《工程测量学》课件33水深测量.ppt

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1、 水深测量（简称测深）是水下地形测量最主要的内容。根据水深测量（简称测深）是水下地形测量最主要的内容。根据水深测量（简称测深）是水下地形测量最主要的内容。根据水深测量（简称测深）是水下地形测量最主要的内容。根据使用的测量工具，测深方法主要有：使用的测量工具，测深方法主要有：使用的测量工具，测深方法主要有：使用的测量工具，测深方法主要有：人工测量人工测量人工测量人工测量测深声呐测量测深声呐测量测深声呐测量测深声呐测量 此外，此外，此外，此外，机载激光雷达测深仪机载激光雷达测深仪机载激光雷达测深仪机载激光雷达测深仪（Airborne Lidar BathymeterAirborne Lidar B

2、athymeterAirborne Lidar BathymeterAirborne Lidar Bathymeter）从从从从20202020世纪世纪世纪世纪60606060年代末期开始用于水质透明度好的水域，测深深度可年代末期开始用于水质透明度好的水域，测深深度可年代末期开始用于水质透明度好的水域，测深深度可年代末期开始用于水质透明度好的水域，测深深度可达达达达60606060米，目前，该项技术米，目前，该项技术米，目前，该项技术米，目前，该项技术并未得到广泛使用并未得到广泛使用并未得到广泛使用并未得到广泛使用。本节将重点介绍：本节将重点介绍：本节将重点介绍：本节将重点介绍：人工测深人工测

3、深人工测深人工测深 单波束声呐单波束声呐单波束声呐单波束声呐 多波束声呐测量多波束声呐测量多波束声呐测量多波束声呐测量3.3.3 3 水深测量水深测量 一、人工测深一、人工测深一、人工测深一、人工测深 在水下地形测量中，最早的测深工具是在水下地形测量中，最早的测深工具是在水下地形测量中，最早的测深工具是在水下地形测量中，最早的测深工具是测深杆测深杆测深杆测深杆和和和和测深锤测深锤测深锤测深锤。尽管现在的测深设备主要是测深声呐，但在在水草密集的区尽管现在的测深设备主要是测深声呐，但在在水草密集的区尽管现在的测深设备主要是测深声呐，但在在水草密集的区尽管现在的测深设备主要是测深声呐，但在在水草密集

4、的区域，或者极浅滩涂等声呐设备无法工作的地方，这些原始的测深域，或者极浅滩涂等声呐设备无法工作的地方，这些原始的测深域，或者极浅滩涂等声呐设备无法工作的地方，这些原始的测深域，或者极浅滩涂等声呐设备无法工作的地方，这些原始的测深工具工具工具工具仍然在发挥作用仍然在发挥作用仍然在发挥作用仍然在发挥作用。3.3.3 3 水深测量水深测量 一、人工测深一、人工测深一、人工测深一、人工测深 测深锤测深锤测深锤测深锤重约重约重约重约3.5kg3.5kg3.5kg3.5kg，水深与流速较大时可用，水深与流速较大时可用，水深与流速较大时可用，水深与流速较大时可用5kg5kg5kg5kg以上的重锤。以上的重锤

5、。以上的重锤。以上的重锤。在测深锤的绳索上每在测深锤的绳索上每在测深锤的绳索上每在测深锤的绳索上每10cm10cm10cm10cm作一标志，以便读数。作一标志，以便读数。作一标志，以便读数。作一标志，以便读数。由于测深锤只适用于水深较小、流速不大的由于测深锤只适用于水深较小、流速不大的由于测深锤只适用于水深较小、流速不大的由于测深锤只适用于水深较小、流速不大的浅水区，测深时应使测深锤的绳索处于垂直位置，浅水区，测深时应使测深锤的绳索处于垂直位置，浅水区，测深时应使测深锤的绳索处于垂直位置，浅水区，测深时应使测深锤的绳索处于垂直位置，再读取水面与绳索相交的数值，其测深精度与操再读取水面与绳索相交

6、的数值，其测深精度与操再读取水面与绳索相交的数值，其测深精度与操再读取水面与绳索相交的数值，其测深精度与操作人员的熟练程度有很大关系，且工作效率低。作人员的熟练程度有很大关系，且工作效率低。作人员的熟练程度有很大关系，且工作效率低。作人员的熟练程度有很大关系，且工作效率低。3.3.3 3 水深测量水深测量 一、人工测深一、人工测深一、人工测深一、人工测深3.3.3 3 水深测量水深测量 一、人工测深一、人工测深一、人工测深一、人工测深 测深杆测深杆测深杆测深杆适用于水深适用于水深适用于水深适用于水深5m5m5m5m以内且流速不大的水区。同样，在测深以内且流速不大的水区。同样，在测深以内且流速不

7、大的水区。同样，在测深以内且流速不大的水区。同样，在测深杆上每杆上每杆上每杆上每10cm10cm10cm10cm作一标志，以便读数。作一标志，以便读数。作一标志，以便读数。作一标志，以便读数。现在虽然很少用测深杆进行水深测量，但在浅滩测量时，当现在虽然很少用测深杆进行水深测量，但在浅滩测量时，当现在虽然很少用测深杆进行水深测量，但在浅滩测量时，当现在虽然很少用测深杆进行水深测量，但在浅滩测量时，当回声测深仪难以反映小于回声测深仪难以反映小于回声测深仪难以反映小于回声测深仪难以反映小于1m1m1m1m的水深时，用测深杆进行水深测量更的水深时，用测深杆进行水深测量更的水深时，用测深杆进行水深测量更

8、的水深时，用测深杆进行水深测量更加有效。加有效。加有效。加有效。3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 在在在在19191919世纪世纪世纪世纪20202020年代，人类就能够测量声音在水中的传播速度，年代，人类就能够测量声音在水中的传播速度，年代，人类就能够测量声音在水中的传播速度，年代，人类就能够测量声音在水中的传播速度，直到一个世纪后才研制出了第一台直到一个世纪后才研制出了第一台直到一个世纪后才研制出了第一台直到一个世纪后才研制出了第一台回声测深仪回声测深仪回声测深仪回声测深仪，逐渐结束了人类，逐渐结束了人类，逐

9、渐结束了人类，逐渐结束了人类用测深锤和测深杆测量水深的历史。目前，回声测深仪（也称测用测深锤和测深杆测量水深的历史。目前，回声测深仪（也称测用测深锤和测深杆测量水深的历史。目前，回声测深仪（也称测用测深锤和测深杆测量水深的历史。目前，回声测深仪（也称测深声呐）深声呐）深声呐）深声呐）用途最广用途最广用途最广用途最广，是国内外进行水深测量的最基本的仪器。，是国内外进行水深测量的最基本的仪器。，是国内外进行水深测量的最基本的仪器。，是国内外进行水深测量的最基本的仪器。1914 1914 1914 1914年，美国设计制造第一台回声测深仪；年，美国设计制造第一台回声测深仪；年，美国设计制造第一台回声

10、测深仪；年，美国设计制造第一台回声测深仪；约约约约1940194019401940年，周同庆年，周同庆年，周同庆年，周同庆(1907-1989(1907-1989(1907-1989(1907-1989，物理学家、教育家，物理学家、教育家，物理学家、教育家，物理学家、教育家)研制出我研制出我研制出我研制出我国第一台自动回声测深仪。国第一台自动回声测深仪。国第一台自动回声测深仪。国第一台自动回声测深仪。随着电子工业的发展与集成电路技术的应用，测深技术不断随着电子工业的发展与集成电路技术的应用，测深技术不断随着电子工业的发展与集成电路技术的应用，测深技术不断随着电子工业的发展与集成电路技术的应用，

11、测深技术不断得到改进，测深仪从得到改进，测深仪从得到改进，测深仪从得到改进，测深仪从模拟信号处理模拟信号处理模拟信号处理模拟信号处理发展到发展到发展到发展到数字信号处理数字信号处理数字信号处理数字信号处理，极大地，极大地，极大地，极大地提高了水深测量的精度和效率。提高了水深测量的精度和效率。提高了水深测量的精度和效率。提高了水深测量的精度和效率。3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理 测深仪的型号虽多，但其测深的基本原理都是利用声波在同测深仪的型号虽多，但其测深

12、的基本原理都是利用声波在同测深仪的型号虽多，但其测深的基本原理都是利用声波在同测深仪的型号虽多，但其测深的基本原理都是利用声波在同一介质中均匀传播的特性。一介质中均匀传播的特性。一介质中均匀传播的特性。一介质中均匀传播的特性。换能器至水底的深度为：换能器至水底的深度为：换能器至水底的深度为：换能器至水底的深度为：3.3.3 3 水深测量水深测量（以以以以1500m1500m/s s为为为为标准声速标准声速标准声速标准声速）若要求水面至水底的深度时，若要求水面至水底的深度时，若要求水面至水底的深度时，若要求水面至水底的深度时，则应将测得的水深则应将测得的水深则应将测得的水深则应将测得的水深加上换

13、能器的吃加上换能器的吃加上换能器的吃加上换能器的吃水水水水，可得水面至水底的深度，可得水面至水底的深度，可得水面至水底的深度，可得水面至水底的深度D D D D：二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理3.3.3 3 水深测量水深测量超声波超声波超声波超声波回声回声回声回声显示设备显示设备显示设备显示设备接收接收接收接收放大器放大器放大器放大器激发器激发器激发器激发器电源电源电源电源发射发射发射发射换能器换能器换能器换能器接收接收接收接收换能器换能器换能器换能器控制仪控制仪控制仪控制仪换能器换能器

14、换能器换能器发射脉冲发射脉冲发射脉冲发射脉冲接收脉冲接收脉冲接收脉冲接收脉冲电脉冲电脉冲电脉冲电脉冲电脉冲电脉冲电脉冲电脉冲机械振动机械振动机械振动机械振动声能声能声能声能电能电能电能电能 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理 每反射和接收一次，记录一个点，连续测深时，各记录点连每反射和接收一次，记录一个点，连续测深时，各记录点连每反射和接收一次，记录一个点，连续测深时，各记录点连每反射和接收一次，记录一个点，连续测深时，各记录点连接为一条曲线，这就是所测水深的接为一条曲线，这就是所测水深的接

15、为一条曲线，这就是所测水深的接为一条曲线，这就是所测水深的模拟记录模拟记录模拟记录模拟记录。现代的测深仪在定位的瞬时，不但可以在测深记录纸上打出现代的测深仪在定位的瞬时，不但可以在测深记录纸上打出现代的测深仪在定位的瞬时，不但可以在测深记录纸上打出现代的测深仪在定位的瞬时，不但可以在测深记录纸上打出定位线定位线定位线定位线，而且可以打印测深的，而且可以打印测深的，而且可以打印测深的，而且可以打印测深的时间时间时间时间、深点号深点号深点号深点号和和和和所测水深所测水深所测水深所测水深。除了模拟记录外，数字式测深仪还可将除了模拟记录外，数字式测深仪还可将除了模拟记录外，数字式测深仪还可将除了模拟记

16、录外，数字式测深仪还可将模拟信号转换成数字模拟信号转换成数字模拟信号转换成数字模拟信号转换成数字信号信号信号信号，同时记录所测点的水深值。，同时记录所测点的水深值。，同时记录所测点的水深值。，同时记录所测点的水深值。3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理（一）测深原理3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单

17、波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装 换能器安装是准确可靠地进行水深测量的重要环节。换能器安装是准确可靠地进行水深测量的重要环节。换能器安装是准确可靠地进行水深测量的重要环节。换能器安装是准确可靠地进行水深测量的重要环节。换能器盒与一适当长度的空心钢管相连，电缆从管内穿过，换能器盒与一适当长度的空心钢管相连，电缆从管内穿过，换能器盒与一适当长度的空心钢管相连，电缆从管内穿过，换能器盒与一适当长度的空心钢管相连，电缆从管内穿过，并拧紧钢管与换能器的连接螺丝，把钢管固定在船舷外，通常在并

18、拧紧钢管与换能器的连接螺丝，把钢管固定在船舷外，通常在并拧紧钢管与换能器的连接螺丝，把钢管固定在船舷外，通常在并拧紧钢管与换能器的连接螺丝，把钢管固定在船舷外，通常在离船首的距离约为船艇总长的离船首的距离约为船艇总长的离船首的距离约为船艇总长的离船首的距离约为船艇总长的1/31/3处，以免受船首分水浪花形成气处，以免受船首分水浪花形成气处，以免受船首分水浪花形成气处，以免受船首分水浪花形成气泡对声波传播速度的影响。泡对声波传播速度的影响。泡对声波传播速度的影响。泡对声波传播速度的影响。3.3.3 3 水深测量水深测量SES-2000SES-2000SES-2000SES-2000深水型的换能器

19、深水型的换能器深水型的换能器深水型的换能器SES-2000SES-2000SES-2000SES-2000浅剖换能器浅剖换能器浅剖换能器浅剖换能器 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装 为了使换能器安装牢固，最好在换能器的前后两侧用绳索拉为了使换能器安装牢固，最好在换能器的前后两侧用绳索拉为了使换能器安装牢固，最好在换能器的前后两侧用绳索拉为了使换能器安装牢固，最好在换能器的前后两侧用绳索拉紧固定。同时，还要远离发电机、电动机、推进器以及排气和排紧固定。同时，还要远离发电机、电

20、动机、推进器以及排气和排紧固定。同时，还要远离发电机、电动机、推进器以及排气和排紧固定。同时，还要远离发电机、电动机、推进器以及排气和排水管，避开这些机械产生的有规律的杂声干扰。水管，避开这些机械产生的有规律的杂声干扰。水管，避开这些机械产生的有规律的杂声干扰。水管，避开这些机械产生的有规律的杂声干扰。换能器入水深度一般为换能器入水深度一般为换能器入水深度一般为换能器入水深度一般为0.30.30.8m0.8m。具体情况应根据。具体情况应根据。具体情况应根据。具体情况应根据流速流速流速流速、航航航航速速速速和和和和测量船吃水的大小测量船吃水的大小测量船吃水的大小测量船吃水的大小而定。而定。而定。

21、而定。船大，流大，航速快，入水可深一船大，流大，航速快，入水可深一船大，流大，航速快，入水可深一船大，流大，航速快，入水可深一些，反之，换能器入水可相应的浅一些。些，反之，换能器入水可相应的浅一些。些，反之，换能器入水可相应的浅一些。些，反之，换能器入水可相应的浅一些。换能器的长轴要平行船艇的轴线。换能器的长轴要平行船艇的轴线。换能器的长轴要平行船艇的轴线。换能器的长轴要平行船艇的轴线。3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装3.3.3 3 水深测

22、量水深测量海洋中海洋中海洋中海洋中湖泊湖泊湖泊湖泊中中中中 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装（二）测深仪的安装 测深仪应放置在通风良好，振动较小，便于操作，便于观察测深仪应放置在通风良好，振动较小，便于操作，便于观察测深仪应放置在通风良好，振动较小，便于操作，便于观察测深仪应放置在通风良好，振动较小，便于操作，便于观察周围环境以及与驾驶人员联系方便的地方。周围环境以及与驾驶人员联系方便的地方。周围环境以及与驾驶人员联系方便的地方。周围环境以及与驾驶人员联系方便的地方。仪器与电源、换能器以及其

23、它部件尽量接近些。要保证仪器仪器与电源、换能器以及其它部件尽量接近些。要保证仪器仪器与电源、换能器以及其它部件尽量接近些。要保证仪器仪器与电源、换能器以及其它部件尽量接近些。要保证仪器不受电磁场的干扰，不受海水、雨水的溅泼等。不受电磁场的干扰，不受海水、雨水的溅泼等。不受电磁场的干扰，不受海水、雨水的溅泼等。不受电磁场的干扰，不受海水、雨水的溅泼等。3.3.3 3 水深测量水深测量HydroStar 4300HydroStar 4300HydroStar 4300HydroStar 4300调查型单波束测深仪调查型单波束测深仪调查型单波束测深仪调查型单波束测深仪SOH-130SOH-130SO

24、H-130SOH-130测测测测深深深深仪仪仪仪 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （三）测深仪校准（三）测深仪校准（三）测深仪校准（三）测深仪校准 仪器校准一般在仪器校准一般在仪器校准一般在仪器校准一般在码头边沿码头边沿码头边沿码头边沿进行，校准后应记录校准时的进行，校准后应记录校准时的进行，校准后应记录校准时的进行，校准后应记录校准时的海水海水海水海水声速声速声速声速和校准后的和校准后的和校准后的和校准后的仪器声速仪器声速仪器声速仪器声速。由于声速随着水体的由于声速随着水体的由于声速随着水体的由于声速随着水体的温度温度温度温度、盐度盐度盐度盐

25、度和和和和压力压力压力压力的变化而变化，因而，的变化而变化，因而，的变化而变化，因而，的变化而变化，因而，不同海区、不同季节，仪器所使用的声速有不同的变化。不同海区、不同季节，仪器所使用的声速有不同的变化。不同海区、不同季节，仪器所使用的声速有不同的变化。不同海区、不同季节，仪器所使用的声速有不同的变化。为了保证测深成果可靠，在测深前必须对测深仪进行再次现为了保证测深成果可靠，在测深前必须对测深仪进行再次现为了保证测深成果可靠，在测深前必须对测深仪进行再次现为了保证测深成果可靠，在测深前必须对测深仪进行再次现场校准，以场校准，以场校准，以场校准，以确定测深时应使用的声速确定测深时应使用的声速确

26、定测深时应使用的声速确定测深时应使用的声速。3.3.3 3 水深测量水深测量 二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量二、单波束测深仪测量 （三）测深仪校准（三）测深仪校准（三）测深仪校准（三）测深仪校准 也可利用也可利用也可利用也可利用比对盘比对盘比对盘比对盘比测，即将比对盘放置测深仪换能器下方一比测，即将比对盘放置测深仪换能器下方一比测，即将比对盘放置测深仪换能器下方一比测，即将比对盘放置测深仪换能器下方一定水深处，检查所测出的水深是否与比对盘深度一致，两者之差定水深处，检查所测出的水深是否与比对盘深度一致，两者之差定水深处，检查所测出的水深是否与比对盘深度一致，两者之

27、差定水深处，检查所测出的水深是否与比对盘深度一致，两者之差0.05m0.05m0.05m20202020 0.020.020.020.02水深值水深值水深值水深值 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 传统的单波束测深仪只能测量船正下方的水深，为了获得令传统的单波束测深仪只能测量船正下方的水深，为了获得令传统的单波束测深仪只能测量船正下方的水深，为了获得令传统的单波束测深仪只能测量船正下方的水深，为了获得令人满意的水下地形，通常设置一些人满意的水下地形，通常设置一些人满意的水下地形，通常设置一些人满意的水下地形，通常设置一些平行的测线平行的测线平行的

28、测线平行的测线。即使布设很密的。即使布设很密的。即使布设很密的。即使布设很密的测线仍不能保证对水下的测线仍不能保证对水下的测线仍不能保证对水下的测线仍不能保证对水下的全覆盖全覆盖全覆盖全覆盖，测线之间的水下地形，特别是，测线之间的水下地形，特别是，测线之间的水下地形，特别是，测线之间的水下地形，特别是一些孤立的特征地形很容易被一些孤立的特征地形很容易被一些孤立的特征地形很容易被一些孤立的特征地形很容易被漏测漏测漏测漏测。多波束测深仪多波束测深仪多波束测深仪多波束测深仪，也称为，也称为，也称为，也称为多波束测深声呐系统多波束测深声呐系统多波束测深声呐系统多波束测深声呐系统（Multibeam E

29、cho Multibeam Echo Sounding SonarSounding Sonar），能以），能以），能以），能以条带测量方式条带测量方式条带测量方式条带测量方式，对测量区域进行，对测量区域进行，对测量区域进行，对测量区域进行全覆盖全覆盖全覆盖全覆盖、高精度高精度高精度高精度地测量，克服了单波束测深仪线状测量的缺点。地测量，克服了单波束测深仪线状测量的缺点。地测量，克服了单波束测深仪线状测量的缺点。地测量，克服了单波束测深仪线状测量的缺点。3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （一）测深原理和系统组成（一

30、）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成 多波束测深仪和传统的单波束回声测深仪的测深原理从根本多波束测深仪和传统的单波束回声测深仪的测深原理从根本多波束测深仪和传统的单波束回声测深仪的测深原理从根本多波束测深仪和传统的单波束回声测深仪的测深原理从根本性上讲都是性上讲都是性上讲都是性上讲都是测量声波在水中的传播时间测量声波在水中的传播时间测量声波在水中的传播时间测量声波在水中的传播时间。在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个换能器单元的换能器单元的

31、换能器单元的换能器单元的阵列阵列阵列阵列，通过控制不同单元的相位，形成，通过控制不同单元的相位，形成，通过控制不同单元的相位，形成，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角多个具有不同指向角多个具有不同指向角多个具有不同指向角的波的波的波的波束，通常束，通常束，通常束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束只发射一个波束而在接收时形成多个波束只发射一个波束而在接收时形成多个波束只发射一个波束而在接收时形成多个波束。3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深

32、原理和系统组成（一）测深原理和系统组成3.3.3 3 水深测量水深测量 系统声信号的发射和接收由两个方向系统声信号的发射和接收由两个方向系统声信号的发射和接收由两个方向系统声信号的发射和接收由两个方向互相垂直的互相垂直的互相垂直的互相垂直的激发阵激发阵激发阵激发阵和和和和水听器阵水听器阵水听器阵水听器阵组成。组成。组成。组成。激发阵激发阵激发阵激发阵平行船轴向排列，向垂直船轴平行船轴向排列，向垂直船轴平行船轴向排列，向垂直船轴平行船轴向排列，向垂直船轴向对称向两侧正下方发射向对称向两侧正下方发射向对称向两侧正下方发射向对称向两侧正下方发射1.51.51.51.5(沿船轴沿船轴沿船轴沿船轴向向向

33、向)1 1 1 12 2 2 2(垂直船轴向垂直船轴向垂直船轴向垂直船轴向)的脉冲声波。的脉冲声波。的脉冲声波。的脉冲声波。船轴向船轴向船轴向船轴向 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成3.3.3 3 水深测量水深测量 水听器阵以水听器阵以水听器阵以水听器阵以20200 0(沿船轴向沿船轴向沿船轴向沿船轴向)1.51.50 0(垂垂垂垂直船轴向的发射扇区内直船轴向的发射扇区内直船轴向的发射扇区内直船轴向的发射扇区内)1 16 6个接收波束角个接收波束角个

34、接收波束角个接收波束角接收来自海底照射面积为接收来自海底照射面积为接收来自海底照射面积为接收来自海底照射面积为1.51.50 0 1 12 20 0的回波。的回波。的回波。的回波。接收方式和发射方式接收方式和发射方式接收方式和发射方式接收方式和发射方式叠加叠加叠加叠加后，形成垂后，形成垂后，形成垂后，形成垂直船轴，沿船下方两侧对称的直船轴，沿船下方两侧对称的直船轴，沿船下方两侧对称的直船轴，沿船下方两侧对称的1 1 1 16 6 6 6个个个个1.51.50 0 1.51.50 0波束。波束。波束。波束。船轴向船轴向船轴向船轴向 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、

35、多波束测深仪测量 （一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成 各声线在介质中的路径构成一个各声线在介质中的路径构成一个各声线在介质中的路径构成一个各声线在介质中的路径构成一个向下发散、向上收剑于换能向下发散、向上收剑于换能向下发散、向上收剑于换能向下发散、向上收剑于换能器中心的辐射状扇形区器中心的辐射状扇形区器中心的辐射状扇形区器中心的辐射状扇形区。各声线海底投影点的空间位置为：各声线海底投影点的空间位置为：各声线海底投影点的空间位置为：各声线海底投影点的空间位置为：3.3.3 3 水深测量水深测量测点的水深：测点的水深：测点的水深：测点的

36、水深：测点距换能器垂直中心轴的水平距离：测点距换能器垂直中心轴的水平距离：测点距换能器垂直中心轴的水平距离：测点距换能器垂直中心轴的水平距离：波束到达角波束到达角波束到达角波束到达角 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成（一）测深原理和系统组成3.3.3 3 水深测量水深测量多波束全覆盖精密探测技术多波束全覆盖精密探测技术多波束全覆盖精密探测技术多波束全覆盖精密探测技术 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （二）多波束测深仪的特点（

37、二）多波束测深仪的特点（二）多波束测深仪的特点（二）多波束测深仪的特点 由美国通用仪器公司由美国通用仪器公司由美国通用仪器公司由美国通用仪器公司1976197619761976年生产的年生产的年生产的年生产的SeaBeamSeaBeamSeaBeamSeaBeam多波束系统多波束系统多波束系统多波束系统，被认，被认，被认，被认为是世界上第一套成熟的产品，主要用于深海测量。为是世界上第一套成熟的产品，主要用于深海测量。为是世界上第一套成熟的产品，主要用于深海测量。为是世界上第一套成熟的产品，主要用于深海测量。随着技术的发展，到随着技术的发展，到随着技术的发展，到随着技术的发展，到20202020

38、世纪世纪世纪世纪90909090年代初年代初年代初年代初，许多厂家开始推出高，许多厂家开始推出高，许多厂家开始推出高，许多厂家开始推出高精度、高分辨率和宽覆盖的浅水型多波束系统，结合高精度的实精度、高分辨率和宽覆盖的浅水型多波束系统，结合高精度的实精度、高分辨率和宽覆盖的浅水型多波束系统，结合高精度的实精度、高分辨率和宽覆盖的浅水型多波束系统，结合高精度的实时差分时差分时差分时差分GPSGPSGPSGPS定位技术，使多波束勘测技术开始应用于各种定位技术，使多波束勘测技术开始应用于各种定位技术，使多波束勘测技术开始应用于各种定位技术，使多波束勘测技术开始应用于各种江河江河江河江河、湖湖湖湖泊泊泊

39、泊、近岸工程近岸工程近岸工程近岸工程和和和和大陆架测量大陆架测量大陆架测量大陆架测量。3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （二）多波束测深仪的特点（二）多波束测深仪的特点（二）多波束测深仪的特点（二）多波束测深仪的特点 1 1 1 1、全覆盖无遗漏测量全覆盖无遗漏测量全覆盖无遗漏测量全覆盖无遗漏测量 2 2 2 2、高分辨率测量高分辨率测量高分辨率测量高分辨率测量 3 3 3 3、高精度和高效率测量高精度和高效率测量高精度和高效率测量高精度和高效率测量 4 4 4 4、多用途、多信息测量多用途、多信息测量多用途、多

40、信息测量多用途、多信息测量3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准 由于多波束换能器通常不能与测量船姿态的由于多波束换能器通常不能与测量船姿态的由于多波束换能器通常不能与测量船姿态的由于多波束换能器通常不能与测量船姿态的运动传感器运动传感器运动传感器运动传感器、测、测、测、测量船方位的量船方位的量船方位的量船方位的电罗经电罗经电罗经电罗经，以及用于定位的，以及用于定位的，以及用于定位的，以及用于定位的

41、GPSGPSGPSGPS天线天线天线天线安装在同一个位置，安装在同一个位置，安装在同一个位置，安装在同一个位置，因此，需要将它们的相对位置准确地测量，并归算到定义的船坐因此，需要将它们的相对位置准确地测量，并归算到定义的船坐因此，需要将它们的相对位置准确地测量，并归算到定义的船坐因此，需要将它们的相对位置准确地测量，并归算到定义的船坐标系中。标系中。标系中。标系中。3.3.3 3 水深测量水深测量 罗经罗经罗经罗经（CompassCompass），是是是是测定方向基准的仪器。测定方向基准的仪器。测定方向基准的仪器。测定方向基准的仪器。船舶用罗经以确定航向和观测物标方位。罗经分为船舶用罗经以确定

42、航向和观测物标方位。罗经分为船舶用罗经以确定航向和观测物标方位。罗经分为船舶用罗经以确定航向和观测物标方位。罗经分为磁罗经磁罗经磁罗经磁罗经和和和和陀螺罗经陀螺罗经陀螺罗经陀螺罗经两种。航海船舶通常都装有两两种。航海船舶通常都装有两两种。航海船舶通常都装有两两种。航海船舶通常都装有两种种种种罗经。罗经。罗经。罗经。陀螺罗经又称陀螺罗经又称陀螺罗经又称陀螺罗经又称电罗经电罗经电罗经电罗经，是利用陀螺仪的定轴性，是利用陀螺仪的定轴性，是利用陀螺仪的定轴性，是利用陀螺仪的定轴性和进动性，结合地球自转矢和进动性，结合地球自转矢和进动性，结合地球自转矢和进动性，结合地球自转矢量和重力矢量，用控制量和重力

43、矢量，用控制量和重力矢量，用控制量和重力矢量，用控制设备和阻尼设备制成以提供真北基准的仪器。设备和阻尼设备制成以提供真北基准的仪器。设备和阻尼设备制成以提供真北基准的仪器。设备和阻尼设备制成以提供真北基准的仪器。三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准 多波束的换能器安装要求发射波束指向与多波束的换能器安装要求发射波束指向与多波束的换能器安装要求发射波束指向与多波束的换能器安装要求发射波束指向与船龙骨船龙骨船龙骨船龙骨平行，而接平行，

44、而接平行，而接平行，而接收波束应与船龙骨垂直，且中央波束应垂直于水平面。收波束应与船龙骨垂直，且中央波束应垂直于水平面。收波束应与船龙骨垂直，且中央波束应垂直于水平面。收波束应与船龙骨垂直，且中央波束应垂直于水平面。船龙骨：船龙骨：船龙骨：船龙骨：船的主要结构部件，沿前沿中心线从船头延伸到船船的主要结构部件，沿前沿中心线从船头延伸到船船的主要结构部件，沿前沿中心线从船头延伸到船船的主要结构部件，沿前沿中心线从船头延伸到船尾，船的肋骨附在这上面。形象的比方，有点像人和其他脊椎动尾，船的肋骨附在这上面。形象的比方，有点像人和其他脊椎动尾，船的肋骨附在这上面。形象的比方，有点像人和其他脊椎动尾，船的

45、肋骨附在这上面。形象的比方，有点像人和其他脊椎动物的脊椎，所以叫做龙骨。物的脊椎，所以叫做龙骨。物的脊椎，所以叫做龙骨。物的脊椎，所以叫做龙骨。3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准（三）多波束测深仪的安装与校准 这些安装与测量尽可能在这些安装与测量尽可能在这些安装与测量尽可能在这些安装与测量尽可能在码头码头码头码头或或或或船坞船坞船坞船坞里进行，借助全站仪、里进行，借助全站仪、里进行，借助全站仪、里进行，借助全站仪、水准仪等仪

46、器完成。即使安装的过程十分严格，也会存在安装误水准仪等仪器完成。即使安装的过程十分严格，也会存在安装误水准仪等仪器完成。即使安装的过程十分严格，也会存在安装误水准仪等仪器完成。即使安装的过程十分严格，也会存在安装误差，尤其是在临时性的小船上安装。因此，必须在开始正式测量差，尤其是在临时性的小船上安装。因此，必须在开始正式测量差，尤其是在临时性的小船上安装。因此，必须在开始正式测量差，尤其是在临时性的小船上安装。因此，必须在开始正式测量前，对多波束系统进行校准测量。前，对多波束系统进行校准测量。前，对多波束系统进行校准测量。前，对多波束系统进行校准测量。1.1.1.1.横摇校准横摇校准横摇校准横

47、摇校准2.2.2.2.纵倾和时间延迟校准纵倾和时间延迟校准纵倾和时间延迟校准纵倾和时间延迟校准3.3.3.3.船艏方位校准船艏方位校准船艏方位校准船艏方位校准3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （四）声速剖面测量（四）声速剖面测量（四）声速剖面测量（四）声速剖面测量 海水是一种非均匀流体，其内各层的盐度、温度和压力是不海水是一种非均匀流体，其内各层的盐度、温度和压力是不海水是一种非均匀流体，其内各层的盐度、温度和压力是不海水是一种非均匀流体，其内各层的盐度、温度和压力是不同的，声波在不同水体中的传播速度和路径也明显

48、不同。多波束同的，声波在不同水体中的传播速度和路径也明显不同。多波束同的，声波在不同水体中的传播速度和路径也明显不同。多波束同的，声波在不同水体中的传播速度和路径也明显不同。多波束测深仪除了中心波束是垂直入射外，其余波束均具有一定的波束测深仪除了中心波束是垂直入射外，其余波束均具有一定的波束测深仪除了中心波束是垂直入射外，其余波束均具有一定的波束测深仪除了中心波束是垂直入射外，其余波束均具有一定的波束入射角，而这种角度越是靠边缘的波束越大。由于不同水层中声入射角，而这种角度越是靠边缘的波束越大。由于不同水层中声入射角，而这种角度越是靠边缘的波束越大。由于不同水层中声入射角，而这种角度越是靠边缘

49、的波束越大。由于不同水层中声速的差异，导致了速的差异，导致了速的差异，导致了速的差异，导致了波束传播路径的弯曲波束传播路径的弯曲波束传播路径的弯曲波束传播路径的弯曲，而这种弯曲的程度和形，而这种弯曲的程度和形，而这种弯曲的程度和形，而这种弯曲的程度和形态直接态直接态直接态直接受声速剖面的影响和制约受声速剖面的影响和制约受声速剖面的影响和制约受声速剖面的影响和制约。在使用多波束测深仪测量水下地形时，需要在使用多波束测深仪测量水下地形时，需要在使用多波束测深仪测量水下地形时，需要在使用多波束测深仪测量水下地形时，需要在测区内现场采在测区内现场采在测区内现场采在测区内现场采集适当数量的声速剖面集适当

50、数量的声速剖面集适当数量的声速剖面集适当数量的声速剖面，对多波束系统的测量水深数据进行，对多波束系统的测量水深数据进行，对多波束系统的测量水深数据进行，对多波束系统的测量水深数据进行实时实时实时实时校正校正校正校正的，声速剖面的精度和有效性是影响多波束测深精度的主要的，声速剖面的精度和有效性是影响多波束测深精度的主要的，声速剖面的精度和有效性是影响多波束测深精度的主要的，声速剖面的精度和有效性是影响多波束测深精度的主要误差来源之一。误差来源之一。误差来源之一。误差来源之一。3.3.3 3 水深测量水深测量 三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量三、多波束测深仪测量 （四）