多波束测深系统

海洋资源勘探中多波束测深技术的使用教程与数据解析多波束测深技术是一种常用于海洋资源勘探的技术手段，它能够获取水深信息及海底地形的详细数据。

在海洋资源开发中，多波束测深技术的使用对于确定合适的海洋资源勘探区域、制定勘探策略以及评估资源储量具有重要意义。

本文将介绍多波束测深技术的使用教程，并对采集得到的数据进行解析，帮助读者更好地理解和应用该技术。

一、多波束测深技术的使用教程1. 系统组成和工作原理多波束测深系统由船舶上的测深设备和水下激光和声波传感器组成。

其工作原理是通过水下传感器发射声波或激光束，然后接收反射回来的信号。

根据声波或激光束的传播时间和反射信号的强度，系统可以计算出水深和海底地形的数据。

2. 数据采集与处理首先，需要确定好勘探区域，并安装好多波束测深系统。

然后，船舶将沿着预定航线行驶，将水下传感器降入水中，并开始采集数据。

数据采集完成后，将数据传输到上层计算机或处理设备进行处理和分析。

3. 数据处理和解析在数据处理过程中，需要注意以下几个关键步骤：（1）数据预处理：将原始数据进行校正和处理，消除噪声和干扰。

（2）波束角和波束间距校正：根据传感器的参数，对波束角和波束间距进行校正，以确保准确的水深测量。

（3）水深计算：利用声速、传播时间和反射信号强度等参数，计算出每个波束的水深。

（4）海底地形重建：通过对水深数据的空间插值和拟合，可以重建出海底地形的模型。

（5）数据分析和应用：根据海底地形模型，可以进行资源储量评估、选址规划和勘探策略制定等工作。

二、多波束测深数据的解析多波束测深数据包含了丰富的水深和地形信息，通过对数据的解析，可以获取更多有用的信息。

1. 水深信息水深是多波束测深数据中最基本的信息，可以直接用于绘制海图、制定航线和进行港口测量等工作。

在数据解析中，需要注意水深的精确性和可靠性，对数据进行有效的预处理和校正。

2. 海底地形信息通过对多波束测深数据的地形重建，可以获得详细的海底地形模型。

多波束测深系统在内河航道测量中的运用多波束测深系统在内河航道测量中的运用摘要：在三角碛河段卵石沙波运动观测中，用SEABAT 8101多波束测深系统对一段航道试验段做了2次重复水深测量，目的是研究在短时间内河床卵石沙波微小变化。

讨论了多波束系统的安装校准及质量控制问题；分析了测量中的主要误差源。

通过对测量结果的分析表明，多波束测量的水深数据在反映水下微地形和分析局部沉积物运移趋势中，具有传统单波束测深不可比拟的优势。

关键词：多波束水下扫描误差来源多波束测深系统简介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，而代之以空间面为基础的立体式作业模式，实现了立体测图、智能处理以及自动化成图。

其工作原理是通过换能器阵进行声波广角度定向发射、接收，运用各种传感器（卫星定位系统、运动传感器、电罗经、声速剖面仪等）对各个波束测点的空间位置进行归算，从而获取与航向垂直的条带式高密度水深数据。

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。

多波速测深系统在水深测量中的应用摘要：多波束测深技术已经成为水下地形测量工程中的一种非常重要的水深测量方法。

由于多波束测深系统是一套多传感器的综合性测量系统，与单波束测深设备相比，其测深误差具有一定的复杂性和隐蔽性。

在多波束测量过程中，自然因素、仪器设备因素、人为操作因素等都会不同程度地影响测量精度。

为获取高精度的多波束测量成果，必须对整个多波束测量过程进行严密的质量控制。

关键词：多波束测深系统；水深地形测量；水深数据；系统误差1 前言近年来，随着计算机以及卫星定位测量的高速发展，多波束测深系统的应用越来广泛，特别是在发达的欧美国家，多波束测量已经成为水下地形测量的常规手段。

我国也陆续从国外引进大量多波束测深系统，并广泛应用于江河、水库、湖泊、海洋水下地形的测量。

多波束测深系统在河道疏浚及港口、码头、桥梁工程的测量，并在抗洪抢险实时监测及溃口、崩岸监测，江岸堤防工程及险工险段水下监测，水下管线、电缆布设监测，水下工程检测，沉船、水下物体打捞搜寻等方面有着良好的应用，在国家经济建设中发挥着越来越重要的作用，对我国测绘事业的发展也有着积极的影响。

2 多波束测深系统组成一套完整多波束测深系统包括声呐湿端、干端显控计算机、辅助传感器以及数据采集和后处理系统。

其中，声呐湿端完成声学信号的发射和采集，并结合辅助传感器实现声学数据与传感器数据的同步及传输；干端显控计算机结合显控软件、采集软件和后处理软件，主要完成系统控制和数据处理，从而获得水底绝对深度，即从基准水平面至水底的深度值。

多波束测深系统组成如图1所示。

图1 多波束测深系统组成3 多波束测深系统水深测量应用在测量阶段，应收集测区已有的水文资料，并根据测区实地查勘情况及任务的要求制定周密的测量计划和多波束扫测质量控制方案，并使其贯穿整个多波束测量过程。

多波束测深系统在水深测量的应用具体内容主要包括：（1）测区查勘与资料收集；（2）多波束系统的安装校准；（3）测量船动吃水测定；（4）测线布设。

心得体会：多波束测深系统在黄河水下地形测量中的应用多波束测深系统是河道基础地形勘测中的一项高新技术产品，是一种全新的高精度、全覆盖式、高效率的测深技术。

它可以接收河底地形反射回波信号，根据各角度声波到达的时间延迟，得到水底多个点的水深值。

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，特别适合进行大面积的水下地形探测。

多波束测深系统主要由换能器、表面声速仪、剖面声速仪、罗经姿态仪、GPS 定位授时仪等设备组成。

其中，换能器同时测定水下多个点的回波时间，罗经姿态仪精确测定换能器的实时姿态，表面声速仪、剖面声速仪获得不同水深的声速，GPS确定换能器的实时空间坐标，GPS定位授时仪同步各个传感器数据的时间轴，确保各个数据在同一时刻产生。

由同一时刻的位置、姿态、声速、回波时间可以精确计算出各个点的空间坐标。

黄河系多泥沙河流，下游为游荡性河道，水流宽浅散乱。

因此，黄河下游床面形态的观测十分困难。

20世纪50年代末，黄河下游花园口河段曾利用测深杆进行了沙垄的观测。

但是，鉴于观测条件及观测技术的限制，获得的观测资料很少且不系统，难以完全反映花园口河段床面形态的特征。

鉴于此，在黄河花园口约5千米区域利用多波束测深系统进行不同时期的主河槽水下地形信息获取，用于研究黄河河水不同泥沙含量对黄河沙垄变迁的影响。

多波束测深系统利用回声测量水深，水越浅，泥沙含量越大，越容易在采集数据时形成噪点。

数据后处理时，必须首先对测量的原始数据进行去噪。

黄河沙垄变迁研究项目的数据后处理中，需要采用自动滤波和手动滤波相结合的方式来处理噪声。

从X年的观测结果来看，在花园口站流量为800～1200立方米每秒左右的情况下，黄河下游花园口河段的床面形态主要表现为不均匀的沙垄，沙垄尺度沿河流方向及断面方向的分布都不均匀，沙垄波长一般在10～50米，波高在0.5～1.2米之间。

从观测河段的整体纵剖面来看，黄河下游花园口河段床面形态为复式沙垄，即存在一个波长800～1200米、波高3米左右的一个大沙垄，而上述小尺度的沙垄附着在这一大沙垄上。

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。

海底地形地貌调查多波束测深基本要求一、关键词1多波束测深系统multi beam echo sounding system, MBESS由多波束测深仪及其相关外部设备（定位仪、罗经、运动传感器、表层声速计、声速剖面仪等）和数据采集和数据后处理软硬件组成的系统。

2纵倾角度pitch多波束测深系统声学换能器基准面前后倾斜的角度。

3纵倾偏差pitch offset纵倾角度的测量值与实际值的差值。

4横摇角度roll多波束测深系统声学换能器基准面左右摇摆的角度。

5横摇偏差roll offset横摇角度的测量值与实际值的差值。

6艏向偏差yaw offset多波束换能器艏向方向与罗经指向之间存在的差值。

7起伏高度heave测量船作上下升沉运动，起伏高度的变化值，也称为升沉值。

8波束接收率beam acceptance rate多波束测深仪接收波束数与设备发射波束数的百分比。

9脚印foot-print一个波束在海底照射的面积，即波束立体角与海底面的交切面。

发射波束与海底反射接收波束相交形成一系列的波束脚印（即波束在海底投射形成的斑块），它们是海底地形地貌的一组采样点，排列形成一个带状区域。

10扫幅宽度swath-width一次完整发射（Ping）波束所产生脚印在垂直龙骨方向上的累计长度，即测线两侧最远到达的距离之和。

注：同义词为覆盖宽度、条幅宽度。

11条幅重叠率swath overlap rate相邻测线间条带重叠部分的宽度与覆盖宽度的百分比。

12全覆盖测量full coverage survey多波束勘查时，波束脚印无缝衔接测量，实现调查区内各相邻测线间无测量空白，且相邻条幅重叠率达到指定要求。

二、调查目的根据任务要求实施多波束调查，获取海底地形地貌数据，通过对调查数据的校正和改正，进行数据分析、处理和成图，编绘调查区海底地形地貌图。

三、采用基准1坐标系统采用“2000国家大地坐标系（CGCS2000）”。

2高程基准采用“1985国家高程基准”，远离大陆的岛礁，高程基准采用当地平均海面。

多波束测深原理多波束测深是一种利用声波进行水深测量的技术，它通过同时发射多个声波束，以获取水下地形的精确数据。

在海洋测量和地质勘探中，多波束测深技术被广泛应用，为海底地形的绘制和地质构造的研究提供了重要的数据支持。

多波束测深的原理基于声波在水中传播的特性。

当声波遇到不同介质的界面时，会发生反射、折射和透射，根据声波的传播时间和强度变化，可以推断出水下地形的特征。

多波束测深系统通过同时发射多个声波束，可以快速获取大范围的水深数据，提高测量效率和精度。

在多波束测深系统中，声波束的发射和接收是由多个传感器和发射器组成的阵列完成的。

这些传感器和发射器分布在船体的特定位置，形成一个覆盖面积较大的声波束网络。

当声波束发射到水下后，传感器会接收到反射回来的声波信号，并记录下声波传播的时间和强度。

多波束测深系统通过对接收到的声波信号进行分析和处理，可以得到水下地形的高度和形态信息。

利用声波的传播速度和反射信号的时间差，可以计算出水深数据，并绘制出水底地形的立体图像。

同时，多波束测深系统还可以获取水下地质构造的信息，为海底地质勘探和资源调查提供重要的数据支持。

多波束测深技术具有测量范围广、精度高、测量速度快等优点，因此在海洋勘测、海底地形测绘、海底管道敷设、水下考古等领域得到了广泛的应用。

同时，随着声学技术的不断发展和成熟，多波束测深系统的测量精度和数据处理能力也在不断提升，为海洋科学研究和工程应用提供了更加可靠的数据支持。

总之，多波束测深技术是一种高效、精确的水深测量方法，其原理基于声波在水中的传播特性，通过多个声波束的同时发射和接收，可以快速获取水下地形的精确数据，为海洋科学研究和工程应用提供了重要的支持。

随着声学技术的不断发展，多波束测深技术将在未来发挥更加重要的作用。

多波束测深系统在扫海工程中的应用摘要：随着科技的快速发展，海洋测绘技术随着测绘设备的更新取得了较大的进步。

过去海洋工程的扫海作业常用软式（或硬式）拖底的方式进行，需要的配套船舶较多，工作效率相对较低，目标判别的难度也较高。

随着多波束测量系统的使用，许多扫海作业逐渐被多波束水下地形全覆盖测量所代替。

多波束测深系统能对所测水域进行全覆盖测量，能够客观全面地反映所测水域的海底地形。

其单个扫道的扫宽可达测量区域水深的4~10倍，扫海效率较高。

同时，多波束的扫测精度较高，其水深点间距可小到几十cm之内，对于水下目标的外形直观判断、位置、深度准确获取都有着极大的优势。

关键词：港口;多波束;校准;扫海测深;多波束测深系统作为一种新型高效水深测量仪器在工程中得到广泛应用。

简要介绍多波束扫海的系统组成及作业流程。

指出利用多波束系统进行扫海是一种高效、高精度的重要手段，有利于类似工程参考。

随着我国海洋大开发战略的深入推进,对海岛的开发利用成为一项基础性工程,而海岛周边海域的地形地貌数据则是十分关键的支撑数据。

海底地形测量是一项基础性海洋测绘工作,主要通过测量海底点的三维坐标来构建海底地形地貌。

海底地形测量的核心是水深测量,长期以来,水深测量经历了从人工到电子化,再到单波束技术的变革。

近年来,又从基于单波束的点线测量模式发展到基于多波束的面状全覆盖测量模式,极大地提高了测量精度和效率。

水深测量技术需要与定位技术同步结合才能获得水深点的三维坐标,目前主要借助全球卫星导航定位技术来实现水深点的定位。

在应用中可以根据需要选择RTK、PPK、PPP等技术,3种定位技术均可获得厘米级的垂直解,实际工作中多采用基于区域CORS系统、单基准站CORS或者临时基准站实现测区的定位。

水深测量技术还需搭载稳定的船体才能实现在海域内的测量,同时还需同步开展潮位、定位和声速测量,以提高测量精度。

为了获得某海岛停泊水域、回旋水域水下地形,本文将多波束测深系统应用于海岛周边海域的地形测量,详细地介绍了多波束测深关键技术和精度提高方法,并采用与主测线方向垂直的检查线和单波束检查线进行内外符合检查。