束测深；三维扫描声呐船舶大型化是当前海洋运输的发展趋势，所以提升大吨位沉船整体打捞能力具有极其重要的意义。
为了保证沉船能够被高效快速的打捞，沉船姿态探测与损伤观测是制定打捞方案的重要前提。
因此利用现代化测量手段快速准确地测定沉船姿态及损伤程度是保证打捞成功率的重要数据保障，也是当前救捞系统面临的迫切任务。
一、水下沉船的三维点云模型首先使用多波束测深仪扫测沉船的精细轮廓和周边地形，使用的多波束为了减小误差、提高精度，将姿态传感器与多波束探头尽量接近，并将RTK GPS天线置于固定杆顶部；考虑到沉船底部和侧面不容易扫描到，将多波束探头向外侧倾斜30°安装。
数据采集采用无动力的驳船，在沉船四周抛好锚，通过绞锚在沉船上方缓慢移动。
测量范围为200 m×60 m，使用三维扫描声呐对沉船侧面、底面进行扫测，目的是精确测量沉船的局部细节，是对多波束测量的补充。
为了使三维扫描声呐能够固定在海底稳定工作，制作了带配重的专用支架，并在支架上安装水下定位信标。
三维扫描声呐连接调试正常后，将其吊放入水，由定位信标引导到设计位置。
三维成像声纳在水下工程中的应用研究
所谓的三维成像声纳技术，就是利用声纳设备发射声波，这些声波触及到目标物以后会反射回来，系统可以根据回波对目标物进行定位和成像，这种方式与常规的旁扫有所不同，它能够直接获取水下结构的三维图像，不仅及时，而且准确，将这种技术应用于水下工程中，可以顺利完成水下探测工作。
文章简述了三维成像声纳系统的构成及功能，并分析了其在水下工程中的具体应用。
标签：三维成像声纳；水下工程；应用
前言
影响海洋工程质量安全的因素有很多，一般将这些因素分为两种，一种是水上结构部分，使用一些常规技术即可排除水上部分的安全隐患，包括触摸、观察、NDT检测等，另一种是水下结构部分，受到环境的限制，使用常规技术无法排除水下部分的安全隐患，这部分隐患不仅难发现、难处理，而且随着日积月累，微小缺陷可能会逐步扩大，最终导致极大的破坏，三维成像声纳技术就能够有效解决这一问题，高效检测海洋工程水下复杂结构部分的安全隐患，保证海洋工程水下施工的安全、稳定运行。
1 三维成像声纳系统概述
1.1 系统的构成与具体功能
三维成像声纳系统由三部分构成，其一是声纳头，其二是电脑终端，其三是电源和设备安装支架，其中声纳头有两个阵，一个是声纳阵，声波信号沿着锥形方向发射出去，另一个是接收阵，该阵由若干个水听器传感器组成，接收返回来的声波，最终目标物的三维图像会在电脑终端显示出来，测距的范围一般在1米至150米，图像更新的速度可以达到每秒20次。
声纳头的布局有两种形式，一种是靠岸加固，另一种是随船移动，具体布局形式根据周围环境以及检测对象的特征确定。
而在一般的海洋工程中，经常使用的是二维声纳Seaking DFS，声纳头的布局有所不同，一般都是固定安装在ROV（水下机器人）上，通过对水下机器人的操控实现对声纳头位置的控制，随着海洋工程的进一步发展，人们对声呐技术提出更高要求，将三维声纳应用于海洋工程中，通过声波信号的发射与收集，形成具有较高分辨率的图像，不仅能做到实时成像，图像还可以被缩放、旋转和移动，为水下施工过程提供准确、完整的信息[1]。
实际操作过程中，技术人员可以通过调节软件参数来获取每组图像对应的坐标和距离等具体信息，为了做到实时观察，获得更好的探测效果，可以根据实际情况合理调节声纳头的角度，可以调节发射角，也可以调节接收角，这样就打破传统探测系统的探测局限性。
但是要注意的是，三维成像声纳系统在工作时要保证设备静止，该系统在独立工作时不能做到行进过程中的连续探测，因此即使设备随船移动，也要将其固定在船舷上，并且不在行船时探测，如果风浪较大，船
体不稳定，探测质量就会受到影响，为了解决这一问题，最好在系统中加入另外两个系统，一个是GPS定位系统，另一个是姿态稳定系统，对目标进行准确定位，实现连续探测，有效提升系统在使用过程中的稳定性。
因此，将GPS定位系统以及姿态稳定系统安装在ROV上，就能够解决探测稳定性、连续性差的问题，实现ROV三维声纳深水探测。
1.2 二维成像声纳与三维成像声纳的对比
二维声纳技术主要用于水下目标的探测、定位以及识别，该技术的基础也是声波学，但是最终获得的是目标物在距离和方向上的二维图像，与二维声纳技术相比，三维成像声纳具有以下特征：首先，该系统能够实现水下实时探测，并将复杂的3D结构完整、准确的呈现在电脑终端上，图像比二维结构更加立体、清晰；其次，系统将水下探测、跟踪以及成像三项工作融为一体，只要没有超出探测范围，就能够实时获取三维图像；最后，该系统利用声波原理，因此不会受到水质的影响，即使水下能见度为零，系统也可以正常工作，且成像质量完全不会受到影响[2]。
2 三维成像声纳在水下工程中的具体应用
2.1 三维成像声纳的常规应用范围
目前，三维成像声纳技术在水下工程中的应用非常广泛：第一，可以利用该技术进行水下结构安全检测，排除安全隐患；第二，可以检查水下的堤防护坡，根据图像判断防护坡是否被破坏；第三，检查河道底部积淤状况，为后续清淤工作做好准备；第四，可以为沉船事故的搜救工作提供支持；第五，可以利用该技术开展水下考古工作。
总而言之，系统可以完成所有水下探测工作，使人们准确掌握水下工程现状，做到工程结构数据的实时读取，同时，系统可以利用绘图软件绘制出工程结构的断面图，这样水下施工作业的准确性就大大提高了，总而言之，该系统可以应用于各类水下工程探测中，有效保证水下工程建设和运行的稳定性[3]。
2.2 三维成像声纳在海洋工程中的应用拓展
随着三维声纳、ROV水下机器人、工程船DP系统的飞速发展，在海洋工程领域，三维成像声纳的应用越来越广，为安装施工带来了更大的便利。
具体可归纳为以下几方面。
2.2.1 海洋工程结构安装施工中的应用
在进行海洋工程水下结构吊装作业时，由于水下环境的能见度不高，通过ROV水下机器人摄像头监控往往效果不佳，不能实时掌握吊放状态。
如采用三维声纳成像技术对作业过程进行观察，作业位置及机械装备会反射系统发射出的波束信号，并将声音信号转化为电信号，这些电信号传输到声纳控制单元以后，操作软件就会将信息转换成图像，显示吊放作业全景过程，把握结构物吊放姿态，
并通过计算机的模拟功能，与理论数据进行对比，指挥人员可以以此为依据对作业过程进行指挥，提高安装施工的效率和精度。
2.2.2 海洋工程海底线缆路由探查中的应用
在安装水下工程中的附属管线时，要对安装环境进行检查，利用三维成像声纳技术检查水下环境，可以清晰的看到海底地形以及各个岸坡的分布情况，明确该地区的海底环境是否适合铺装海底线缆，并可依据三维数据提前进行挖沟及悬跨处理的方案设计，缩短设计周期。
安装结束以后，仍可使用该技术对安装结果进行检查，确保安装位置正确，安装结构没有出现错误，如果三维图像与设计不符，说明安装存在问题，要找出问题所在并及时调整，问题解决以后重新探测，直到合格为止[4]。
2.2.3 海洋工程结构质量检查中的应用
为了保证海洋工程的质量，一般要定期对海洋工程中重要结构进行检查，主要包括导管架、海底管道、电缆、管汇、基盘等。
例如导管架，每隔一段时间就要进行整体结构外观检查，对于简单结构，往往是通过ROV水下机器人的摄像头进行查看即可。
对于较复杂的导管架结构，ROV为防止脐带电缆缠绕，不能进入内部检查，都是通过潜水员进行人工检查，不仅效率低而且成本高。
使用由ROV搭载的三维成像声纳，对导管架进行外围探测，根据探测结果获得原始扫描数据，并根据实际需要对这些数据做出处理，得出相关信息，包括长度、宽度以及深度等，将这些信息与原始设计资料对比，判断这些结构的质量是否满足要求。
3 结束语
三维成像声纳技术应用了声学的基本原理，利用声波的发射和收回获取目标物的三维图像，同时能够实时读取坐标等关键数据，不会受到水质以及风浪等外界因素的影响，因此被广泛应用于水下工程中。
文章简单介绍了三维成像声纳系统的构成、功能、优势以及应用范围，并分析了其在海洋工程安装及质量检查的具体应用。
参考文献
[1]李斌，金利军，洪佳，等.三维成像声纳技术在水下结构探测中的应用[J].水资源与水工程学报，2015，8（11）：184-188+192.
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