回声测深仪海水中声波传播特性及声速测定单波束测深课件

第四章 水深测量o4.1 回声测深仪回声测深仪o4.2 海水中声波传播特性及声速测定海水中声波传播特性及声速测定o4.3 单波束测深技术及水深改正单波束测深技术及水深改正o4.4 水深测量归算水深测量归算o4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.6 水深测量精度水深测量精度第四章 水深测量4.1 回声测深仪14.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深原理 安装在测量船下安装在测量船下的发射机换能器，的发射机换能器，垂直向水下发射一垂直向水下发射一定额率的声波脉冲，定额率的声波脉冲，以声速以声速C在水中传播在水中传播到水底，经反射或到水底，经反射或散射返回，被接收散射返回，被接收机换能器所接收机换能器所接收。4.1 回声测深仪回声测深原理 24.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深原理4.1 回声测深仪回声测深原理34.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深原理4.1 回声测深仪回声测深原理44.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成 回声测深仪由 发射机、接收机、发射机、接收机、发射换能器、接发射换能器、接收换能器、显示收换能器、显示设备设备 和电源部分和电源部分 组成 4.1 回声测深仪回声测深仪组成 54.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成4.1 回声测深仪回声测深仪组成64.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成HD-27Hd-28测深仪4.1 回声测深仪回声测深仪组成HD-2774.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成双频换能器4.1 回声测深仪回声测深仪组成双频换能器84.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成换能器安装图换能器安装图4.1 回声测深仪回声测深仪组成换能器安装图94.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成换能器安装图换能器安装图4.1 回声测深仪回声测深仪组成换能器安装图104.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成o回声测深仪按照频率分为单频测深仪和双频测深仪。回声测深仪按照频率分为单频测深仪和双频测深仪。o单频测深仪仅发射一个频率的超声波，以测量海面单频测深仪仅发射一个频率的超声波，以测量海面到海底表面之间的垂直距离，即水深。到海底表面之间的垂直距离，即水深。o双频测深仪换能器垂直向水下发射高、低频声脉冲。双频测深仪换能器垂直向水下发射高、低频声脉冲。通过高频和低频脉冲可获得淤泥厚度通过高频和低频脉冲可获得淤泥厚度 4.1 回声测深仪回声测深仪组成114.1 4.1 回声测深仪回声测深仪o回声测深仪组成o根据换能器的发射声波的个数、声波发射方向以根据换能器的发射声波的个数、声波发射方向以及换能器安置方式不同，测深仪分为单波束测深及换能器安置方式不同，测深仪分为单波束测深仪、四波束测深仪、侧扫声纳、多波束测深仪等仪、四波束测深仪、侧扫声纳、多波束测深仪等类型。类型。o国产国产SDH系列，其测深范围从小于系列，其测深范围从小于1米到千米甚米到千米甚至万米，精度符合国标和国际海道测量组织标准。至万米，精度符合国标和国际海道测量组织标准。o国外的如国外的如SIMRAD（挪威）、（挪威）、MARIMATECH（丹麦）、（丹麦）、ODOM（美国）等（美国）等公司的系列产品公司的系列产品。4.1 回声测深仪回声测深仪组成124.2 4.2 海水中声波传播特性海水中声波传播特性 及声速测定及声速测定o声波声波 o机械振动在弹性介质中传播形成机械波，机械振动在弹性介质中传播形成机械波，声波是一种机械波声波是一种机械波o人耳能感觉到的声波频率范围为人耳能感觉到的声波频率范围为 20Hz20kHzo频率范围小于频率范围小于20Hz称作次声波，频率范围称作次声波，频率范围大于大于20kHz称作超声波称作超声波 4.2 海水中声波传播特性 及声速测定声波 134.2 4.2 海水中声波传播特性海水中声波传播特性 及声速测定及声速测定o声波声波 o 声波的传播具有以下特性：声波的传播具有以下特性：o（1）声波不能在真空中传播；）声波不能在真空中传播；o（2）气体、液体和固体的振动均能产生声波；）气体、液体和固体的振动均能产生声波；o（3）声波是纵波，传播方向与介质振动方向相同；）声波是纵波，传播方向与介质振动方向相同；o（4）声波传播速度与介质的性质和状态有关）声波传播速度与介质的性质和状态有关。4.2 海水中声波传播特性 及声速测定声波 144.2 4.2 海水中声波传播特性海水中声波传播特性 及声速测定及声速测定o声波的传播速度声波的传播速度o声波在不同介质中的传播速度，取决于介质声波在不同介质中的传播速度，取决于介质的弹性模量和密度。声波在各种介质中的传的弹性模量和密度。声波在各种介质中的传播速度不同，声波的传播速度可以用近似公播速度不同，声波的传播速度可以用近似公式表示：式表示：o （0C)4.2 海水中声波传播特性 及声速测定声波的传播速154.2 4.2 海水中声波传播特性及声速测海水中声波传播特性及声速测定定o声波的传播速度声波的传播速度 工程上应用较多的经验公式 t:温度（）S:盐度（）P:静水压力（标准大气压）4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度t:温164.2 4.2 海水中声波传播特性及声速测定海水中声波传播特性及声速测定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定 水深改正数测得水深真实水深4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定水深174.2 4.2 海水中声波传播特性海水中声波传播特性及声速测定及声速测定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定o测深精度与深度有关，试验证明要使测深精度达到测深精度与深度有关，试验证明要使测深精度达到1%，则声速测量误差不应超过，则声速测量误差不应超过0.25，即为，即为4m/s。为满足测深精度要求，必须精确测定声速。为满足测深精度要求，必须精确测定声速值。水深测量中，声速的主要测量方法有：值。水深测量中，声速的主要测量方法有：o深度比对法o声波速度计直接测定4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定184.2 4.2 海水中声波传播特性及声速测海水中声波传播特性及声速测定定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定o深度比对法4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定194.2 4.2 海水中声波传播特性海水中声波传播特性及声速测定及声速测定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定o声波速度计直接测定o声波速度计是一种声学仪器，在已知长度的发射器声波速度计是一种声学仪器，在已知长度的发射器和接收器之间测量短声脉冲传播的时间，计算声波和接收器之间测量短声脉冲传播的时间，计算声波的传播速度。声波速度计可直接测定水深任一点的的传播速度。声波速度计可直接测定水深任一点的声速值。声速值。4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定204.2 4.2 海水中声波传播特性及声速测海水中声波传播特性及声速测定定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定o声波速度计直接测定4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定214.2 4.2 海水中声波传播特性海水中声波传播特性及声速测定及声速测定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定o解析法测定声速 声速是温度、盐度和静水压力的函数声速是温度、盐度和静水压力的函数，我国一般采，我国一般采用以下经验公式（海道测量规范，用以下经验公式（海道测量规范，1990）4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定224.2 4.2 海水中声波传播特性及声速测海水中声波传播特性及声速测定定o声波的传播速度的测定声波的传播速度的测定o解析法测定声速o实际工作中，一般根据温度的变化把水柱分成不同的水层，实际工作中，一般根据温度的变化把水柱分成不同的水层，利用加权平均值进行计算。例如，一个利用加权平均值进行计算。例如，一个160m的水柱，按的水柱，按温度变化分成温度变化分成3层，计算如表所列，结果为层，计算如表所列，结果为 4.2 海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定234.3 4.3 单波束测深技术及水深改正单波束测深技术及水深改正o单波束测深单波束测深就是测深仪器在一个测深周期内仅发射就是测深仪器在一个测深周期内仅发射一个声脉冲。发射机换能器垂直向水下发射一定频一个声脉冲。发射机换能器垂直向水下发射一定频率的声波脉冲，在水中传播到水底，经反射或散射率的声波脉冲，在水中传播到水底，经反射或散射返回。记录声波发射到接收的时间间隔，根据声速返回。记录声波发射到接收的时间间隔，根据声速值测得换能器底部到水底的深度。值测得换能器底部到水底的深度。o回声测深仪回声测深仪总改正数总改正数的求取方法主要有的求取方法主要有水文资料法水文资料法和校对法和校对法。前者适用于水深大于。前者适用于水深大于20 m的水深测量，的水深测量，后者适用于小于后者适用于小于20m的水深测量。的水深测量。o水文资料法改正包括水文资料法改正包括吃水改正、转速改正吃水改正、转速改正及及声速改声速改正。正。4.3 单波束测深技术及水深改正单波束测深就是测深仪器在一244.3 4.3 单波束测深技术及水深改正单波束测深技术及水深改正o吃水改正吃水改正o测深仪换能器安装方式：固定式安装、便携式安装测深仪换能器安装方式：固定式安装、便携式安装o由水面至换能器底面的垂直距离称为换能器吃水改正由水面至换能器底面的垂直距离称为换能器吃水改正 o H为水面至水底的深度；为水面至水底的深度；HS为换能器底面至水底的深度为换能器底面至水底的深度 4.3 单波束测深技术及水深改正吃水改正254.3 4.3 单波束测深技术及水深改正单波束测深技术及水深改正o转速改正 o转速改正是由于测深仪的实际转速不等于设计转速改正是由于测深仪的实际转速不等于设计转速所造成的转速所造成的 4.3 单波束测深技术及水深改正转速改正 264.3 4.3 单波束测深技术及水深改正单波束测深技术及水深改正o声速改正 o声速改正是因为输入到测深仪中的声速不等于声速改正是因为输入到测深仪中的声速不等于实际声速造成的测深误差实际声速造成的测深误差 4.3 单波束测深技术及水深改正声速改正 274.3 4.3 单波束测深技术及水深改正o综合改正o声速改正数对总改正数影响最大声速改正数对总改正数影响最大。o浅海区适宜用校对法求测深仪总改正数。校对浅海区适宜用校对法求测深仪总改正数。校对法同声速比对法。法同声速比对法。4.3 单波束测深技术及水深改正综合改正284.4 4.4 水深测量归算o4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o海流海流o 海水具有一定速度和方向的大规模流动，称为海海水具有一定速度和方向的大规模流动，称为海流。因引起海流的原因不同，海流可分为风生流和流。因引起海流的原因不同，海流可分为风生流和密度流；或按其空间分布分为表层环流、中层环流、密度流；或按其空间分布分为表层环流、中层环流、深层环流和底层环流。表层环流主要是风生环流，深层环流和底层环流。表层环流主要是风生环流，而中层环流、深层环流和底层环流则为密度环流。而中层环流、深层环流和底层环流则为密度环流。4.4 水深测量归算4.4.1 海流、潮汐和海浪294.4 4.4 水深测量归算o4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o潮汐潮汐o海水受日、月引潮力作用而产生的周期性上海水受日、月引潮力作用而产生的周期性上升和下降运动。它在垂直方向上表现为潮位升和下降运动。它在垂直方向上表现为潮位升降现象，在水平方向上表现为潮流的进退升降现象，在水平方向上表现为潮流的进退涨落现象。主要是由于天体对地球表面海水涨落现象。主要是由于天体对地球表面海水的引力作用产生的，这种引力主要来自月球的引力作用产生的，这种引力主要来自月球和太阳。和太阳。4.4 水深测量归算4.4.1 海流、潮汐和海浪304.4 4.4 水深测量归算o4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o潮汐潮汐o我我国国沿沿海海的的主主要要港港口口和和河河段段的的内内港港均均有有验验潮潮站站。我我国国的的验验潮潮历历史史可可追追溯溯到到十十九九世世纪纪末末，最最早早开开始始验验潮潮的的站站有有塘塘沽沽（1895年年）、青青岛岛（1898年年）、秦秦皇皇岛岛（1900年年）、厦厦 门门（1907年年）、广广州州（1908年年）、大大连连（1909年年）、建建国国后后，随随着着我我国国国国防防、航航运运、水水产产、海海洋洋开开发发与与海海洋洋工工程程等等事事业业的的蓬蓬勃勃发发展展，我我国国沿沿海海地地区区相相继继建建立立了了许许多多验验潮潮站站。据据截截止止到到1989年年的的不不完完全全统统计计，我我国国共共有有验验潮潮站站和和潮潮水水位位站站281个个。分分别别隶隶属属于于水水利利部部（210个个）、国国家家海海洋洋局局（34个个）、交交通通部部（24个个）、海海军军（12个个）、地矿部（地矿部（1个）。个）。4.4 水深测量归算4.4.1 海流、潮汐和海浪314.4 4.4 水深测量归算o4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o潮汐潮汐o高潮：高潮：海面升到最高时，海面升到最高时，o低潮：低潮：海面降到最低时海面降到最低时.o潮差：潮差：高潮与低潮之差。高潮与低潮之差。o一次潮汐（全日潮）：平均时间间隔约为一次潮汐（全日潮）：平均时间间隔约为2424小时小时5050分，分，o二二次次潮潮汐汐（半半日日潮潮）：两两个个高高潮潮(或或低低潮潮)的的平平均均时时间间间间隔隔约约为为1212小时小时2525分。分。4.4 水深测量归算4.4.1 海流、潮汐和海浪324.4 4.4 水深测量归算 4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o潮汐观测潮汐观测 在在指指定定的的时时间间序序列列中中，通通过过对对海海面面高高度度变变化化的的观观 测测(验验溯溯)，而而获获得了某地区潮汐变化的数据。得了某地区潮汐变化的数据。方法方法1：水尺观测：当进行短时间的临时性的岸边潮位观测时适用。尺上标水尺观测：当进行短时间的临时性的岸边潮位观测时适用。尺上标有刻划，观测时读取海面在尺上的读数，并且记录读数时的时刻。有刻划，观测时读取海面在尺上的读数，并且记录读数时的时刻。4.4 水深测量归算 4.4.1 海流、潮汐和海浪334.4 4.4 水深测量归算 4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o潮汐观测潮汐观测 方法方法2：验潮仪观测：较长期的临时性的潮位观测时适用，由安置在海中的感验潮仪观测：较长期的临时性的潮位观测时适用，由安置在海中的感应部分与安置在岸边的记录和传感部分组成。应部分与安置在岸边的记录和传感部分组成。4.4 水深测量归算 4.4.1 海流、潮汐和海浪344.4 4.4 水深测量归算 4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o潮汐分析潮汐分析o1.目的目的 主主要要采采用用相相应应的的数数模模对对潮潮汐汐变变化化的的资资料料进进行行计计算算，得得到到潮潮汐主要参数。汐主要参数。o2.分类分类 时间分类：长期、中期和短期分析；时间分类：长期、中期和短期分析；方法分类：调和分析和波谱分析。方法分类：调和分析和波谱分析。4.4 水深测量归算 4.4.1 海流、潮汐和海浪354.4 4.4 水深测量归算o4.4.1 4.4.1 海流、潮汐和海浪海流、潮汐和海浪o海浪海浪o波浪现象波浪现象：水分子作上下圆周运动，使海水分子作上下圆周运动，使海水面形成周期性起伏，波浪向前传播水面形成周期性起伏，波浪向前传播。4.4 水深测量归算4.4.1 海流、潮汐和海浪364.4 4.4 水深测量归算o4.4.2 4.4.2 平均海面和深度基准面平均海面和深度基准面 平均海面平均海面:o平均海面也称平均海面也称“平均海水面平均海水面”，是指某海域，是指某海域在一定时期内海水面的平均位置。通常由某在一定时期内海水面的平均位置。通常由某验潮站相应期间内每小时的潮位观测记录数验潮站相应期间内每小时的潮位观测记录数据计算求得。根据所取时间长度不同，可分据计算求得。根据所取时间长度不同，可分为日平均海面、月平均海面、年平均海面和为日平均海面、月平均海面、年平均海面和多年平均海面。多年平均海面。4.4 水深测量归算4.4.2 平均海面和深度基准面374.4 4.4 水深测量归算o4.4.2 4.4.2 平均海面和深度基准面平均海面和深度基准面 深度基准面深度基准面:o为了在不同时间测得的不同地点的水深有一为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。就是海洋测量中的深度基准面。o在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海洋深度基准面作为海洋深度基准面。4.4 水深测量归算4.4.2 平均海面和深度基准面384.4 4.4 水深测量归算 4.4.2 4.4.2 平均海面和深度基准面平均海面和深度基准面 深度基准面深度基准面o为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。中的深度基准面。o在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海洋深度基准面洋深度基准面。o深度基准面是海洋深度测量归算和海图上图载水深深度基准面是海洋深度测量归算和海图上图载水深的统一起算面的统一起算面 4.4 水深测量归算 4.4.2 平均海面和深度基准面394.4 4.4 水深测量归算 4.4.2 4.4.2 平均海面和深度基准面平均海面和深度基准面 深度基准面深度基准面:o为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。中的深度基准面。o在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海洋深度基准面洋深度基准面。o深度基准面是海洋深度测量归算和海图上图载水深深度基准面是海洋深度测量归算和海图上图载水深的统一起算面的统一起算面 4.4 水深测量归算 4.4.2 平均海面和深度基准面404.4 4.4 水深测量归算水深测量归算 4.4.2 4.4.2 平均海面和深度基准面平均海面和深度基准面o由于世界各国计算由于世界各国计算L值的方法各不值的方法各不相同，因此采用的深度基准面也相同，因此采用的深度基准面也各不相同。中国海区从各不相同。中国海区从1956年年起采用理论最低潮面（即理论深起采用理论最低潮面（即理论深度基准面）作为深度基准面，内度基准面）作为深度基准面，内河、湖泊采用最低水位、平均低河、湖泊采用最低水位、平均低水位或设计水位作为深度基准面。水位或设计水位作为深度基准面。4.4 水深测量归算 4.4.2 平均海面和深度基准414.4 4.4 水深测量归算 4.4.2 4.4.2 平均海面和深度基准面平均海面和深度基准面 确定深度基准面的原则确定深度基准面的原则是：既要考虑舰船的航行安全，又要充分提高是：既要考虑舰船的航行安全，又要充分提高航道的利用率。若深度基准面定高了，会出现图载水深大于实际水深，航道的利用率。若深度基准面定高了，会出现图载水深大于实际水深，依此海图航行，很可能发生搁浅事故。若深度基准面定低了，使本来依此海图航行，很可能发生搁浅事故。若深度基准面定低了，使本来可以航行的航道可能误认为水浅不能通过，从而降低了航道的利用率。可以航行的航道可能误认为水浅不能通过，从而降低了航道的利用率。4.4 水深测量归算 4.4.2 平均海面和深度基准面424.4 4.4 水深测量归算 4.4.3 4.4.3 短期验潮站多年平均海面的确定短期验潮站多年平均海面的确定o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2050cm。o视外界条件基本相同的海区，其平均海面的日变化、月变化和年变化规律基本一致。把邻近的长期验潮站的多年平均海面，通过一定方法联测到短期验潮站提高精度。长期验潮站多年平均海面长期验潮站多年平均海面长期验潮站多年平均海面长期验潮站多年平均海面4.4 水深测量归算 4.4.3 短期验潮站多年平均海面434.4 4.4 水深测量归算 4.4.3 4.4.3 短期验潮站多年平均海面的确定短期验潮站多年平均海面的确定 1.1.水准联测法水准联测法 4.4 水深测量归算 4.4.3 短期验潮站多年平均海444.4 4.4 水深测量归算o 4.4.3 4.4.3 短期验潮站多年平均海面的确定短期验潮站多年平均海面的确定 2.2.同步改正法同步改正法 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。为短期验潮站的多年平均海面。4.4 水深测量归算 4.4.3 短期验潮站多年平均海面的454.4 4.4 水深测量归算o 4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正 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。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域（验潮站有效范围）内符合潮汐变化规律。4.4 水深测量归算 4.4.4 水位改正464.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正1.单站水位改正法单站水位改正法 4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正474.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正1.1.单站水位改正法单站水位改正法 不同时刻水位站的求法：图解法和解析法不同时刻水位站的求法：图解法和解析法 4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正484.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正2.2.线性内插法线性内插法 当测区位于当测区位于A、B两验潮站之间，且超出两站的有效控制范两验潮站之间，且超出两站的有效控制范围时，对测区内各点的任意时刻水位改正方法一般为：一是在围时，对测区内各点的任意时刻水位改正方法一般为：一是在海区设计时增加验潮站的数量（由于此法耗费太多的人力、物海区设计时增加验潮站的数量（由于此法耗费太多的人力、物力，不是在特别要求的情况下，一般不用此法）；二是在一定力，不是在特别要求的情况下，一般不用此法）；二是在一定条件下，根据条件下，根据A，B两站的观测资料对控制不到的区域进行线两站的观测资料对控制不到的区域进行线性内插。性内插。4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正494.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正（2.2.线性内插法）线性内插法）两站数学模型两站数学模型 三站数学模型三站数学模型三站数学模型三站数学模型4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正三站数学模型504.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正（水位改正（2.2.线性内插法）线性内插法）三站数学模型三站数学模型三站数学模型三站数学模型4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正（2.线性内插法）514.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正 分带所依据的假设条件是：两站之间潮波传播均匀，潮高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。相潮时和同潮潮高的变化与距离成比例。分带水位改正法：两站水位分带改正、三站水位分带改正分带水位改正法：两站水位分带改正、三站水位分带改正分带水位改正法：两站水位分带改正、三站水位分带改正分带水位改正法：两站水位分带改正、三站水位分带改正4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正分带水位改正法：两524.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正 分带条件：分带条件：当测区有潮波图时，可以判断主要分潮当测区有潮波图时，可以判断主要分潮的潮波传播是否均匀，来确定分带与否。的潮波传播是否均匀，来确定分带与否。若测区无潮波若测区无潮波图时，可根据海区自然地理（海底地貌、海岸形状等）条图时，可根据海区自然地理（海底地貌、海岸形状等）条件，以及潮流等因素加以分析。一般而言，潮波经过岛屿、件，以及潮流等因素加以分析。一般而言，潮波经过岛屿、海角等地区，变形较大，分带应特别注意。若没有把握，海角等地区，变形较大，分带应特别注意。若没有把握，则应设立验潮站。则应设立验潮站。两站水位分带改正两站水位分带改正两站水位分带改正两站水位分带改正 4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正两站水位分带改正 534.4 4.4 水深测量归算水深测量归算4.4.4 4.4.4 水位改正水位改正 两站水位分带改正两站水位分带改正两站水位分带改正两站水位分带改正 分分带的基本原的基本原则：分：分带的界的界线方向与潮波方向与潮波传播方播方向垂直。向垂直。分分带原理：具体分原理：具体分为几几带由具体情况决定。由具体情况决定。两两验潮站之潮站之间的水位分的水位分带数数4.4 水深测量归算4.4.4 水位改正两站水位分带改正 544.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 单波束测深仪能够完成沿航迹线上的断面测量，其测深数据的分布单波束测深仪能够完成沿航迹线上的断面测量，其测深数据的分布特点是沿航迹线数据密集，而在测线间隔内没有数据。单波束测深数据特点是沿航迹线数据密集，而在测线间隔内没有数据。单波束测深数据处理成图，均采用数据格网化内插的方法来预估测线间数据空白区的水处理成图，均采用数据格网化内插的方法来预估测线间数据空白区的水深情况。深情况。数据格网化内插的方法存在的缺陷：一是无法探测到尺度小于测线数据格网化内插的方法存在的缺陷：一是无法探测到尺度小于测线间隔的微地形，这就使得可能存在的海底障碍物不能被探测到，给航运间隔的微地形，这就使得可能存在的海底障碍物不能被探测到，给航运等带来安全隐患；二是通过格网化内插不仅会增加假地形，而且也会使等带来安全隐患；二是通过格网化内插不仅会增加假地形，而且也会使测线上已经探测到的小尺度微地形因内插平滑而受到歪曲、夸大，不能测线上已经探测到的小尺度微地形因内插平滑而受到歪曲、夸大，不能达到探测区域的全覆盖，这就使得可能存在的海底障碍物不能探测到，达到探测区域的全覆盖，这就使得可能存在的海底障碍物不能探测到，给航运等带来安全隐患。给航运等带来安全隐患。4.5 水深测量系统介绍 单波束测深仪能够完554.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.1 4.5.1 扫海系统扫海系统 多换能器扫海系统，又称多通道测深系统。在我国各单多换能器扫海系统，又称多通道测深系统。在我国各单位使用的四波束扫海测深仪，主要有日本产的位使用的四波束扫海测深仪，主要有日本产的PS600型、型、PS20R型及型及MS10型。型。四波束扫海测深仪主要由四波束扫海测深仪主要由四个收、发台的换能器四个收、发台的换能器，同步，同步控制器和图示记录器组成。四个换能器在船上的安装方式控制器和图示记录器组成。四个换能器在船上的安装方式有舷挂式和悬臂式两种有舷挂式和悬臂式两种。4.5 水深测量系统介绍 4.5.1 扫海系统564.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.1 4.5.1 扫海系统扫海系统 4.5 水深测量系统介绍 4.5.1 扫海系统574.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.1 4.5.1 扫海系统扫海系统 当仪器按悬臂式安装时，沿测量船正横方向的声波覆盖当仪器按悬臂式安装时，沿测量船正横方向的声波覆盖总宽度总宽度L L为为 4.5 水深测量系统介绍 4.5.1 扫海系统584.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.2 4.5.2 测扫声呐系统测扫声呐系统 侧扫声呐系统又称海底地貌仪或旁侧声呐，侧扫声侧扫声呐系统又称海底地貌仪或旁侧声呐，侧扫声呐系统按探测换能器的配置分为单侧和双侧两种。单呐系统按探测换能器的配置分为单侧和双侧两种。单侧侧扫声呐仅探测沿测量船航迹某一侧海域的地貌；侧侧扫声呐仅探测沿测量船航迹某一侧海域的地貌；双侧侧扫声呐能够探测沿测量船航迹两侧海域的地貌。双侧侧扫声呐能够探测沿测量船航迹两侧海域的地貌。系统的换能器基阵以一定的倾斜角度、发射频率，向系统的换能器基阵以一定的倾斜角度、发射频率，向海底发射具有指向性的宽垂直波束角和窄水平波束角海底发射具有指向性的宽垂直波束角和窄水平波束角的脉冲超声波的脉冲超声波。4.5 水深测量系统介绍 4.5.2 测扫声呐系统594.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.2 4.5.2 测扫声呐系统测扫声呐系统 4.5 水深测量系统介绍 4.5.2 测扫声呐系统604.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.2 4.5.2 测扫声呐系统测扫声呐系统o设设自自发发射射脉脉冲冲声声波波的的瞬瞬时时起起，记记录录器器按按先先后后次次序序 依依次次记记录录发射过程中的各点回波信号在一条横线上发射过程中的各点回波信号在一条横线上.o1.海海底底平平坦坦:回回波波信信号号的的强强度度随随着着距距离离的的增增大大而而迅迅速速减减弱弱,仪仪器器设设置置时时间间补补偿偿，使使得得在在相相同同底底质质的的海海底底，各各处处反反向向散散射回波在记录上成一射回波在记录上成一条灰度条灰度相同相同的的横线。横线。o2.海海底底起起伏伏:回回波波信信号号强强度度随随着着距距离离的的增增大大而而强强弱弱变变化化。各各处反向散射回波在记录上成一条灰度处反向散射回波在记录上成一条灰度不不相同相同的的横线。横线。4.5 水深测量系统介绍 4.5.2 测扫声呐系统614.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.2 4.5.2 测扫声呐系统测扫声呐系统 ab平坦平坦:黑度均匀黑度均匀;bc隆起隆起正面正面:反向散射回波增强，记录黑度加深反向散射回波增强，记录黑度加深;cd隆起反面隆起反面:没有回波信号没有回波信号,de平坦平坦:黑度均匀黑度均匀.4.5 水深测量系统介绍 4.5.2 测扫声呐系统624.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.2 4.5.2 测扫声呐系统测扫声呐系统4.5 水深测量系统介绍 4.5.2 测扫声呐系统634.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍 4.5.3 4.5.3 多波束测深系统多波束测深系统 多波束测深系统采用单一换能器，能一次获取与航向垂直方向上几多波束测深系统采用单一换能器，能一次获取与航向垂直方向上几十个甚至几百个海底点的水深和水平位置数据值，所以它能够精确、快十个甚至几百个海底点的水深和水平位置数据值，所以它能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高度变化，从而比速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高度变化，从而比较可靠地绘制出海底地貌的精细特征。较可靠地绘制出海底地貌的精细特征。多波束测深系统优点：多波束测深系统优点：1 1）具有测量范围大、测量效率、精度高等优点）具有测量范围大、测量效率、精度高等优点 2 2）把测深技术从原先的点、线测量扩展到海底面的测量）把测深技术从原先的点、线测量扩展到海底面的测量 3 3）加入现代计算机技术可进一步达到立体测深和成图，极大地缩短了）加入现代计算机技术可进一步达到立体测深和成图，极大地缩短了从探测到成图的作业时间。从探测到成图的作业时间。4.5 水深测量系统介绍 4.5.3 多波束测深系统644.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.3 4.5.3 多波束测深系统多波束测深系统 4.5 水深测量系统介绍4.5.3 多波束测深系统654.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.3 4.5.3 多波束测深系统多波束测深系统 系统组成系统组成：多波束声学系统（多波束声学系统（MBES）、多波束数据采集）、多波束数据采集系统（系统（MCS）、数据处理系统和外围辅助传感器）、数据处理系统和外围辅助传感器。4.5 水深测量系统介绍4.5.3 多波束测深系统664.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.3 4.5.3 多波束测深系统多波束测深系统 4.5 水深测量系统介绍4.5.3 多波束测深系统674.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.3 4.5.3 多波束测深系统多波束测深系统 4.5 水深测量系统介绍4.5.3 多波束测深系统684.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.3 4.5.3 多波束测深系统多波束测深系统 4.5 水深测量系统介绍4.5.3 多波束测深系统694.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.5 4.5.5 机载激光测深系统机载激光测深系统 特点特点：覆盖面广、测点密度高、测量周期短、所需人员少、：覆盖面广、测点密度高、测量周期短、所需人员少、低消耗、易管理、高机动性，能实施船只无法到达海域的水低消耗、易管理、高机动性，能实施船只无法到达海域的水深测量。深测量。4.5 水深测量系统介绍4.5.5 机载激光测深系统704.5 4.5 水深测量系统介绍水深测量系统介绍o4.5.5 4.5.5 机载激光测深系统机载激光测深系统 激光测深系统的组成一般有六大部分：激光测深系统的组成一般有六大部分：（1）测深系统（）测深系统（DSSS）（2）导航系统（）导航系统（NSS）（3）数据处理分析系统（）数据处理分析系统（DPSS）（4）控制一监视系统（）控制一监视系统（CNSS）（5）地面处理系统（）地面处理系统（GPSS）（6）飞机与维修设备）飞机与维修设备4.5 水深测量系统介绍4.5.5 机载激光测深系统714.6 4.6 水深测量精度水深测量精度 国际海道测量组织（国际海道测量组织（IHO）确定的依据探测海区的精度要求、）确定的依据探测海区的精度要求、海底覆盖率不同划分定义了四种测量等级：海底覆盖率不同划分定义了四种测量等级：o 一级测量：一级测量：只适用于海道测量部门明确规定的重要海区，在只适用于海道测量部门明确规定的重要海区，在这些海区，船舶只能以最小吃水净深航行，并且其海底特征可这些海区，船舶只能以最小吃水净深航行，并且其海底特征可能对船只航行有危险。能对船只航行有危险。o二级测量：二级测量：适用于其他港口、人口航道、一般的沿岸和内陆航适用于其他港口、人口航道、一般的沿岸和内陆航道，在这些海区，船只的吃水距海底有较大的净深，或海底的道，在这些海区，船只的吃水距海底有较大的净深，或海底的地质特征对船只航行的危险较小（例如松散的淤泥和沙底质）。地质特征对船只航行的危险较小（例如松散的淤泥和沙底质）。o 三级测量：三级测量：三级测量适用于水深浅于三级测量适用于水深浅于 200 m且不被一、二且不被一、二级测量覆盖的海区。级测量覆盖的海区。o四级测量：四级测量：四级海道测量适用于水深超过四级海道测量适用于水深超过200 m且不被一、且不被一、二、三级海道测量所覆盖的其他所有海区。二、三级海道测量所覆盖的其他所有海区。4.6 水深测量精度 国际海道测量组织（IHO）确724.6 4.6 水深测量精度水深测量精度 4.6 水深测量精度 73