浅谈多波束测量技术与海洋测绘工序的调整策略
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作者: 杜玉娇
摘要：随着海洋测绘科学技术的逐渐发展，以及信息化装备的要求，海洋测绘体系进行了数字化技术的改造。其中多波束水深测量技术的出现引起了海洋测量技术的一次重大变革。在新形势下，必须对多波束测量技术与海洋测绘工序做出进一步的调整。本文综合影响多波束测量的因素，主要论述了多波束测量技术与海洋测绘工序的调整策略。
关键词：多波束测量技术 海洋测绘工序调整策略
1、目前的多波测量技术与海洋测绘工序技术体系
目前海洋测绘体系已完成了数字化技术改造，目前由控制、水深、地形等的测量到海图的编辑、加工和出版，全部实现了数字化。可是与纸质海图的工序相比，目前的海洋测绘的供需变化却不大，根本原因是由于整个技术的改造是参照纸质海图的工序实施的。
水深测量是海洋测绘的核心技术，目前由于单波束到多波束测量方式的改变，水深测量技术发生了重大的变革，实现了垒覆盖的海底地形测量。可是，如果不考虑改变目前的测量工序和要求，不仅不会减少海图产品化的时间和扩大海洋测绘产品的多样性。相反，由于数据量太大，却会增加海图出版机构的负担。
目前，摄影测量技术正引入到海岸地形的测量中来，也经历了由模拟方式到数字方式的变革，极大地提高了摄影测量技术的水平。可是，由于忽略了海图数据库技术的影响，与模拟方式的工序相比，工序的变化不大，全数字摄影测量也是由控制、调绘、加密、测图等工序组成的。
2、多波柬测量技术与海洋测绘工序的技术调整
近年来，随着社会经济发展对水下地形测量要求的提高，传统单波测深仪已经无法满足日益增长的新需求，而可以全覆盖测量的多波束水下地形测量系统开始被逐渐应用到水利工程的测量领域，应发挥着越来越重要的作用。
多波束测量系统是计算机、导航定位与数字化传感器技术等多种技术的高度集成。通过安装在测船底部的探头发射和接收声波信号，由声波在水体中的传播时间与声速乘积即可计算出水深。探头由发射探头和接收换能器组成，有多达126个相互独立的接收换能器(定向旋转发射126个波束)；接收信号通过声纳处理器再传到计算机。
多波束系统彻底改变了传统测深方法，在波束形成理论、勘测技术、校正与处理方法上形成了自身复杂的特点，在测量中需要加以注意，否则将严重影响勘测精度。
2.1.多波束测量技术的影响因素
多波束测深系统采取多组阵和广角度发射与接收，形成条幅式高密度水深数据，是计算机、导航定位与数字化传感器技术等多种技术的高度集成。由于多波束系统横向、纵向测点都十分密集，这就需要由高精度GPS定位系统与之相配套。否则将造成测点位置错位，失去多波束系统勘测的意义，井使海底地形失真或畸变。因此，必须严格测量各个坐标定位数据，保证测量精度，以实现最佳的测量结果。
对多波束精度的影响因素主要包括：不同水域环境的音速对波束传播的影响、GPS定位对--坐标精度的影响、测船中换能器的相对位置，以及潮位改变对水深的影响等等。以坐标系的影响为例，由于多波束测深采用广角度定向发射、多阵列信号接收和多个波束的形成及处理等技术，为了更好的说明波束的空间关系和波束海底投影点的空间位置，首先必须定义好多波束测船参考坐标系。多波束系统的换能器不论是固定还是便携式安装，其相对测量船的位置总是不变的，因此测量船是多波束勘测最现实的参考工作平台。考虑到波束空间角度表达的便利，一般测量船参考坐标系原点选择在换能器对称中心，船只横向左舷方向为x轴，船只纵向船头方向为Y轴，船只铅垂向下为z轴。另外，运动传感器要严格安装在与船中轴平行的地方。多波束船参考坐标系是一种三坐标轴与船固定并随着船只运动而运动的坐标系，它使得多波束各测深点的相对位置与测量船只定位系统的大地空间位置建立了联系，同时也为进行传只补偿提供了空间关系和基本方法。因此，以上的坐标定位数据必须严格准确的测量。
通过实践试验可知，利用多波束测深系统，对声速、导航系统的定位、参考坐标系及潮位等影响因子加以注意，采用合理的测量方法以及对数据进行精细处理，完全能够测得准确可靠的水下地形图，发现水下地形的细微变化。
2.2.海洋测绘工序的技术调整
由于技术工序的调整和测量重点的改变，必然导致海洋测绘方法和技术的变革，大量的成熟技术需要攻克，部分理论和方法需要修正。
信息比不等于数字化，信息化不是单一的技术问题，综合性、体系化的思维和设计方式才是信息化的本质要求。不管是水深测量技术还是摄影测量技术，由于最终的服务对象是海图等海洋测绘产品的出版，如果不考虑海图数据库技术的影响，必然会导致海洋测量技术发展问题的出现。
多波束测量具有全覆盖、数据量大的特点，不改变目前的水深测量工序，要由多波束测量的源数据形成一个符合海图要求的水深数据是特别困难的，会极大地增加由水深测量到海图产品的时间差。结合Ns(航海表面)和H-Cell(按海图综合的方法由NS抽取的水澡点和等深线，同时叠加障碍物等要素组成的海图出版中的重要工序)的概念，同时参考NOAA(美国国家海洋大气管理局)的方式，调整了目前的水深测量工序。具体修测体系：
(1)水深测量数据改正和计算误差，形成网格化的NS。
(2)按照自动综合方法，由NS形成水深点和等深线H-Cel；
(3)障碍物探测数据改正，形成一个障碍物H-Cdll；
(4)不同的H-Cell叠加，嵌入海图的数据库，完成海图数据的修铡。
由此可见，由测量数据到网格化的NS，再由NS到H-Cell，不仅改变了水深测量成果的表现形式，形成了一个服务于数据库修测或更新的水深测量工序，同时，又可以实现海底DTM等产品的出版，提高了海洋测绘产品的多样性和丰富性。
海洋测量、数据库和产品化是海洋测绘体系的三个核心环节，它们相互依存，相互影响，共同发展。多波束测量技术的发展和海图数据库的建立，将会对数据库产品化产生重大影响，使得海洋测绘产品化的时间得以有效缩短，并能提高海洋测绘产品的多样性。
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