多波束测深系统在内河航道中的需求及选型分析

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多波束测深系统能完成全覆盖水深测量、航行障碍物探测，使航道测绘技术从外业到内业全过程真正实现了自动化、智能化和数字化。文内对多波束测深系统在长江航道中的需求进行了分析和选型探讨。

伴随现代科技的发展，如今的水运工程技术有了长足的进步，出现了许多前所未有的高新技术测量手段。多波束测深系统以其全覆盖、无遗漏的测量方式，能完成全覆盖水深测量、航行障碍物探测，在效率、精度、分辨率与水下地形成图质量上有了大幅度提高，整个系统从外业到内业全过程真正实现了自动化、智能化和数字化，彻底改变了传统的水下测量技术，具有广阔的应用前景。

需求分析

“十二五”期间，我国将加快推进“一条主线四个长江(平安长江、数字长江、阳光长江、和谐长江)”发展战略，加快推进长江航运现代化。其中数字长江是“四个长江”的重要组成部分，就是要实现长江航运数字化、信息化和智能化。因此，依靠科技进步，以航道测量数字化、信息化、现代化，推进电子航道图建设，带动数字航道、智能航道建设，是提高长江航运现代化建设的关键。

1.配置多波束测深系统是数字航道建设的需要

以数字化、信息化和智能化为特点的数字长江，是长江航运现代化的重要支撑，其核心内容就是数字航道建设。“数字航道”是一个集航道维护、测绘、指挥调度和信息等多种功能为一体的系统，是数字地球概念在航道领域的具体应用，是综合运用遥感、遥测、地理信息系统、宽带网络、通讯、计算机模拟、多媒体等多种技术对航道业务流程、动态监控管理和辅助决策服务的数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统，是信息基础设施和信息系统的集成。“十一五”期间，长江航道部门完成示范段长江数字航道的基本框架并逐步进行拓展。2008年9月，我国首段数字航道―长江南浏段数字航道示范工程建成，长江航道的维护管理和对外服务进入数字化时代。长江南浏段数字航道上起苏皖交界的慈湖河口，下至江苏太仓浏河口，全长369.5公里。工程主要建设了电子航道图系统、航标遥测遥控系统、系统支撑平台3个子系统及相关配套设施。数字航道成功建成，实现了航道图数字化、航标监控实时化、信息服务网络化，为今后智能航运的探索奠定了重要基础。根据相关规划，2015年前，长江全线将全部完成数字航道建设。长江“数字航道”建设五个方面中的数据采集系统建设中，要求50％以上航道测绘数据实现即时传输。因此，需要有先进的测绘仪器设备作为硬件支撑和技术保障，多波束测深系统作为先进的水上测量装备，能有效地为数字航道建设服务。

2.配置多波束测深系统是电子航道图建设的需要

电子航道图可以直观地显示航道水深、航标位置、桥梁以及两岸港口、码头等重要地物信息，是“数字航道”的重要组成部分。电子航道图推广应用后，安装了卫星定位终端的船舶，在长江上航行可以直观地在电子航道图上显示方位以及航行轨迹，辅助船舶安全航行，就如同汽车上使用的导航仪，非常方便。随着长江水运的快速发展，迫切需要利用现代信息技术，建设信息更加丰富、准确，服务更加及时、方便的电子航道图，以适应船舶安全、便捷、高效航行的需求。为此，2006年长江航道部门在长江宜昌鳊鱼溪至大埠街255公里江段建设第一段电子航道图，实现了辖区航标的遥测遥控。2008年又在长江下游南京至浏河口369.5公里建成了我国内河第一段数字航道，实现了基于电子航道图的航标遥测遥控、船舶导航和船舶监控。2009年又制作完成了宜宾合江门至鳊鱼溪河段、大埠街至慈湖河口段共2067.5公里的电子航道图，与已建成的宜昌段、南京至浏河口电子航道图衔接。目前长江电子航道图已实现全线贯通，体系初步形成。长江电子航道图的全线贯通凝聚了长江航道测量50多年智慧的结晶，是长江航道测量队伍综合实力的体现，也对长江航道测量的仪器设备的先进性提出了更高的要求。“十二五”期间，长江航道部门将加快推进长江电子航道图建设，力争到“十二五”末，全面建成长江电子航道图，实现社会化服务，为建设长江“数字航道”、实现智能航运目标打下坚实基础。实现航道信息的数字化、监控实时化、信息服务网络化，需要在电子航道图正式运行的基础上，围绕相关应用软件、电子航道图的更新、维护、管理等系统进一步进行技术开发，需要最新的航道信息作为基础。获取航道信息，需要有先进的测绘仪器设备作为硬件支撑和技术保障。因此，配置多波束测深系统是电子航道图建设的需要。

3.配置多波束测深系统是长江航道建设发展的需要

与单波束相比，多波束具有无可比拟的先进性。主要体现在：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，波束角窄，对细微地形的变化都能完全反映出来，单波束是点、线的反映，而多波束则是面上的整体反映。②多波束测深系统的测量成果更真实可靠。由于是全覆盖，其大量的水深点数据使等值线生成真实可靠，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，使得等值线存在一定偏差。③多波束测深系统同步记录船体姿态信息，起伏、纵摇、横摇、船向等，由专用后处理软件对测量结果进行校正后，可使测量结果受外界不利因素影响减少到最低限度。④多波束测深系统能对测量资料进行多种成图处理，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。⑤多波束测深系统可对同一测区生成不同比例尺的水下地形图，以满足不同的需要。

随着长江数字航道、智能航道的建设，电子航道图的更新需求，对航道测量的需求也提出了实现全过程自动化、智能化和数字化的要求。目前长江航道测绘部门需要完成以下测绘任务：①数字航道建设，电子航道图测绘；②水下航道整治建筑物的监测和水毁情况的探测；③搜寻水下物体，如沉船位置探测，疏浚作业可疑物排除；④清淤施工区水下地貌信息采集；⑤用于航道科研目的的水文测量、水深调查；⑥航路改革、新辟航道的扫测等。

应用多波束测深系统可以高效、快捷的完成上述测绘任务。推进数字航道和智能航道的核心在测量技术。测量技术的提高，关键在配置先进的测量设备。鉴于多波束测深系统是目前国内外水上测量最先进的测量设备，对数字航道和智能航道建设具有重要的推进作用。因此，在长江沿线各航道测绘单位合理配备多波束测深系统，用于电子航道图数据的更新、数字航道建设，适应长江航道建设发展、航道维护管理的需要是十分必要的。

选型分析

早在上世纪八九十年代，多波束测深系统在海洋测绘领域就得到广泛应用，已经成为一种成熟先进的测深系统。随着科技的飞速发展，多波束测深系统也加快了更新换代的步伐。如丹麦RESON公司的Seabat 系列多波束扫测系统，近年来从Seabat 9003、Seabat 8101逐步又推出了SeaBat8125、SeaBat8125H、SeaBat7101、SeaBat7125、SeaBat7111等系列产品。据调查，目前国内尚未有定型的国产商用化多波束测深系统，主要靠引进国外生产的设备。国外产品场地主要来自丹麦、德国、美国、挪威、英国等国，如丹麦RESON 公司的SeaBat系列，德国ATLAS公司的 FANSWEEP 20型，美国R2SONIC 公司的SONIC 2024、Teledyne Odom 公司的ES3 ，挪威Kongsberg 公司的EM 3002，日本Furuno（古野）公司的HS-600（F），芬兰Meridata公司的MD300系列等。作为一种已成型并不断升级换代的高科技测量产品，多波束测深系统在国内也得到一定程度的使用，目前长江航道部门对前述2种类型均有实践操作经验。

鉴于长江干线航道点多线长，与海洋测绘有着大不相同的地形地貌和使用需求，同时，多波束测深系统为高值易耗设备，更新换代较快，建议多波束选型时从产品线是否齐全、配置是否灵活、操作是否简单、安装是否方便、分辨率是否高清、系统性能是否稳定可靠等方面进行比选，重点综合考虑是否具有以下几个方面的优势：

合理的性价比。分别根据长江上中下游航道的不同情况和应用领域选择适合的产品，有效的利用资金，最大限度的发挥产品的优势。因此可选择配置合理、价位合适的浅水多波束测深系统。

具备多种工作频率可选功能。要求能单双频多种工作频率可选，满足长江干线不同河段在不同水域的各种复杂水况的高精度水深测量应用需要。

数据采集软件操作简单、显示直观。配套的多波束采集软件，采用Windows窗口界面，能逐一显示导航轨迹、测区背景、水深/GPS/姿态数据等参数信息，能同时实时生成三维立体图像，直观反应现场测量效果和水底地形地貌分布情况。

灵活多样的工作模式。可以调节局部扫测范围和波束疏密程度，进行特殊区域的高密度覆盖重点扫测，如沉船、管线等水下特定目标；也可调节波束扫测角度，进行针对水下垂直结构建筑物的重点扫测，如：坝体、护堤、码头等，实现全量程和局部高密度同步覆盖，提供测量高效率和局部测量精度。

安装方式灵活。要求能非常方便、快速安装在测量船上。需要专业换能器安装固定托架配套对接便携式测深杆，能选择侧舷便携式和船底固定安装2种方式。换能器安装固定托架需要拆卸方便，安装固定简单，可频繁拆卸重复使用。

系统可靠稳定，有备用设备替换。多波束测深系统是目前水深测量项目应用颇为广泛和可靠的多波束测深设备，要比选提供现场服务和支持的及时性、便捷性。在现场使用过程中一旦出现仪器故障问题，需要能在24小时内有技术人员到达现场进行技术故障排查并同时提供备用设备进行工作替换。同时鉴于多波束测深系统为国外产品，为方便使用和操作过程中的技术指导、故障维修，在选型时考虑选择后续服务方便快捷、语言沟通无障碍、配套设施更换便利的型号。

扫测范围广、工作效率高。最大扫测范围和有效扫宽水深比要符合长江航道测绘要求。在同等扫测面积的项目应用中，减少扫测航程，降低测量成本，提高测量效率。

（作者单位：长江航道规划设计研究院）