基于多波束测深的动吃水测量方法

摘要： 水深测量时，船只动吃水是一个需要重视的问题，它直接影响着测量成果质量，若不考虑或者测量不准确，将引起一定的系统误差。本文探讨采用多波束测深系统测量船只动态吃水方法。

关键词： 水深测量； 动吃水； 多波束测深

中图分类号：O434 文献标识码： A

一、引 言

在水深测量中，受制于测量船只等因素的限制，换能器常固定于船舷一侧，换能器静吃水值在测深仪工作期间基本为某一固定数值。在测量船只走航式的测量中，随着测船速度的变化，探头在水中的入水深度会出现变化，这种由于船体运动而引起的吃水的变化，就是船只的动吃水。一般来说，对于同一条测船而言，速度变大，船只吃水就会增加，然而，即使是对同一条测船来说，船只不同位置的动吃水也是复杂的，船头、船中、船尾的动态吃水情况均不一样，有时甚至出现船速增加，船首吃水减小、船尾吃水增加的情况。对于测量来说，一般只关心换能器位置的动态吃水情况，动态吃水的影响是不可忽略。

二、动吃水的改正方法

为了消除动吃水的影响，一般采用两种方法进行改正： 实时测定改正法、模型改正法。

1.实时测定改正法

实时测定改正法就是采用压力传感器，在测船测量过程中，根据压力传感器的测量结果，实现换能器的动吃水的测定。并将测量结果实时传送到电脑，数据采集软件在采集水深和定位数据的同时采集动吃水数据，以在数据处理时进行改正。理论上，这个方法是最佳的改正方法，但是由于海水流体的“伯努利效应”的存在，没有经过特殊处理的压力传感器无法在相对流速较大的条件下准确测量“动态吃水”，因为“伯努利效应”能够使压力传感器完全失效。因此，有效地抑制“伯努利效应”是解决问题的关键。但从目前的应用来看，要想完全解决这个问题似乎尚有不小的困难。加之受限于压力传感器的响应速度和测量精度，此种方法目前难以实现。

2.模型改正法

模型改正法分为固定值改正法和函数改正法。一般情况下，测量船只在走航过程中，一般会保持一定的航速，因此，最简单的改正方法是在测定该速度下的动吃水值，将其作为固定值输入测深仪，这种方法可称为固定值改正法。在船只较大的情况下，测船的动态吃水对速度较为敏感，速度的不大变化也能引起动吃水的较大变化。在这个情况下，需要测定不同速度下的动吃水值，建立动吃水与船速的函数关系，在数据处理时，根据测量时的即时船速作动吃水的改正【1】。

三、动吃水的测定方法

按照《水运工程测量规范》（JTS 131-2012） 介绍的方法，一般可采用水准仪定点观测、水准仪固定断面法和RTK定位法【2】。在实际的水深测量中，为保证多波束测量的效果，常采用同一船速进行外业数据采集。本人结合工作中的实践，采用基于多波束测测深的动态吃水测量方法。

1.测量原理

随着科技的飞速发展，多波束测深技术已经相当成熟，该方法具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点。在未进行测量船动吃水改正的情况下，分别测量同一平坦海底区域在船舶漂泊状态、多波束外业测量船速下的水深值，船速 V≠0、V=0所测量的水深差值，即为该多波束外业测量船速下的动吃水改正量。如图 1 所示：

图 1 多波束测深测量动吃水原理示意图

值得注意的是，需同期观测潮位，水深值求差计算动吃水改正量前，需先进行潮位改正，消除水位变化对水深测量的影响。

2.测量实施

以我单位的一艘测量船为例，该船长25.0m，宽6m，马力300匹。实验地点为长兴岛港区码头前沿海域（水深 20 米左右），实验时，天气晴朗，无风无浪，海况 1 级。具体步骤如下：

（1）. 在平潮前后，找一处和测区水深相同或接近的海底平坦区域（带状长不小于500米），先以船舶漂泊状态下使用多波束测深系统测量水深。

（2）.以5节测量船速沿漂泊状态时的航迹布设测线再次进行多波束水深测量，比对统计两种状态下的同一位置水深差值。

上述方法测定三次，并取100个以上有效水深差值的平均值来最终确定换能器的动吃水，测得该测量船在5节测量船速下动吃水为0.05米。

本例中，采用多波束测深的方法三次得到了相近的结果，说明了本方法的测量精度和可靠性。需要指出的是，为保证动吃水改正的准确性，在实际外业测量中，需要测量船舶采用和动吃水测定时相同或相近的速度进行外业采集。

四、结 论

通过本次利用多波束测深的方法对换能器动吃水的测定结果与传统动吃水测量方法测量出来的结果的比较，证明了利用多波束测深测量动吃水是准确的、可行的，充分发挥了多波束测深系统精度高、效率快的优势，能准确反映测量船舶在船速一定的情况下的动吃水，相比传统测量方法，具有操作效率高，质量可靠等优点。

参考文献：

[1] 吴敬文，沈 理，汪明海.基于GPS动态测量技术进行测船动吃水测定的方法研究[M].测绘通报，2012年增刊.

[2] JTS131D2012. 水运工程测量规范 [S].