《海洋测绘技术》课件 第4章 水深测量

本

节

内

容第四章水深测量概述回声测深原理多波束测深系统机载激光测深（LIDAR）测线布设深度基准测量数据质量与管理海底地形成图4.1水深测量的技术与方法

水深测量是指测量船只沿预先布设的测深线航行，而进行的一种水深测量，又称水面船只测量。通过这种水深测量可知道各测深断面的海底地貌，进而测得整个测区的海底地貌，进行水深测量就得要有测深工具，目前有单频测深仪、双频测深仪、多波束等测深设备。

海上测量必须要满足两个条件：一是必须有准确的位置；二是必须测量出该位置的准确水深。位置可以用GPS实现；而对应的水深可以通过相关的测深设备同步获得。下图，在准确地测量出点1的水深h的同时，必须准确地把点1的坐标（Xa、Ya）测量出来，20世纪初，人们发明了用高频声波探测潜艇的方法。这种方法后来引用到海洋测深中，即现代的回声测深方法。古代测深主要使用杆子（俗称测深杆）或系有重物的绳子（俗称水铊）。测深杆最多只能测5m。用水铊最多也只能测50m，而且效率低、劳动强度大、精度也不高。

由于人无法直接观察水底，通过测量出点、线、面的水深，才能要完善地探测海底地貌。要完善地探测海底地貌就必须研究测深线的布设（详细见第二部分第五章）。如图。内图长方形为要测量的区域，A、B、C、D、E等为测深区域内的测深线，1、2、3、4、5、6为测线C的测量点号，通过测出各测线的水深，然后把相同水深值的点连起来，即可反映出该区域的海底地貌。要测量出点1的准确水深，必须要了解测深的基本知识。4.2测深的基本知识及声速改正技术

声波在海水中的传播深度测量是海道测量的最重要的内容，为了确定水的深度一般采用回声测深仪。普通的回声测深仪由激发器、放大器、记录器、发射换能器、接收换能器组成。图为一测深仪的构成：回声测深仪

工作原理：先由发射换能器向海底发射声波（脉冲），然后又由海底将声波反射到接收换能器（通常接收换能器和发射换能器设计在一起）。如知道沿声波传播路径上每一点的速度C（t），并测得了声波由发射到接收的时间t。

在认为声波在海水中传播的速度是常数时，可以利用h=（ct）/2求出水深。但由于介质的不同，声波在不同的介质中其传播的速度是不同的。在海水中传播时，经研究声速在海水传播它与温度、盐度、压力有关。这样声波的传播速度在海水中不同的层面其传播的速度是不同的。如知道沿声波传播路径上每一点的速度C（t），并测得了声波由发射到接收的时间t。则可由下式确定深度:

以上的计算声速方法十分麻烦。人们常常将现场测得的温度、盐度、静压力代入经验公式来确定声速值。目前已有几种较常用的经验公式，其中公认的最准确的公式是威尔逊(Wilson)公式。这个公式包括单独依赖温度、盐度和静压力的各单项以及同时依赖于这三个变量的综合项形成的声速变化之和，其形式：

四波束扫海测深仪主要由四个收、发台的换能器，同步控制器和图示记录器织成。四个换能器在船上的安装方式有舷挂式和悬臂式两种。目前，我国各单位使用的四波束扫海测深仪，主要有日本产的MS—10型、PS—20R型及PS—600型。四波束扫海测深仪

机载激光雷达(LIDAR)是一个集现代三种尖端技术于一身的空间测量系统，它又分为用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的海道测量LIDAR系统，这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量，即LightDetectionAndRanging-LIDAR。

LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。机载激光雷达是一种低成本高效率获取空间数据的方法。它的优势在于对大范围、沿岸岛礁海区、不可进入地区、植被下层、地面与非地面数据的快速获取。缺陷在于对水质要求较高。4.3机载激光测深（LIDAR）多波束换能器以一个较大的开角（如150°）向水下发射几十束或上百束声波（如512束），同时接收这些声波的反射波，那么每次发射接收一组声波，便可在垂直于航线上得到一组水深数据。当测船连续航行时，便可得到一个宽带的水下地形资料。多波束水下测深系统一、多波束水下测深系统（SeaBat8101）SeaBat8101是美国RESON公司SeaBat系列的产品，波束数101个，每个波束开角1.5°×1.5°，波束总开角150°，测量的覆盖宽为水深的7.4倍（水深小于70m时）。SeaBat8101多波束测深系统可以对水下地形进行大范围全覆盖的测量，结合实时动态（RTK）GPS定位，可以迅速获得各种比例尺的水下地形图，其测量成果可以精确反映水下细微的地形变化和目标物情况，极大地提高了测量的精度和效率，也是汛期进行水下监测的重要手段。多波束水下测深系统工作频率：240KHZ波束数：

101个波束总开角：150o单个波束开角：1.50X1.50最大采样速率：30次/s工作范围设定：0.5~300m水下有效覆盖宽：水深1~70m，为7.4倍水深，水深150m，为2.7倍水深；航速：最大30节（每节1.85km/h）；1、系统主要技术指标多波束水下测深系统2、Seabat8101测深系统配置多波束水下测深系统1）声纳探头包含探头主体和上下两个盖子(导流罩)。多波束水下测深系统3）主控计算机：由软件控制数据的贮存和输入/输出，对测线数据进行实时监视和记录。由其接收来自81-P处理器、导航与定位、姿态传感器与电罗经等的数据，4）差分GPS（DGPS）：给出精确的天线坐标（XYZ）。5）数字电罗经（GYRO）：给出精确的真北方向和测船的航艏方向的夹角。多波束水下测深系统 6）姿态传感器： 由于测船的起浮摇摆直接影响测量精度，姿态传感器将记录测船的姿态等信息。

7）后处理系统： 包括后处理计算机、彩色绘图仪等硬件系统和后处理软件（Caris软件）组成。多波束水下测深系统1）测量以带状方式进行，波束连续发射和接收，测量覆盖程度高，对水下地形可100%覆盖，与单波束比较，多波束的波束角窄，对细微地形的变化都能完全反映出来。2）由于是对地形的全覆盖，其大量的水深点数据使生成的等值线真实可靠，而单波束是将断面数据进行摘录成图以插补方式生成等值线，在数据采集不够时，将导致等值线存在一定偏差。3）多波束系统同步记录船体姿态信息，由Caris后处理软件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减小到最低限度。

3、系统的主要特点多波束水下测深系统

4）由于测区是全覆盖，因此在后处理时可对同一测区生成不同比例尺的测图，以满足不同的需要。

5）直观性强，可以在现场直观地看到水下的地形起伏、冲淤情况、以及护岸工程的效果，利用软件的回放功能，不仅在现场而且在室内也能演示。多波束水下测深系统6）成果丰富，可生成等值线图、三维立体图、彩色图像、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及土方计算等。多波束水下测深系统20世纪90年代初期，我国才开始投资研制实用型多波束测深系统。H/HCS一017型多波束测深系统于1997年研制成功，系统的工作频率为45kHZ，具有48个波束，波束角为20×30，其测深范围为10-1000m，扇区开角为1200，测深覆盖范围最大可达4倍水深。我国多波束水下测深系统多波束水下测深系统北京海卓同创科技有限公司-海卓MS400P多波束测深仪（小型便携式、声纳系统波束角1°×2°、波束数目512个）MS400H（200~400kHz与700kHz的频率组合、0.5°×0.5°波束角、1024波束数）；MS8200（最大160°波束开角、8倍水深以上的有效覆盖、三维水下地形测量、侧扫成像、水体成像、多目标点检测功能集成一体）MS8240（在200~400kHz调频范围、1°×2°波束角度、1024波束数、60Hz最大Ping、500m最大测深等指标均达到国际先进水平）我国多波束水下测深系统多波束水下测深系统多波束测深系统的发展前景

多波束测深系统的研制基本成熟,未来的研究重点将倾向于数据处理和应用研究。

在数据处理方面，由于目前各种原始多波束数据的存储格式极不统一，与各种多波束系统相配套的后处理软件也自成体系，互不相干，已经给多波束数据的统一管理和综合处理造成极大的困难，因此，设计开发能够采集各种多波束原始数据的通用接口，并在此基础上开发出规范化的多波束数据后处理软件，已经成为多波束技术产业发展的必然要求。多波束水下测深系统多波束测深系统的发展前景

多波束系统既可获得高密度、高精度的测点位置信息,又可获得海底图像信息,但成像质量较差;而侧扫声纳则以成像为主,可获得高分辨率的海底影像,但仅能给出描述海底地貌、地物的概略位置。因此，多波束数字信息与侧扫声纳图像信息的融合是将来测深技术深入发展的方向。多波束水下测深系统

激光测深的原理与双频回声测深原理相似，从飞机上向海面发射两种波段的激光，一种为红光，波长为1064nm，另一种为绿光，波长为523nm。红光被海水反射，绿光则透射到海水里，到达海底后被反射回来。这样，两束光被接收的时间差等于激光从海面到海底传播时间的两倍，由此可算得海面到海底的深度。激光测深的公式为：式中：G为光速；n为海水折射率；为所接收红外光与绿光的时间差。LIADR测量原理

不同的机载激光测深系统所发射的红外激光和绿光的波长稍不相同。机载激光测深系统的最大探测深度，理论上可以表达为：式中：P‘是一个系统参量，定义为P’＝PL·ρ·A·E／πH2。PB为背景噪声功率(W)；为海水有效衰减系数。

机载激光测深系统目前测深能力一般都在50米左右，其测深精度在0.3米左右。激光测深系统的组成一般有六大部分：测深系统(DSSS)、导航系统(NSS)、数据处理分析系统(DPSS)、控制—监视系统(CNSS)、地面处理系统(GPSS)、飞机与维修设备。

应用：机载激光测深具有速度快、覆盖率高、灵活性强等优点，可作常规海道测量之用。机载激光测深具有快速实施大面积测量的优点，被海洋大国广泛应用于沿岸大陆架海底地形测量之中。除了常规的海底地形测量之外，机载激光测深的覆盖率高决定了它还能提高探测航行障碍物的探测率。同时，机载激光测深还能提高发现水下运动目标(如潜艇)的发现概率。对无深度信息的登陆场，机载激光测深可迅速、安全地获取信息，从而提高快速反应部队的作战能力。机载激光还可用来测量海区的混浊度，测定温度、盐度。在海洋工程中，机载激光测深可以测定港口的淤积等。感谢聆听第四章水深测量——测深线的布设原则和方法

水深测量是以水面船只进行断面测量为主，作业时又看不见海底地貌的起伏。因此要完善地显示海底地貌，发现航行障碍物，必须研究测深线的间隔与方向。

第四章水深测量——测深线的布设原则和方法

测深密度是指单位面积内深度点的多少而言。它与显示海底地貌的关系，由不同的海区和测图比例尺而定。如下图所示，该图测量时采用图上1厘米的测深点间隔进行的测量，在实际的测量中，可以按一定的距离或相同的时间间隔来设计定位点之间的距离，测深线为设计的航线。外业时指挥船只沿着测深线航行，在图上按照一定的距离进行定位和测深，在对应的定位点上标绘出相应的水深，如图所示。

经过对水深进行所有的改正（包括声速改正、吃水改正、潮汐改正之后），即可在图上按照水深的变化绘制出0米、2米和5米的等深线。这样就可以通过等深线的走向确定海底地貌的变化。第四章水深测量——测深线的布设原则和方法

不难得出结论：一般地说，密度越大海底地貌显示得越完善。当然，疏与密要根据实际情况掌握适度。测深密度是由测深线间隔与测深线上深度点的间隔来确定。应用回声测深仪测深，深度点的间隔很容易满足。测深密度问题主要是测深线的间隔问题。

第四章水深测量——测深线的布设原则和方法

测深密度是由测深线间隔与测深线上深度点的间隔来确定的。应用回声测深仪测深，深度点的间隔很容易满足。测深密度问题主要是测深线的间隔问题。测深线的间隔是根据海区在国防和经济建设上的地位，海区的水深、底质，地貌起伏的状况，以及测深仪器的覆盖范围而定的。总之既要满足需要又要经济为原则。具体处理方法有两种：

一种是：规定图上主测深线的间隔为1厘米的情况下，根据上述原则确定海区的测图比例尺。

另一种:是根据上述原则先确定实地上主测深线间隔，再取其图上相应的问隔如6、8、10毫米，最后确定测图比例尺。第四章水深测量——测深线的布设原则和方法我国规定如下：

1、港池以及一些面积较小但较重要的岛屿以1：5000施测。

2、港湾、锚地、狭窄水道、岛屿及其它有较大军事价值的海区，以1：10000比例尺施测。

3、开阔的港湾，地貌较复杂的沿岸海区及多岛屿海区，以1：25000比例尺施测

4、地貌不太复杂的沿岸开阔海区，以1：50000比例尺施测。近海海区以1：100000、1：200000或1：500000比例尺施测。

5、每幅图包含较大的范围，各地段的情况不尽相同．因此规定测深线的间隔为1厘米(图上)的前提下，对有些地段根据实际情况，适当处置。第四章水深测量——测深线的布设原则和方法

测深线的方向

研究测深线方向的目的，在于在测深线间隔一定的情况下，如何更加完善地显示海底地貌，和更易于发现航行障碍物。

选择测深线方向的原则如下：1、有利于完善地显示海底地貌

海底地貌是陆地地貌的延伸，加上受波浪、沉积物流、河流等的影响，一般垂直海岸方向的坡度大，地貌变化较复杂，而平行海岸方向的坡度小、地貌变化简单。因此，应选择坡度大的方向布设测深线，亦即在平直开阔的海岸，测深线方向应垂直等深线或海岸的总方向，这样有利于完善地显示海底地貌。

第四章水深测量——测深线的布设原则和方法第四章水深测量——测深线的布设原则和方法2、有利于发现航行障碍物

测深线方向选择得适当，可发现一些过去不知道的航行障碍物，平直开阔的海岸，测深线垂直海岸总方向，有利于发现水下沙洲、浅滩等航行障碍物，该区的沉积物与海岸大致平行。第四章水深测量——测深线的布设原则和方法3、有利于工作

在海底平坦的海区，可根据工作上的方便选择测深线的方向，以利于船只锚泊与比对，减少航渡时间。此外，在可能情况下，测深线不要过短，以免经常换测深线，也不要经常变换测深线方向。第四章水深测量——测深线的布设原则和方法测深线的布设原则1、主测深线方向

应垂直等深线的总方向；对狭窄航道，测深线方向可与等深线成45度角。测深线垂直于水流方向

测深线与水流轴线成45°方向测深线成辐射线方向

第四章水深测量——测深线的布设原则和方法测深线的布设原则1、主测深线方向

应垂直等深线的总方向；对狭窄航道，测深线方向可与等深线成45度角。测深线垂直于水流方向

测深线与水流轴线成45°方向测深线成辐射线方向2、测深线间隔的确定应顾及海区的重要性、海底地貌特征和水深等因素。

（1）、原则上主测深线间隔为图上1cm。（2）、对于需要详细探测的重要海区和海底地貌复杂的海区，测深线间隔应适当缩小，或进行放大比例尺测量。螺旋形测深线间隔一般为图上0.25cm，辐射线的间隔最大为图上1cm，最小为0.25cm。

第四章水深测量——测深线的布设原则和方法3、

检查线的方向

检查线是用来检查测深线的水深是否正确的一个手段，布设检查线时，其方向应尽量与主测深线垂直，分布均匀，并要求布设在较平坦处，能普遍检查主测深线。检查线总长应不少于主测深线总长的5％。检查时，取测深线和检查线交会点（一般取1毫米以内的点）的测深线的水深和检查线的水深进行比较。检查的要求应该与《海道测量规范》（GB12327—1998）为标准。第四章水深测量——测深线的布设原则和方法4、补充测线的布设

补充测深线主要用于局部重要海域的加密测深和对礁石、沙嘴、沉船等的探测

第四章水深测量——测深线的布设原则和方法平均海面

1、平均海面的定义与算法平均海面亦称海平面。某一海域一定时期内海水面的平均位置。是大地测量中的高程起算面，由相应期间逐时潮位观测资料获得，高度一般由当地验潮站零点起算。

假如水位观测是连续曲线y(t)，则T时间内的平均海面可表示为：式中的MSLT为平均海平面高度。第四章水深测量——平均海平面一般情况下验潮站的水位观测值取为时间间隔为一小时的观测序列，因此，实际计算时常用的方法是直接对一定时间周期（同时也近似地认为潮汐周期：如24小时、一个月、一年和多年等）的观测值直接取算术平均。

（5-21）

h为水位观测值，n为观测个数，对于一天的观测取其值为24，一个月、一年和多年均取实际观测个数，也可以由短期平均海面计算长期平均值，即在日平均海面的基础上计算月平均海面、而由月平均值求年均值及多个年均值求多年平均值。这些平均海面分别称为日、月、年和多年平均海面。第四章水深测量——平均海平面2、平均海面的稳定性由于所取的观测时间长度不可能刚好为各分潮的整周期，因此，平均海面受剩余潮汐成分的影响，而且短期平均海面还包含着长周期分潮的贡献。另外，非潮汐因素（主要由气象原因引起）在不同的时间长度内表现为不同的性质，在足够长的时间内可视为噪声，而短时间内则表现为信号，即具有一定的规律性。这使得不同时间长度的平均海面稳定性不同。

第四章水深测量——平均海平面

各年平均海面的计算值可视为对理想的无扰动海面的等精度观测值，按直接平差原理得到的、作为理想无扰动海面估计值的、多个年平均海面的、平均值及作为单位权方差估值的各年平均海面的精度指标：

（5-22）

（5-23）而多年平均海面的方差为：

（5-24）可见，随着年数n的增加，多年平均海面具有较高的精度，可视为理想的无扰动海面，并可作为其它时间尺度平均海面变化的比较基准。

第四章水深测量——平均海平面方国洪等1986对中国近海不同时间长度的平均海面与多年平均海面的最大偏差进行了统计，统计结果如表5-4所示：表5-4中国海区不同时间尺度平均海面变化量观测时间1月3月半年1年2年5年平均海面与多年平均海面的最大偏差(cm)6040251085平均海面的精度要求，可计算多年平均海面计算所需年数n：

（5-25）第四章水深测量——平均海平面在以往的研究中，通常以95％的置信概率定义多年平均海面的精度，并将该精度意义下的误差量值取为l厘米。此时需引入年平均海面服从正态分布的假设：由

（5-26）得：

（5-27）即：

（5-28）第四章水深测量——平均海平面

由此得到在95％概率意义下中国沿海几个验潮站达到lcm平均海面所需观测年数（表4-1）。表4-1中国沿海几个重要验潮站1cm精度平均海平面所需要观测年数验潮站威海乳山口连云港营口秦皇岛塘沽所需年数(年)1816175028118平均海面的长期趋势性变化，特别是海面上升在近几十年来已引起大地测量学家和海洋学家甚至政治家的广泛关注，成为多学科交叉研究的课题之一。绝对海平面变化主要受全球性因素如温室效应引起的极地冰盖融化等因素引起的，它对稳定的平均海面的确定有一定的影响。第四章水深测量——平均海平面国家高程基准

目前，世界各国或地区均以一个或几个验潮站的长期平均海面定义高程基准。美国以波特兰验潮站、日本以东京灵岸岛验潮站、欧洲地区以阿姆斯特丹验潮站的多年平均海平面定义各自的高程基准面。我国采用的1954年黄海平均海面基准和1985黄海高程系

第四章水深测量——平均海平面虽然在单个验潮站实际观测的潮高变化与平衡潮理论给出的理论潮高有很大差别,各种频率成分(分潮)的贡献与这些频率成分之间的理论比值也不同，但实际海洋必然要在天文引潮力的源动力下作相同频率的振动，或海水系统对引潮力各分量做出频率成分相对应的响应。

因而可以将实际潮汐分成许多有规律的分振动，这些分离出来的具有一定周期、一定振幅的分振动就叫分潮。第四章水深测量——深度基准面第四章水深测量——深度基准面

确定深度基准面，不同的国家采用的方法不同。1、以平均大潮低潮面作为深度基准面

（国家有：意大利、南斯拉夫、德国、希腊、丹麦、比利时、加拿大、巴拿马、阿根廷等）

第四章水深测量——深度基准面2、以最低潮位作为深度基准面（国家有：法国、西班牙、葡萄牙、巴西）

第四章水深测量——深度基准面3、以平均低潮面作为深度基准面（国家有：美国（大西洋沿岸）、瑞典、荷兰）4、以平均低低潮面作为深度基准面

（国家：美国（太平洋沿岸、阿拉斯加）菲律宾、夏威夷）

第四章水深测量——深度基准面5、以略最低低潮面作为深度基准面（国家有：印度、日本、中国）

第四章水深测量——深度基准面6、理论的深度基准面

理论深度基准面由苏联科学家佛拉基米尔提出。第四章水深测量——深度基准面我国现在理论深度基准面(长期)的计算方法:

以上一些参数可以直接在天文变量表中查取,我国的长期验潮站一般要一年以上的观测资料进行计算.第四章水深测量——深度基准面我国现在理论深度基准面(短期)的计算方法:

1、短期(临时)验潮站的深度基准面，可以根据邻近潮汐性质相同的两个长期验潮站或短期验潮站的深度基准面用内插法求得：

第四章水深测量——深度基准面基面关系第四章水深测量——深度基准面海图深度：海洋深度基准面到海底的垂直距离。海图深度=观测深度+仪器改正+声速改正+声束倾斜改正+动吃水改正+水位（潮汐）改正第四章水深测量——水深测量归算观测深度：原始水深观测值。1、仪器改正：信号在仪器内部传播的时间延迟引起的改正， 该改正由观测仪器自动进行。2、声速改正：初始设置的声速与实际声速不同引起的改正。3、声束倾斜改正：声波束不竖直引起的改正。4、动态吃水改正：瞬时换能器到海面的垂直距离。5、水位改正：瞬时海面和深度基准面的差值。海图深度改正第四章水深测量——水深测量归算水深改正第四章水深测量——水深测量归算二、声速改正改正数：真实深度：测量深度：Cp-测深仪设置的常数声速值Cm-真实声速值第四章水深测量——水深测量归算三、声束倾斜改正

测深仪的换能器应垂直向下发射探测声波获得深度。然而，船的纵、横摇却在一定程度上破坏了这一垂直测深结构，产生了声束倾斜误差。第四章水深测量——水深测量归算1、船只横摇产生的测深误差测深误差：测深误差的相对误差：第四章水深测量——水深测量归算Alfa-船只横摇角Xita-半波束角横摇导致的测深误差的相对误差345610152030404510.0010.0010.0020.0040.0120.0300.0540.1250.2220.2811.5小值0.0010.0020.0030.0110.0280.0520.1210.2170.27530小值0.0010.0010.0070.0220.0440.1090.2010.2574.500小值小值0.0050.0170.0360.0970.1860.24010000000.0040.0150.0600.1340.181αθ小值-有值，但很小第四章水深测量——水深测量归算Xita越小相对误差越大，所以多波束要进行倾斜改正而单波束不要Alfa越大相对误差越大，所以多波束最外波束的测量误差要大于中间波束的测量误差测深误差处理海底平坦：,将d直接作为P点的深度海底起伏：将d直接作为P1点的深度，则P1与P点的水平距离为

第四章水深测量——水深测量归算2、船只纵摇产生的测深误差测船纵摇产生的测深误差与横摇误差相似，可得到附加深度误差：第四章水深测量——水深测量归算由于船的首尾摇不改变测深的垂直结构，因此，可以不进行该项改正。3、船只首尾摇产生的测深误差第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正1、误差产生的原因真实水深应等于换能器到海底的垂直距离加上换能器到船只吃水线的垂直距离，但由于升沉效应的存在使得换能器到船只吃水线的垂直距离不等于船只静止时的已知距离。2、改正方法

1）RTK-GPS动态吃水改正技术第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正

1）RTK-GPS动态吃水改正技术

RTK-GPS动态吃水改正技术原理及步骤如下:(1)在工作区域附近(一般不超过15公里)架设RTK基准站。然后在工作区域附近选择一个海底比较平坦的区域(可以直接从海图上判读),从海图上海洋潮汐表中计算出该区域的高平潮或者低平潮的时间。

(2)在高平潮或低平潮到来之前,用RTK-GPS把船只导航到该区域停下，在高平潮或低平潮时间段内，求算出静态时的吃水ΔZ吃。

(3)利用RTK-GPS精确地测量出船上A点的高程Ha。第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正(4)当船只航行时,用RTK-GPS分别求出该船在速度为1节、2节、3节、4节、5节,………,时A点的高程H′a,则测船相应升沉改正为:ΔZ生沉=Ha-H′a。此时的真正水深(瞬时水深)为:Z=Z1+ΔZ吃+ΔZ生沉

第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正

1）RTK-GPS动态吃水改正技术ΔZ吃ΔZ升沉第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正2）利用多普勒测速系统测量船只在垂直方向上的运动速度，将其对时间进行积分求得船只升降的高度。3）利用安装在陀螺平台上的加速度计测定船只在垂直方向上的加速度，对其进行二次积分可求得船只升降的高度。第四章水深测量——水深测量归算关于纵横摇误差和动态吃水改正的总结：在浅水区主要表现为升沉方面，而在深水区主要表现为横摇和纵摇方面。因此，为了提高测深精度，应在小船上（用于浅水测量）首要安装升沉传感器，在大船上（用于深水测量）应首要安装纵、横摇传感器。同时，对于未安装船姿传感器的测量船来说，必须使测船纵、横摇角限制在一定范围内。第四章水深测量——水深测量归算为了把实测深度(瞬时水深)正确地归算到统一的深度基准面上，必须对实测水深进行水位改正。水位改正的步骤如下：1、水深测量前，把附近长期验潮站算得的平均海面的高度在新设立的验潮站的水尺上标定出来，从而获得该地深度基准面的位置。2、水深测量时，测区各验潮站均应同时观测水位，且观测时间要在测深工作前开始到测深工作后结束。从而使外业所测水深运用各验潮站水位资料将其改正到深度基准面起算的水深。四、水位改正第四章水深测量——水深测量归算

在开阔的深海，测深精度降低，同时海水面潮汐变化减弱，因此实践中对于深于200m的海洋在海水面变化量不显著（测深精度低于海水面变化量）时不需水位归算，实际上对瞬时海水面、平均海水面和海图深度基准面不再加以区别。第四章水深测量——水深测量归算1、短期验潮站平均海水面的确定

只有在长期验潮站才能获得稳定的平均海水面，而长期验潮站不可能以足够高的密度布设。而通常在测量期间布设短期或临时验潮站，在这些验潮站上只能获得短期平均海水面，短期验潮站，是根据局部水域水下地形测量的需要而临时增设的，一般观测一个月的潮位。显然，使用这样短时间的资料来计算平均海面，是不准确的，误差20－50cm。而水位控制所需的稳定海水面基准必须通过传递方法推估得到。传递方法有：水准联测法、同步改正法、线性关系最小二乘拟合法。符号规定：H-高程、h-高差（正值表示）、MSL-平均海水面在水尺上的读数、O-水尺零点、A-长期验潮站、B-短期验潮站、msl-平均海水面、L-长期、S-短期。第四章水深测量——水深测量归算1.水准联测法

第四章水深测量——水深测量归算2.同步改正法

让长期验潮站和短期验潮站同步观测潮汐，求出短期平均海面在两站水位零点以上的高度，然后将长期验潮站多年平均海面转换为短期验潮站的多年平均海面。

第四章水深测量——水深测量归算3、线性关系最小二乘拟合原理：假设长期验潮站与短期验潮站的平均海水面短期平距有比例关系，即△MSLB=k△MSLA

这样的假设与实际情况更为接近，则有：MSLBS=kMSLAS+MSLBL-kMSLAL

令MSLBL=kMSLAL+C

则有：MSLBS=kMSLAS+C

即两站的长期平均海水面与短期平均海水面有相同的线性关系。常数k和C可由最小二乘求得。第四章水深测量——水深测量归算2、水位（潮汐）改正方法第四章水深测量——水深测量归算水位改正是将测得的瞬时深度转化为一定基准上的较为稳定数据的过程。水位改正的目的是尽可能消除测深数据中的海洋潮汐影响，将测深数据转化为以当地深度基准面为基准的水深数据。水位观测过程中采用以点带面的水位改正方法，这在一定区域（验潮站有效范围）内符合潮汐变化规律。2、水位（潮汐）改正方法通常采用的方法：单站改正法线性内插法分带内插法时差内插法第四章水深测量——水深测量归算1.单站水位改正法

第四章水深测量——水深测量归算1.单站水位改正法不同时刻水位站的求法：图解法和解析法，主要是时间维度上的插值。

第四章水深测量——水深测量归算2、线性内插法-空间维度上的插值当测区位于A、B两验潮站之间，且超出两站的有效控制范围，对测区内各点的任意时刻水位改正方法一般有两种，一是在海区设计时增加验潮站的数量；二是在一定条件下，根据A、B两站的观测资料对控制不到的区域进行线性内插。第四章水深测量——水深测量归算

分带所依据的假设条件是：两站之间潮波传播均匀，潮高和潮时的变化与其距离成比例。确切地讲，是要求两站间的同相潮时和同潮潮高的变化与距离成比例。

3、分带水位改正法第四章水深测量——水深测量归算两站间潮时的变化与距离成比例两站间潮高变化与距离成比例3）分带改正法C和D测区在A、B观测站的控制范围之外，不能直接利用A、B站的水位观测资料，可根据A、B站的水位观测资料内插出C、D测区的水位曲线。首先使A、B两站的深度基准面重合并绘出A、B两站的水位曲线图；对A、B的水位曲线进行等分内插得到C、D测区的水位曲线。具体方法：（1）计算分带数和每一带控制的距离。（2）分带界线的划分。（3）内插水位曲线。（4）判断测深点落在那个测区内并进行水位改正。第四章水深测量——水深测量归算因此，两站间需分多少带，完全取决于从深度基准面起算的瞬时水面的最大差值，取第四章水深测量——水深测量归算实际作业时，是从水位观测站的同步观测资料或测深时水位观测资料中选出5个～7个较大的值，然后取其平均值计算带数。第四章水深测量——水深测量归算4、时差法

时差法是水位分带改正法的改进。其所依赖的假设条件与水位分带法相同。时差法是运用数字信号处理技术中互相关函数的变化特征，将两验潮站的水位视为信号，这样研究A、B站水位问题就转化为研究两信号波形问题，通过对两信号波形的研究求得两信号的时差，进而求得两验潮站的潮时差，以及待求点相对于验潮站的时差，并通过时间归化，最后求解待定点的水位改正值。第四章水深测量——水深测量归算船速对测深的影响在海道测量工作中，船速是一个重要的因素，直接影响到测量成果的精度和效率。而过低的船速将降低测量的效率，而过高的船速将导致精度及可靠性的降低并引起定位及测深在某些方面的困难。第四章水深测量——水深测量归算船速对测深的影响包括直接效应和间接效应。所谓间接效应是指船速作为参数伴随其他效应对测深的影响。例如，动态吃水改正、定位于测深的延时效应、波浪对测深的影响等方面均存在着船速影响的间接效应。第四章水深测量——水深测量归算1.船速对定位间隔的影响《海道测量规范》（1990年）规定水深点的定位中误差应小于图上的1.5mm。在海道测量工作中，根据不同的比例尺，可选用多种方法定位，包括光学仪器交会法定位、全站仪极坐标定位、无线电定位系统圆曲线定位和双曲线定位、卫星定位以及水下声学定位等。第四章水深测量——水深测量归算《海道测量规范》规定，在平坦海区，测深点图上采样间隔为4cm，在复杂海区为3cm，则测深点实地采样间隔为：由于定位系统的采样率受到仪器硬件本身的限制，因此，通常情况下是通过已知定位系统的最短定位时间间隔以及测深点实地采样间隔要求来选择合理的航速：第四章水深测量——水深测量归算第四章水深测量——水深测量归算如果定位系统连续定位能力越高，则越小，此时航速可相应提高。但如果随意提高船速追求效率，则会造成定位点间隔加大，甚至导致根本不能定位。而对于DGPS定位系统来说，具有快速的连续定位能力，通常，因此船速问题对于定位点间隔的影响可以不加考虑。但对于全站仪极坐标定位来说，有三个因素制约着它的连续定位能力：数据更新率、追踪目标速率和船速。目前，全站仪的数据更新率约为0.25s~1s，因此，全站仪的连续定位能力主要取决于跟踪目标速率和船速。因此，在测船定位方面，由于DGPS定位系统具有快速连续定位能力，船速的选择几乎没有限制。但对全站仪极坐标定位来说，应考虑选择合适的船速。第四章水深测量——水深测量归算2.船速对换能器测深的影响由于水下声波的传播速度约为1500m/s，而船速通常＜20节，因此，在一个测深脉冲中，由于测船的移动而造成的测深误差一般小于记录水深值的0.002%，可以忽略不计。而船速与换能器测深速率的关系相对比较复杂。通常，测深速率依赖于测量水深，并且不同的测深仪有不同的测深速率。第四章水深测量——水深测量归算通常重复脉冲频率在测深仪生产时，已经由厂家预先设定。水深越大，重复脉冲频率越低，此外，探测脉冲反射特性、覆盖范围及漏测问题与海底的形状及底质有关，通常海底粗糙、底质坚硬，其反射覆盖范围要大一些，出现漏测的可能性要小一些。第四章水深测量——水深测量归算3.船速的合理选择船速对测深的影响是多方面的，有直接效应和间接效应。因此，合理船速的选择不是一个简单的问题，也不可能根据一个公式来计算合适的船速，必须进行多方面的考虑和评估来决定将采用的船速，建议采用以下的选择方法：第四章水深测量——水深测量归算（1）按照定位系统的连续定位能力及定位点图上间隔决定可采用的最大船速。

（2）按照测深系统的测深速率及海区水深来决定可采用的最大船速。

（3）选择上述较小船速值，并对动态吃水改正及波浪等影响进行估算，若超出有关精度指标，则应进一步降低船速。第四章水深测量——水深测量归算

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