2024多波束系统介绍

RTK在R2Sonic 2024多波束系统中应用探讨摘要：本文详细分析了水域测量所用GPS差分改正信号的种类及精度，分解了R2Sonic 2024多波束系统测量过程中定位信号处理过程，探讨了RTK在多波束测量中应用的可行性。

关键词：RTK 多波束系统GPS差分改正1前言目前在水域测量的定位设备中，选择信标较多，选择RTK较少。

信标一般可选择Beacon、SBAS、StarFire等系统的GPS差分定位信号，测量过程中一般需要验潮。

在近海或者内陆的水域测量中，单波束已经实现了无验潮模式的RTK测量，测量精度和效率大幅提高。

在多波束系统中，GPS差分信号一般选择Beacon或SBAS，较少选择有偿使用的StarFire。

本文以R2Sonic 2024多波束系统为例，分解多波束测量过程中差分信号处理过程，探讨了常规RTK应用于多波束的可行性。

2水域测量三种典型GPS差分信号分析Beacon海岸信标站台网,在我国是由交通部设立在我国沿海的20个站台组成。

信标站台以约300kHz的频率播发RTCM格式的GPS 差分信号，信号覆盖海岸线约100km，沿海用户可根据该信号计算位置坐标。

由于信标站台自身差分改正信号精度有限，台站间距离从几十公里至几百公里不等，故用户所能得到的平面定位精度非常有限，从1m～5m不等，观测过程中需验潮。

Beacon海岸信标站台网播发的广域差分定位信号免费，目前国内95%海洋测量用户使用该信号。

SBAS即Satellite Based Augmentation Systems，是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统。

目前全球发展的SBAS系统有：欧空局接收卫星导航系统(EGNOS)，覆盖欧洲大陆；美国的DGPS(Differential GPS)，美国雷声公司的广域增强系统(W AAS)，覆盖美洲大陆；日本的多功能卫星增强系统（MSAS），覆盖亚洲大陆；等等。

SBAS通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息，通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据，通过GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号。

- 108 -工 程 技 术在采用多波束系统对深海探测领域进行研究的过程中发现，多波束探测技术是目前一种新型水下地形探测方法。

随着现阶段高新科研领域内高端计算机、数字化定位和高精度传感器等辅助性手段的参与及支持，这项探测技术在市场内的应用开始逐步深化，并在科研工作的持续推进下取得了显著的成绩[1]。

与常规的单波束声纳探测技术相比，多波束系统能实现大范围、全覆盖和高精度测量[2]。

1 多波束系统的构成与测量为保证水下探测项目的顺利实施，应在应用前，对多波束系统的构成、测量与设备安装标定进行分析，在此过程中要明确，一个完整可用的多波束系统主要由3个部分构成，分别为操作站、处理单元和探头，除此之外，为发挥系统在水下更高的作用与价值，还需要集成并安装系统动力传感器、定位装置、声速传感器、后处理程序和终端等[3]。

具体构成如图1所示。

在此过程中应明确，该系统与单波束测深装置的工作原理相同，均采用超声探测原理[4]。

探测装置是通过电声传感器向水下发出一道声波，再从水下接收一道回波，通过测量从水下发出声波到接收声波时间的方式计算水下深度[5]。

多波束系统的信号收发部分由两套方向性正交的探头构成，探头相互独立地进行收发，用这种方式，得到一条具有竖直方向的窄波束。

如图2所示。

2 水下探测项目实例以海域工程项目为例，根据工程需要，对该区域的海域进行水下多波束探测扫测。

经过现场勘测，扫测区域的面积约为200km ²。

由于该区域的地形较为复杂，海域的沙波较多且呈锯齿状，因此总体分析该海域受区域内沙波地貌分布的影响，区域地形起伏较为频繁且剧烈，相邻沙波波峰间形成沟壑状地形，如图3所示。

通过处理分析得到的数据成果能更直观地掌握海域地形沙波分布、大小和具体位置，便于为该海域工程建设和设计提供更精确的数据，研究决定使用多波束系统，对此区域进行水下探测[6]。

此次研究的海域潮汐引用理论深度基准面，该海域属于不规则全日潮，其余海域均为不规则半日潮。

Sonic 2024多波束水下地形扫测应用实例作者：李玉海陈兰伟韩明钦来源：《科技创新与应用》2015年第14期摘要：文章主要介绍了多波束系统的仪器性能指标、多波束系统的安装与校准和后处理的流程，并通过实例叙述了Sonic 2024多波束系统在水下地形扫测中的应用，有效地说明了多波束测量在水下地形测量中的优势。

关键词：Sonic 2024；多波束；水下地形扫测1 概述多波束测深系统将传统的测深技术从原来的点、线扩展到面，能够对所测水域进行全覆盖、高精度测量[1，2，3]。

Sonic 2024多波束测深系统是目前市场上主流的测深设备，较其他类型多波束优势在于超高分辨率和准确度，且波束具有导向性[5]。

文章结合实际工作中航道扫测的项目，详述了多波束系统中各传感器的性能指标、多波束系统的安装与校准以及多波束数据后处理的基本流程，最后通过CARIS HIPS生成水下地形的三维图像。

2 主要仪器性能指标2.1 多波束测深仪Sonic 2024是美国R2Sonic公司生产的基于第五代声呐结构的高精度多波束测深仪。

工作频率为200-400kHz（可调），波束宽度为1°×0.5°@400kHz，波束数目为256个，扇形条带开角为10°-160°，测深最大量程为500m，脉冲宽度为17μS-500μS，功率为191-2211dB，测深分辨率为1.25cm。

2.2 光纤罗经及姿态传感器设备法国iXSEA公司生产的OCTANS光纤罗经和运动传感器是世界上唯一经IMO认证的测量级罗经。

它内置有自适应升沉预测滤波器，在任何情况下，均能实时提供精确可靠的运动姿态数据。

OCTANS航向稳定时间小于5min，航向精度为0.1°×Secant纬度，Roll/Pitch动态精度为0.01°，Heave精度为5cm或5%。

2.3 定位设备Trimble SPS361型信标机是世界GPS知名公司Trimble的高精度的定位设备，支持接收MSK信标差分信号，可提供亚米级定位精度，广泛应用于海洋测量、港口工程等各个领域，水平定位精度优于1米。

R2Sonic 20XX 多波束操作流程一、参照如下配置清单：1多波束水下地形测量系统SONIC 2024，包括收/发射换能器、15米数据电缆、声呐接口单元（SIM ）2 Octans-IV 光纤罗经和姿态传感器3 AML Minos X 声速剖面仪4 Micro 表面声速探头，包括15米数据电缆5 GPS 信标接收机 Hemisphere R330 6QINSy 实时数据采集处理和显示软件 7Caris Hips & Sips 数据后处理软件二、连接示意图如下：1OCTANS 罗经和运动传感器接线盒网线GGA声速剖面仪GPSQinsy1PPS+ ZDA数据采集计算机表面声速探头2024 换能器三、操作流程1．前期准备了解测区概况，包括测区的水文、潮汐和地质情况，测区中央子午线、投影及坐标转换参数等内容。

2. 设备安装如上图所示，将多波束和表面声速探头安装到导流罩上，并通过安装杆固定到船上，要保证船在航行的过程中，多波束安装杆不能抖动，否则无法保证数据的准确性。

3. 系统接线安装GPS及光纤罗经Octans，按照连接示意图，完成多波束及辅助设备的连接。

4. 系统供电PC开机，GPS、Octans和SIM(多波束声纳接口单元)通电。

5. 声速剖面测量测量船开到测区，停船。

参照说明书《MinosX用户使用手册》，测量声速剖面。

6. 运行R2Sonic.exe多波束控制软件，参照说明书《Sonic 2024 使用指南》。

如果SIM盒上没有外接表面声速探头，则在Settings->Ocean settings…，勾选Sound velocity，输入探头所在深度的声速值，SVP的指示灯显示为黄色。

如果SIM盒上没有外接姿态数据（TSS1格式，100hz），且Settings->Sensor settings…，Motion的Interface选择Off，那么，MRU显示为灰色。

一定要保证GPS、PPS的指示灯为绿色，时间显示为格林威治时间，否则，表明时间没有同步，不能进行下一步操作。

多波束探测系统在护岸施工中测量检测的应用◎ 吴兴华 中国铁建国际集团有限公司摘 要：本文分析多波束探测系统的工作原理，结合工程实例介绍了多波束探测系统在海底深水铺检测、抛石工程和护岸施工中的应用和数据采集、数据处理和水深测量成果图方面的优势，提高工作效率，可为类似工程提供参考。

关键词：多波束探测系统；多波束工作原理；护岸；测量检测1.引言多波束探测系统的发展，为航海事业带来了有利条件，而且也对高精度测量的发展带来了一定挑战。

采用多波束探测系统对海底进行水深测量，水深数据是分析海底地形变化的基本信息。

通过数据处理，以图形的方式可以直观的看到海底地形情况。

2.多波束测探系统在护岸中的发展现状2.1研究现状目前，随着社会的发展步伐加快，护岸、防波堤等水工建筑也逐步由近海到远海、远离陆域方向发展，深水潜堤也相应的向“深、险、难”方向靠拢。

对此，多波束测探系统的应用能够解决水下测量的问题，现被海洋测量人员广泛应用。

其中，多波束测深系统具有测量区域大、测量效率高、误差小等优势，和单波束测量比较，多波束测深系统具有从点到线扩展到面的特点，通过对测量数据的处理可以得到海底地形三维图形，对于护岸施工过程中测量动态检测起到重要作用。

同时可以及时发现不合格点，提高测量精度。

通过对林查班三期一标水工项目护岸工程水下隐蔽建筑物测量检测深入研究，多组合、多试验、多比较、多总结，试验与现场实际施工相结合，采集数据，整理分析，得出相关结论。

2.2研究内容本文研究内容是对多波束探测系统在护岸施工过程中测量检测应用，依托林查班三期一标水工项目护岸工程就多波束测深系统在护岸施工过程中测量检测，减少验收时间，精确提供水下地形变化，减少堤身断面不必要的石料用量，及时发现不合格点，提高测量精度，保证施工质量，提高施工效率，指导精准施工。

林查班三期一标水工项目效果如图1所示。

3.多波束探测系统的应用原理以及系统组成3.1多波束探测系统的应用原理多波束探测仪在工作中，通过探测系统接收声信号之后将声信号在垂直方向的发射阵中发送信号。

利用Sonic2024多波束数据计算疏浚土方量摘要：本文主要介绍了常用的土方量计算方法、多波束数据处理，并通过同一区域不同时间测量的多波束数据计算疏浚的土方量，说明利用离散的水深数据和Cass软件可以有效统计疏浚的土方量。

关键词：Sonic 2024；多波束；疏浚土方量1、引言近些年，随着国家对海洋开发的重视和相应海洋政策的出台，沿海地区加强了对港口的开发进度，对海底地形数据的需求日益增长。

多波束测深系统具有全覆盖、高精度和高效率的特点，越来越多地应用于泊位以及港口维护疏浚工程中，尤其在疏浚工程水下土方量的计算方面, 通过水深测量获得的数据是疏浚土方量计算最最基本的原始数据。

本文结合航道疏浚的实际工作，详述了常用的土方量计算方法、多波束水深数据的处理，并结合航道疏浚前后的水深数据利用CASS软件中的数字地面模型（DTM）法计算疏浚的方量，最后通过CARIS HIPS生成疏浚前后水下地形的三维图像，直观地了解了疏浚前后的情况，验证了利用离散的水深数据和CASS软件计算疏浚方量的可行性。

2、土方量计算方法疏浚土方量计算是航道疏浚工程的一个重要组成部分，是工程预算和工期的重要参考因素，直接关系到工程造价，建设方和设计单位一般都会将疏浚土方量的计算作为衡量工程进度和工程效益的重要指标因素，因此，作为疏浚土方量计算最原始数据的水深测量数据，在水下疏浚土方量计算方面显得极其重要。

由于航道疏浚后的不可复原性和疏浚土方量的统计存在误差，容易在甲方和疏浚方之间产生经济纠纷，因此选用合理的疏浚土方量计算方法将疏浚土方量的计算误差降到最低，是工程技术人员需要认真研究探讨的问题[5]。

疏浚土方量的计算是个复杂的问题，会受到水下地形坡度、水下地形的复杂性、海底底质条件、水深数据误差和计算方法等因素的影响。

目前疏浚土方量计算的基本方法有方格网法、断面法、等深线法以及数字地面模型(DTM)法。

方格网法是疏浚土方量计算最基本的方法之一。