《海洋测绘技术》课件 第四章 水深测量-（4.4）

一、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，为了获得令人满意的水下地形，通常设置一些平行的测线。即使布设很密的测线仍不能保证对水下的全覆盖，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漏测。

多波束测深仪，也称为多波束测深声呐系统（MultibeamEchoSoundingSonar），能以条带测量方式，对测量区域进行全覆盖、高精度地测量，克服了单波束测深仪线状测量的缺点。第四章水深测量——多波束测深

一、多波束测深仪测量（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性上讲都是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换能器单元的阵列，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角的波束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束。第四章水深测量——多波束测深

一、多波束测深仪测量（一）测深原理和系统组成系统声信号的发射和接收由两个方向互相垂直的激发阵和水听器阵组成。

激发阵平行船轴向排列，向垂直船轴向对称向两侧正下方发射1.5°(沿船轴向)×12°(垂直船轴向)的脉冲声波。船轴向第四章水深测量——多波束测深

一、多波束测深仪测量（一）测深原理和系统组成水听器阵以200(沿船轴向)×1.50(垂直船轴向的发射扇区内)16个接收波束角接收来自海底照射面积为1.50×120的回波。接收方式和发射方式叠加后，形成垂直船轴，沿船下方两侧对称的16个1.50×1.50波束。船轴向第四章水深测量——多波束测深

一、多波束测深仪测量（一）测深原理和系统组成各声线在介质中的路径构成一个向下发散、向上收剑于换能器中心的辐射状扇形区。各声线海底投影点的空间位置为：测点的水深：测点距换能器垂直中心轴的水平距离：波束到达角第四章水深测量——多波束测深

一、多波束测深仪测量（一）测深原理和系统组成多波束全覆盖精密探测技术第四章水深测量——多波束测深二、多波束系统的基本构成

典型多波束系统应包括三个子系统：

①、多波束声学子系统(包括多波束发射接收换能器阵和多波束信号控制处理电子柜)；

②、波束空间位置传感器子系统(包括运动传感器、定位系统和声速剖面仪)；

③、数据采集、处理子系统(包括多波束实时采集、后处理计算机及相关软件和数据显示、输出、贮存设备)。

一、多波束测深仪测量（二）多波束测深仪的特点由美国通用仪器公司1976年生产的SeaBeam多波束系统，被认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20世纪90年代初，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，结合高精度的实时差分GPS定位技术，使多波束勘测技术开始应用于各种江河、湖泊、近岸工程和大陆架测量。第四章水深测量——多波束测深

一、多波束测深仪测量（二）多波束测深仪的特点1、全覆盖无遗漏测量2、高分辨率测量3、高精度和高效率测量4、多用途、多信息测量第四章水深测量——多波束测深

多波束的一些术语（见书P105）

1．波束入射角(波束立体角与垂线的夹角)。2．波束掠射角(波束立体角对称轴与在投射面上正投影的夹角)。3．波束角或波束宽度(一个波束在空间上的立体角)。4．脚印(一个波束在海底的照射面积)。5．波束间角或波束间距(两相邻波束立体角对称轴之间的夹角)。6．射程(波束从换能器到海底之间的旅行距离)。7．扇区开角或扇区宽度。8．扇区扫描(完成一个完整扇区扫描的脉冲发射接收过程)。9．更新率(单位时间完成扇区扫描的次数)。10．测深横剖面（一次扇区扫描所形成的换能器下方垂直航向的一系列波束测点组成的海底水深剖面）。11．覆盖(多波束测深剖面的宽度与水深的比值)多波束系统安装要点安装一个多波束声呐将遇到的二个主要问题是:噪音振动要尽力减小噪音和振动的影响第四章水深测量——多波束测深自身噪音机械噪音–柴油机，齿轮箱，传动轴，螺旋桨及其他辅助机械流噪音-与速度有关的层流电子噪音–声纳中的噪音分量

空化–与速度有关的由于极低压引起的气泡断裂噪音—通常由螺旋桨造成其他测深仪–安装位置靠近或频率及谐波接近多波束声纳头的其他测深仪将干扰多波束信号第四章水深测量——多波束测深背景噪音船引起的噪音将极大地减少有用的条带宽度在船舷安装时，有时会发现靠船一侧比船外侧的覆盖宽度要窄噪音将降低数据质量，给后处理带来很多工作第四章水深测量——多波束测深环境噪音水利的–波浪，潮汐，水流。及天气影响地震

–只有低频速度有影响交通

–其他船生物的

–海洋生物，一般<10kHz第四章水深测量——多波束测深减少噪音

对环境噪音一般没办法避免，但有很多办法减少自身噪音要仔细选择声纳头安装位置，远离船主机、副机和泵如果声纳头安装太靠后会受到螺旋桨的影响第四章水深测量——多波束测深振动的原因船体噪音引起振动声纳杆固定不好声纳杆材料不好声纳杆太小声纳杆底端离最后一个支撑点太远甲板和舱壁挠曲舷侧安装优势不用时声纳头可拿起来安装容易便携式劣势非常容易受振动和噪音的影响可能被其他船撞坏或触底不容易维持多波束校正结果舷侧安装要点必须装在船上牢固及不活动的部位安装位置远离噪音源安装杆要在尽量靠近水线的地方设置固定点声纳头要超出船底要做必要的试验以检查回收和放下声纳头后声纳头校准是否有改变安装例子第四章水深测量——多波束测深

1、工作船只不宜太小，应以长度在20m以上，宽度在4m以上的船只为宜，这种船只才能保证工作平台的稳定性，使得罗经的改正达到最佳状态。2、安装位置不宜离发动机太近，离发动机太近也一样会影响罗经对数据的改正。

第四章水深测量—多波束勘测技术技术设计

在没有特别指定调查类型的情况下，就多波束系统而言，一般需要获得100％海底覆盖，同时必须符合IHO深度标准。

IHO深度测量误差标准：水深≤30m时，误差小于0．3m，置信度为95％；水深>30m时，误差小于水深值的1％，置信度为95％。

需要着重指出，这些指标只是在10～100m的深度范围内有效。一旦多波束系统作业水深加大，由于折射作用影响，多波束系统的扇区开角就会受到限制，其扫描宽度也会相应减小。由此可见，多波束系统的扫描宽度是一项测量水深的函数，并且在同一水深区间内不同的系统具有不同的扫描宽度。

因此：根据调查区内水深分布状况选择合理的多波束系统，有利于在测量过程中加大横向扫描宽度，增加测幅，加宽全覆盖测线间距，从而提高测量效率。在多波束全覆盖测量过程中，除应考虑相邻条幅之间的重叠、覆盖外，还需考虑两相邻波束横断面间前后波束的重叠、覆盖。表征前后波束重叠、覆盖程度的指标称为测深密度(soundingdensity)。

第四章水深测量—多波束勘测技术技术设计

多波束系统的测深密度是下列因素的复杂函数：

①、船速；②、发射更新率；③、纵向波束宽度；④、横向波束宽度；⑤、声纳工作模式(等角的或等距的)。

在指定的深度和更新率的条件下，由于纵向波束宽度、横向波束宽度及声纳工作模式是系统给定的，因此多波束系统的中央波束前后的重叠就只受船速的影响。由此可以计算出在一定深度范围内满足中央波束前后脚印100％覆盖的最大航速，也可以计算出在某个航速下中央波束前后脚印获得100％覆盖的最小水深。如下表所示；10kn船速多波束全覆盖的最小深度.第四章水深测量—多波束勘测技术技术设计

多波束系统的勘测调查应满足IHO深度标准。由于多波束系统中央波束和边缘波束精度不同，中央波束精度高，边缘波束精度低，因此在进行勘测技术设计时，也必须考虑特定多波束系统在不同工作模式(扇区开角)下满足深度规范标准的能力。换言之，必须检查或进行多波束系统在不同扇区开角下的误差分析。除多波束系统自身误差外，在技术设计时还应考虑调查区水团结构的特征，即声速结构的时空变化特征。在声速结构时空变化剧烈的区域如海洋锋活动带、河口冲淡水区等，需进一步缩小多波束系统的扇区开角，以降低声速误差对边缘波束的影响。对指定的多波束系统而言，通过不同扇区开角的测深误差评估，可确定某一种扇区开角进行多波束勘测，以满足测深所需的精度要求。精度控制的另一个重要方面是要确定船只参考坐标系并进行各项参数校正和改正，它包括：

①、船参考坐标系的确定；②、GPS天线、换能器、运动传感器的相对位置(X，Y，Z)。③、系统参数校正：包括换能器纵、横摇、定位系统、垂直参考单元和电罗经偏差校正；④、港区静态吃水改正：调查前及调查后进行测量；⑤、声速剖面改正：调查中进行声速剖面测量。第四章水深测量—多波束勘测技术技术设计

多波束测深系统的扫幅宽度主要与水深有关，多波束作业时,随着水深增加，声波传播距离加大，边缘波束传播距离更大，声强衰减也更厉害，其扇区开角相应减小。多波束测深系统的扫幅宽度除与水深有关外，还与海底底质和水温有关，因此在确定扫幅宽度时需综合考虑以上因素，根据测区实际情况结合多波束系统特性选择合适的扫幅宽度。第四章水深测量—多波束勘测测线布设测线布设的技术要求有以下几点：

(1)、在满足精度要求的前提下，根据多波束系统在不同水深段的覆盖率的大小，把调查区按水深划分成若干区域，每个区域的水深变化均在多波束系统相同覆盖率的范围内。

(2)、测线分为主测线与检查线。主测线要尽可能地平行等深线,这样就可以最大限度地增加海底覆盖率，保持不变的扫描宽度。检查线垂直于主测线布设。检查线跨越整个测区并与主测线方向垂直,长度一般为主测线的5%-10%。

(3)、测线间距以保证相邻测幅有10％的相互重叠为准，并根据实际水深情况及相互重叠程度进行合理调整，避免探测盲区。

(4)、在每次测量实施过程中，至少布设1条跨越整个测区并与主测线方向垂直的检查线。

(5)、在测线设计时要尽量避免使设计测线穿越主要水团，并根据海水垂直结构的时空变化规律采集海水声速剖面。如果水团完全混合，就在每天调查的开始、中间和结束时采集；如果水团不完全混合，至少在每个新水团的开始和结束时采集；如果难以确定，就在每条测线的开始和结束时采集。第四章水深测量—多波束勘测测线布设

1、测线方向

对于远海区域或平坦海区，测线方向可与海底地形的总体走向保持一致，测线之间以平行方式布设对于沿岸海区或河道两侧存在水下斜坡情况,如水下斜坡等深线方向变化平缓或基本保持不变，一般将测线平行等深线方向布设，这样布设测线的原因主要有以下两点①多波束系统的测点沿侧向比航向上更密集，将测线与等深线方向平行布设，更有利于对海底地形地貌的表达。②在多波束系统扇区开角不变的情况下，若不考虑声线折射影响，扫幅宽度与水深成正比变化。因此若测线布设方向与等深线垂直，对于倾斜海底，则会出现扫幅宽度在浅水区窄而深水区较宽的梯形变化，使得浅水区域相邻条带间出现测量盲区。第四章水深测量—多波束勘测测线布设第四章水深测量—多波束勘测测线布设对于岛礁周边、海湾、河口与河流等水下地形复杂区域，水深变化没有明显的规律，因此等深线方向变化较大，在此类测区内布设测线时，主要考虑的是作业的方便，尽量布设为直线,避免不必要的转向。2、测线间隔(1)平坦海区和远海区域，对于平坦海区，可使用相同扫幅宽度设计测线间距。此时测线设计可在满足测深精度要求的前提下采用最大扫描宽度，以提高测量效率。Seabat7125为例,选最大扇区开角进行测深,可达5.5倍水深扫幅宽度。考虑到可的橫摇影响和小量的地形起伏,保守选择5倍水深扫幅宽度,但考虑到相邻条带需要有不少于10%的重叠度,则应采用4.5倍水深的扫幅宽度来确定测线间距,如图所示的虚线为5.5倍水深扫幅宽度边缘测线间距10%(2)沿岸海底斜坡区域对于沿岸海底斜坡区域，从岸边开始，水深逐渐增加。如采用相同的测线间距布设测线，随着水深的增加多波束系统的扫幅宽度增加，相邻条带的重叠度也伴随增加，使得测量效率下降。为了避免出现测量盲区且兼顾测量效率，可根据海底斜坡的水深分布状况，保证相邻条带不少于10%重叠度下选用不等的测线间隔。第四章水深测量—多波束勘测测线布设（3）水深变化比较大的河道，河道一般水深变化剧烈，水深分布以两侧河岸区域浅、中间河床区域深为特点。测线布设方向与河道等深线方向平行。对于靠近河岸区域，水深变化明显，可选用不等间距测线布设。对于河道中央宽阔区域，水深变化平缓，可选用等间距测线布设方式。第四章水深测量—多波束勘测测线布设（4）其它复杂区域，岛礁周边、海湾、河口与河流等区域水下地形复杂，因地理条件限制，少量测线布设为与等深线方向一致的曲线时，船速尽量保持较低的水平，并采用GNSS与惯导组合定姿方式改善姿态测量结果。不同水深区域的测线间距可根据相邻带不小于10%重叠度适当调整。第四章水深测量—多波束勘测测线布设第四章水深测量—多波束系统的参数校正

多波束测量系统的参数校正包括：横摇偏差校正(rolloffsetcalibration)，导航延迟校正(nav．Delaycalibration)，纵摇偏差校正(pitchoffsetcalibration)和电罗经偏差校正(gyrooffsetcalibration)。一、横摇偏差校正是：针对多波束系统的换能器在安装过程中可能存在的横向角度误差而引入的一种校正方法。当换能器横向安装角度与理论设计角存在偏差时，海底地形将受到严重弯曲。一般考虑一个平面双探头系统。

如何减少横摇偏差的影响

选择在平坦海底进行横摇校正校正。为保证横摇校正的精度，其数据采集应满足如下基本要求：

(1)、沿航迹的海底地形必须平坦，否则就不具备沿航迹深度平均以减小误差的基本条件。横穿航迹的平缓稳定的坡面是允许的。

(2)、进行静态横摇偏差校正需设计1～3条平行的往返测线，各测线间距应保证相邻测幅有50％～70％的重叠。其中第2～3条测线不一定要求，但有利于提高精度。

(3)、来回航迹的长度必须完全相同，两条航迹的覆盖范围也必须一致。

(4)、水深应在10-100m之间，否则为获得足够统计数据所需的航迹长度会变得太长。

(5)、航迹的长度应为水深值的20倍，以便获取足够大的数据库。

(6)、船速应较慢且连续，大约4～5kn。

(7)、每个波束的深度方差(depthvariance)必须较小，即在调查航迹区内没有岩石、裂口和山丘，也没有人工物体（8）、实施3条航迹的校正过程应有20％一30％的重叠，每条航迹都要来回测量两次。

(9）、在调查区内的声速剖面应是不变的，选择一个有代表性的声速剖面进行数据改正。

(10)、在潮汐影响的海域，或者为了获取长时间的数据，应有潮汐资料。

(11)、必须在输入运动传感器、换能器及船只坐标系统中导航天线实际位置后方可进行测量。第四章水深测量—多波束系统的参数校正二、其他参数校正

包括：导航延迟、纵摇偏差和电罗经偏差与横摇偏差不同，这些偏差在平坦海底区测量时不会产生假的水深值，但会将测量深度值安置到不正确的位置，即使测点位置发生位移。由于导航延迟和换能器纵向安装角度偏差将造成测点位置沿航迹方向位移，而电罗经偏差会引起波束测点位置以中央波束为原点旋转，因此这些偏差对测量的影响往往是综合的、彼此相关的。这意味着必须选择特殊的边界条件来区分这些效应，并按一定次序来完成校正。为了区分上述偏差所造成的测点位置的位移，测区内应具有孤立的、可识别的目标是基本的条件，通过对这些目标的往返测量以确定位移量并在一定条件下尽可能区分各种偏差所带来的效应。

校正的基本方法是：对孤立的目标来回进行测量，通过对测量目标分离量的读取，并在统计的基础上确定由偏差引起的有效位移，然后计算所需的补偿值。

(一)、电罗经偏差校正

电罗经偏差的存在将会造成测点位置以中央波束为原点的旋转位移，即这种位移具有在中心波束处位移为零，但在边缘波束处增至最大的特点。根据这一特点，在测区选择一个线性目标进行往返测线测量，如果多波束系统确实存在电罗经偏差(即航向偏差)，则电罗经偏差角将使线性目标以中央波束为原点旋转相同的一个角度。由于往返测线航向相反，从而造成线性目标在两测线数据叠加后成为交叉的两条线而不是单独的一条线。电罗经偏差就等于这两条线之间的夹角的1／2。第四章水深测量—多波束系统的参数校正第四章水深测量—导航延迟和纵摇偏差校正

二、导航延迟与船只航行速度有关，

它引起测点位置沿航迹方向的前后位移。因此，进行导航延迟校正的合适目标是突起岩石、疏浚海穴、管道线、尖角等。为了使校正达到高精度，测量时测区水深应较浅，以减小电罗经和纵摇偏差效应。并且应以中心波束穿越目标，以减小电罗经偏差效应。以相同的测线来回穿过目标几次，选择最高的可能船速(要求船速不变!)，以减小电罗经和纵摇偏差效应。测量中扇区开角应较小，以增加发射更新率(数据密度)。测量完成后叠加两个方向的所有测线，标出两个不同方向测线测得的目标。如果多波束系统存在导航延迟，则两个方向测线测得的同一目标是分离的。量取两个方向测线目标之间的距离(L)，则导航延迟(Nd)为：

Nd=L/2V

式中，v为船速。如果目标在船的前进方向上发生移位，则导航延迟符号为负，否则符号为正。在进行了成功的校正并输入该参数之后，来回的航迹线应将以前分开的两个假目标显示成一个真实的目标。

三、换能器纵向安装角度存在偏差也会引起测点位置沿航迹前后发生位移

(图12—3—2)。纵摇偏差校正应选择一个孤立目标进行，测量方法仍是以相同的测线来回(方向1，方向2)穿过目标几次，测量中船速应保持不变并尽可能低。P=arctg（L/2d）第四章水深测量—导航延迟和纵摇偏差校正§12--4多波束勘测的实施

多波束系统海上勘测实施的过程包括测前试验、测前准备、数据采集和数据处理四个部份。在海上测量前要对多波束测深仪及各种外围设备进行检查、测试和校准。测量前对多波束测量系统进行如下试验：①、稳定性试验：选择水深大于20m的平坦海区，对水深进行重复测量，要求水深比对限差小于1％，观察主机及其他外围设备是否工作正常。

②、根据测区的地形地貌特征和不同设计航速，进行不同深度和不同航速条件下的航行试验，试验时要选择有代表性的海底地形起伏变化的海区，测定系统在不同深度和不同航速下的工作状态，要求每个发射脉冲接收到的波束数大于总波束数的80％。

③、在每个航次正式测量前，要选择适宜海区设测多条往返重复测线进行横摇、纵摇、导航延迟、电罗经偏差等系统参数校正。此外，在试验过程中还要检查、测试DGPS、声速剖面仪、垂直参考单元和电罗经是否工作正常。完成测前试验后，即要进行多波束系统实测前的准备。第四章水深测量—多波束勘测的数据编辑与后处理

在多波束测量过程中，由于仪器自噪声，海况因素或者多波束声纳参数设置不合理，导致测量资料不可避免地存在假信号(噪声)，造成虚假地形，从而使绘制的海底地形图与实际海底地形存在差异。为了提高海底地形图的精度，必须消除这些假信号，因此须对实时采集的多波束资料进行数据编辑，剔除假信息，恢复、保留真实信息，为后处理成图作好必要的准备。第四章水深测量—多波束测量中噪音产生的原因

造成假信号的原因是由于多波束测量噪音产生的，有以下几个方面：

①、海况条件不好；②、人为操作失误或系统参数设置不合理；③、仪器、环境等其他原因。一、海况因素海况的优劣是影响多波束测量数据质量的主要因素，恶劣的海况是噪音产生的主要原因。对多波束采集的资料进行编辑，主要是剔除因海况因素产生的噪音，可以说海况的好坏直接制约着采集资料的质量。在极端情况下（摇摆很大时），甚至中央波束都不能接收到，此时仪器不能找到海底，在监视屏幕上表现为杂乱无章的一片，表明在这种情况下仪器接收到的信号包含很大的噪音成分。在这种情况下，可以采取的策略是调整发射脉冲长度、限制波束接收时限或停止测量作业。二、人为操作或系统参数设置不合理三、其他因素造成的噪音基于以上等原因，多波束数据编辑是多波束数据处理的不可缺少的步骤，不进行编辑，就不可能制作出反映真实海底地形的图件。对实时资料进行编辑，就是要剔除或抑制因为海况因素、人为因素、环境因素、仪器因素等造成的噪音，保留或加强真实信号，为后处理成图作好准备。第四章水深测量—多波束测量中噪音产生的原因

第四章水深测量—多波束数据的编辑原则多波束实时采集数据编辑的总原则是“去伪存真”。也就是说，剔除虚假信息，保留真实信息。

具体说多波束数据编辑应遵循如下几大原则：①、水深变化区间原则；②、地形连续变化原则；③、相邻测幅对比原则；④、中央波束标准原则；⑤、研判地形变化趋势原则；⑥、实测编辑相结合原则。一、水深变化区间原则一些杂乱的跃点，属于噪声数据，必须剔除。若要对几个文件或整个测区文件进行编辑，则需首先收集该区的历史资料或前人绘制的地形图件，在明确了测区水深变化区间后，再进行编辑，剔除区间外的水深数据点。二、地形连续变化原则

真实的海底地形是连续变化的，不会有孤立的跃变地形单元出现，即使出现海山或者海底峡谷，也是由平坦海底逐渐过渡而来。多波束测量是一种全覆盖测量，所获得的数据量非常大，这种全覆盖资料基本能反映海底地形的全貌，甚至海底微地形、微地貌。如果确有海山、峡谷，测量的结果应是一片连续变化的水深数据，而不是少数几个数据，或者几个跃点。根据这一特点，在编辑时应保留连续变化的水深数据，剔除孤立点、跃点(下图16—2—3)。在图16—2—3中海底地形沟脊相间，变化复杂，但仍表现为连续变化的水深数据，上下两个多边形框选定的数据为孤立点或跃点，属噪声数据，应予剔除。第四章水深测量—多波束数据的编辑原则

三、相邻测幅对比原则

有时对单条测线进行编辑时，很难确定被编辑的数据哪些是噪声，哪些是真实地形数据。但若把相邻测线放在一起进行编辑，操作者就可以通过了解地形全貌、分析地形变化趋势，很容易区分噪声和真实地形数据。四、中央波束标准原则

多波束系统由换能器以一定的扇区开角向海底发射、接收声波，采集的数据一般中央区域质量比较好，边缘区域质量较差。一般在海底地形变化比较大的海区，这种质量差异因被水深变化压制而表现得不太明显，而在平坦的海区，由于水深变化极小，这种质量差异就会表现得非常明显，甚至会出现沿测线方向的条带状假地形。在这种情况下进行编辑，可以考虑尽量多地剔除相邻测幅重叠的边缘数据点，提高数据质量，同时注意在进行实测时引入足够的声速剖面以提高边缘数据点的质量。第四章水深测量—多波束数据的编辑原则五、研判地形变化趋势原则

研判地形变化趋势是多波束数据编辑中的一个非常重要的原则。在地形平坦海区，真实信息和噪音很容易区分，而在地形变化比较复杂的海区，有时很难区分真实信息和噪音成分。此时除了对比相邻测线的数据外，还要研判该海区的地形变化趋势，用以判定哪些信息是真实信息，哪些信息是噪音。研判地形变化趋势，首先需要确定基本海底线，再判别哪些数据是噪音成分，从而决定哪些数据需要剔除。例如在图16—2—3中，可以基本确定海底线，被多边形框选中的数据偏离海底线较远，是噪音数据，应该剔除。

六、实测编辑相结合原则

在编辑过程中，要尽量与实际数据采集相结合，并在实时采集过程中通过对地形连续变化的观察，判断真实信息和噪声信息。要在实时采集的过程中，及时分析地形变化特征，多对比相邻测线，避免把有用数据剔除掉。例如，实际的测量表明海区有一片水深异常点，可能是一座海山的部分，这就需观察相邻测线同位置区是否有同样的反映。若有，则该片水深点就不是噪音数据，否则需剔除该片数据。要想准确地进行编辑，不但要求操作人员有很丰富的编辑经验，还要有实际的实时采集经验，同条测线的采集、编辑工作最好由同一操作人员来完成。第四章水深测量—多波束数据的编辑原则第四章水深测量—多波束数据的编辑方法

数据编辑的方法多种多样，不同的多波束系统其编辑方法亦不尽相同，但总的编辑思路是一致的。编辑的对象一般是水深值，有的软件也可以对水深点的坐标进行编辑，用于消除GPS定位造成的位置误差。这里仅探讨如何对水深值进行编辑。编辑方法主要分为计算机自动识别、人工识别两种。目前大多数多波束系统采取人工识别的方法进行编辑，有些多波束编辑软件具有计算机自动识别功能。一、计算机自动识别法

多波束编辑软件的计算机自动识别功能各不相同，这里仅以ELAC多波束系统的“HDPEdit”编辑软件为例加以说明。在“HDPEdit”软件中，计算机的自动识别被称为“spikefilter”(跃点滤波)。具体来说，每个待编辑数据点跟参考值进行比较，如果该数据点超出一定的范围，它就被称为“跃点(spike)”，然后在编辑窗口上把此类数据点标识出来。参考值的计算机表达式为：

R三(1．0－W)×R+W×D16—3—1

式中，R为参考值；W为权重值(0．0～1．0)，该值由用户调试；D为当前点的值。判断“跃点”的依据是：如果D>(R—Limit)或者D<(R十Limit)，该数据点被称为“跃点”，其中Limit值由用户确定。二、人工识别法

因为采集的水深数据是三维的，对单条测线进行编辑时，首先必须把水深数据投影到某一平面视图上，然后才能进行编辑工作(目前还没有编辑软件在立体视图上进行编辑)。投影方式主要有以下几种：①、测线前进方向正投影；②、正交测线方向侧投影；③、垂直正投影。如果同时对多条测线进行编辑，一般的编辑软件采取的方法是垂直正投影。

(一)、测线前进方向正投影编辑

测线前进方向正投影，就是把水深点投影到与测线正交的平面上(图16—2—1)。换能器每隔一定的时间以形成一定扇区开角向海底发射声波，在数据记录中以“fan(海底横断面)”的形式进行储存的。在实测时，单个文件记录的时间不是很长(一般是1h)，沿测线前进方向进行投影，可以快速、方便地判断出海底区域，从而判别哪些数据是噪音数据，以便于操作人员进行编辑处理。在这种投影方式下，可以选择单个“fan”进行编辑，也可以选中多个或所有的“fan”进行编辑。这种投影方法适用于海底比较平坦的区域，而在海底地形变化复杂的海区，由于不能准确地判定海底线，需要借助其他投影方法进行编辑。第四章水深测量—多波束数据的编辑方法(二)、正交测线方向侧投影编辑

正交测线方向侧投影即以时间为横轴，水深为纵轴，在编辑界面上水深数据是以一个个波束的形式显示的。这种投影方法能够很好地层现沿测线前进方向的海底变化趋势，能够在海底地形变化复杂海区，即在测线前进方向投影方式下不能很好编辑的情况下，能有效地进行编辑。操作者很容易判定海底线，在海底线附近水深变化只有几米的数据点是真实可信的数据，而被多边形框选中的数据点偏离海底线太远，而且基本上是一些孤立点，可以认为是噪音数据，应该予以剔除。在这种投影方式下，操作者可以选择单个波束进行编辑，或者选择多个波束进行对比编辑。通过测线前进方向侧投影以及正交测线方向投影两种投影方式进行编辑，基本上可以剔除大部分噪音数据。但是在海底地形变化极其复杂的海区，为了压制噪音，加强真实信号，有必要在其他投影方式下进行进一步的编辑。第四章水深测量—多波束数据的编辑方法

(三)、垂直正投影编辑

在海底地形变化极其复杂的海区，需要在垂直正投影方式下进行进一步的编辑。垂直正投影简言之是把测深数据按经、纬度坐标位置投影到水平面上(图16—3—1)。垂直正投影虽然不能直观地判断出海底线的变化趋势，但是通过编辑软件勾画出等值线，或者对等值线进行彩色充填，可以间接地判断出当前编辑海区的地形变化特征，便于操作者判断哪些数据是真实的，哪些数据可能是噪音。第四章水深测量—多波束数据的编辑方法第四章水深测量—多波束勘测的质量控制和精度评估（技术标准

）IHOS—44标准在规定测深精度时，按不同海区对航海安全的重要程度制定了不同的精度要求，并将其划分为四个等级(表15—1—1)。

必须指出的是，IHOS—44标准的四级精度测量分类是依据航海提出的。不同的多波束测量目标，就有不同的技术要求。例如我国的某专项多波束海底地形地貌测量技术指标就与IHOS—44标准不同，它要求水平定位精度优于±10m，水深误差在30m水深以内小于30cm，超过30m水深小于1％水深，并且不论区域或水深大小均需海底全覆盖。因此在安排多波束测量时均需根据任务的要求和目标制定相应的技术指标和精度要求，以满足任务的需要。二、定位要求定位应选用地心参考系统，如全球大地坐标系统WGS—84。如果定位选用了局部坐标系统，那么就应建立该局部坐标系统与地心参考系统的联系。

(一)、水平控制点主要的海控点应通过地面测量方法确定，相对精度为十万分之一；当使用大地测量卫星定位方法确定这些海控点时，在置信度为95％的情况下，误差不能超过10cm。对于非主要海控点或作为差分卫星定位基准站的次要控制点，当用地面测量技术测定时，误差不超过万分之一；使用大地测量卫星定位，误差不超过50cm。

(二)、测深定位按表15—1—1所规定的水平位置精度确定测深点、危险物及所有其他要素的位置。此外，在数据采集前后应进行定位系统的校准，并在测量中安排几条检查线以进行精度评估。对于卫星定位系统，要求在测量过程中能同时跟踪至少5颗卫星，并建议在一级和二级精度测量时对卫星进行完全跟踪。

(三)、其他特殊要素第四章水深测量—多波束勘测的质量控制和精度评估（定位要求）(一)水深精度---应满足《海道测量规范》的要求水深精度应是各项改正后水深的精度。在确定水深精度时，应对各误差源进行定量分析：①、测量系统的误差；②、声速测量、潮位测量和换能器吃水测量误差；③、模型误差；④、数据处理误差。并在统计的基础上确定总传播误差(置信度为95％)。各级精度测量的改正后水深误差限差由表15—1—1中a和b值代入式(15．1．1)获得，其置信度为95％。(二)水深测量要求基本的海道测量工作包括海底地形的确定、潮位改正及海底障碍物的探测、分类和测量。存在障碍物的水域的水深测量至少达到二级精度测量的要求。对于水深小于50m并且可能存在对正常水面航行有危险的沉船和障碍物的水域来说，应通过高分辨率声纳或实际的探测(潜水)确定其最小水深。对于在测量区域内可能存在的异常水深，应进行加密测量，并进一步确定其最小水深。最后通过潮位改正(或水位改正)，将所有实测水深数据归算至海图或测量基准面上。原则上大于200m的水域不需进行潮位改正。(三)水深测量密度为保证适当的海底覆盖率，在设计水深测量密度时，必须考虑测区内的海底地形地貌和任务的要求。如果为非全覆盖测量，则有必要根据已测水深数据进行内插获取水深模型。水深模型的误差限差可由表15—1—1中a和b值代入式(15．1．1)计算获得，其置信度为95％。如果误差超限，则应增加水深测量的密度。通过误差的统计分析可以建立由内插误差引起的误差分量的模型，并分析这些误差分量的可能来源。由于水深精度受到定位精度的影响，因此水深模型的总误差分析还应包括水深测量时由于定位误差引起的误差。第四章水深测量—多波束勘测的质量控制和精度评估（测深要求）第四章水深测量—多波束勘测的质量控制

一、测量准备的质量控制测前准备的质量控制的具体内容包括：传感器系数校正、系统稳定性试验、位置与水深误差评估和恰当的测线布设方案。

二、海上勘测的质量控制海上勘测的质量控制的具体内容包括：吃水和声速剖面测量、导航定位监视、海底剖面监视、旁侧声纳监视、系统状态监视、数据记录监视和班报记录。

三、现场处理的质量控制现场处理的质量控制是通过数据的现场处理和评估，发现数据质量问题，并采取相应措施的质量控制方法，其具体内容包括：数据浏览、数据的编辑、网格化成图和资料提交。第四章水深测量—多波束勘测的精度评估多波束勘测精度评估的目的：是要了解多波束测量数据与真实海底的偏差程度，从而评价多波束测量数据的可靠性(可信度)。由于多波束勘测成果最终呈现均以测点的位置和水深表达，因此多波束勘测精度评估的主要目标就是评价测量数据的位置精度和水深精度。可以把多波束测量数据的精度评估分成二大类：相对精度评估和绝对精度评估。一、多波束勘测的误差来源及其影响

1、

声速剖面测量误差对测深精度影响最大。声速剖面误差通过影响波束旅行射线弯曲从而不仅影响波束测点的水深，也影响测点的水平位置，严重的可以歪曲真实海底。在声速剖面误差中，表层声速误差对深水区的水深测量精度影响极大。1996年东海冲绳海槽多波束试验中，在2050m水深处对60度入射角波束进行试验，结果表明引入表层声速误差6m／s，将导致水深误差0．97％。

2、垂直参考单元中起伏误差直接导致水深误差。而横摇、纵摇误差与换能器横偏、纵偏误差一样，既影响水深精度又影响水平位置精度，其误差量级与垂直参考单元精度有关。

3、电罗经测量误差因航向偏差不仅影响波束测点的水平位置，而且在倾斜海底条件下还影响水深精度，其误差量级也与电罗经精度有关。

4、潮位和换能器吃水测量误差直接导致水深误差，潮位误差与潮位测量和计算方法有关，而换能器吃水误差除吃水静态测量误差外，还有动态吃水不同带来的误差。二、相对精度评估

相对精度评估是一种通过一定的测线测量，确定系统的位置精度和水深精度的方法。这种方法可以确定除系统偏差外的所有误差源的综合误差，因此被广泛使用在多波束精度评估中。

(一)、位置精度评估位置相对精度评估法要求选择含有孤立特征参考物的中等水深(50m左右)水域，以中等航速(8kn左右)进行测量，在特征参考物两侧布设两条平行的往返测线，使多波束的左舷或右舷的半测幅中部区域覆盖特征参考物，通过往返两个方向四条测线的测量，求出两条测线一组反映同一特征参考物分离的距离，并通过对所有分离距离的统计来确定多波束系统的综合位置误差，进行位置相对精度的评估。

(二)、水深精度评估常用的方法有定点精度评估法和十字交叉精度评估法。

1、定点精度评估法：定点精度评估法就是通过测量船只固定在海面上某一个点进行的多波束连续发射、接收并进行同入射角(同号)波束水深的数学统计以评定精度的方法。

浅水时：抛锚固定于一点进行测量。深水时：