|
: c; y# h: s8 f3 t3 i3 m
单波束测深仪原理
7 t, d5 n5 K1 n) v 今天来给大家科普一下可能是海洋测绘用的最多的仪器，单波束测深仪。
, ]/ p& h" T; [ 测深原理' _ f. _+ e. X0 y3 d3 n
和其他水下测量设备一样，单波束测深仪的原理也是通过声呐进行测深。 但是声波是扇形的，能量过于分散，我们测深需要的是水下一个点的数据，所以需要把声波的能量集中发射，最好是一条直线，就是下面这个样子。  6 p; @* D6 F, x
所以就用到了波束干涉原理，通过调整不同阵列单元信号之间的参数，使得某些角度的信号增强，而另一些角度的信号相互抵消，这样就形成了我们需要的波束。
9 x% S. s7 n" m 当然这些具体的是稍微有点复杂的，详细了解的同学可以看看阵列信号处理相关的资料来学习一下。 ; A, Q* C& `3 `4 i, S' y4 J) j6 F" y, `
 当然这个波束不能无限缩小到一个直线，始终是一个扇形且具有一定开角的波束，这个角就是波束角，理论上角度越小，测深仪精度越高。 因为波束打到水底是一个圆斑（有些人也叫做脚印），通过这个圆斑内有限面积的回波来计算这个圆斑的水深。 售价在3-4万元的国产主流单波束测深仪，波束角多为5°-7°。在20米的水深范围下，波束角为7°，圆斑的直径约为2.5米；波束角为5°，圆斑的直径约为1.7米。
% C2 r) F; [+ d' j' Z
通过上述原理我们就可以得到一个水深点（大致）的深度，如果再在这个测深仪上门接一个RTK来获取GNSS数据，那么就可以得到水下的三维坐标。 0 f' X; x; K8 C3 l
测深优势! t: u" h ~4 Q- J
相对于在船上通过RTK戳到水下的传统测量方式，测深仪在精度上有绝对优势吗？
8 l+ n7 ?+ q h4 H% E, G 
3 p* R7 r" H+ I9 k* z
我觉得并不见得，由于声速在水中受到温度盐度和压力的影响，不同水深的声速也不一致，当然考虑到声音在水中一般1500米/秒的速度。在内陆50米以内的水深中基本可以忽略不计。
4 K* d& \5 |& M$ `$ W1 o  在入海口和死水深的水域（矿坑）误差就会有点大，需要用声速剖面仪器来修正数据，当然这种地方正常人也只能用测深仪来测。
/ Q' s2 P4 W+ }- s7 G b 当然测深仪最颠覆的一点是效率，在水下开机就开工作采集数据，在船上或平台上沿着一条直线移动时，它会连续地发射和接收声波，从而得到一系列的水深数据点。这些数据点组成了一条测线。 
7 X7 c) ]2 n1 W& w2 [% u6 |( N 理论上，船开得多快，测量的速度就有多快。
$ Q. J9 Y4 b2 x% O0 n 主流厂家
# H5 K/ P2 N, H0 c 国内做测深仪这种海洋装备的厂家比较多。除了传统测绘仪器厂家南方测绘、华测导航、中海达以外，还有专耕海洋测绘市场的海卓同创、无锡海鹰、星天海洋等。不过除海鹰外，其他两家好像都看不上单波束这点市场，而专注做高端的多波束设备。 4 k/ |0 A) m4 X! U
性能上，国产单波束只能说可以满足绝大部分需求，测量范围多在500米以内，很少有超过千米的，而且测浅水（1米以下）时感觉效果一般。而海洋测绘装备厂家中的“老大”Kongsberg，其产品测深范围可达到3000米。 5 A6 c' s/ l2 E+ M! a
i; h# a. [6 o8 P7 A5 n  
0 n' X* k+ _/ E9 j, Y
测深数据
! U1 V! ~$ s/ U; z 现在各家测深仪后处理基本都是一套流程，由于测深数据是一条条测线，各家通过自己算法过滤掉大部分假水深。  4 L& K: F. _8 R( g' u3 V7 r7 U- I
然后手动将部分算法未过滤掉的假水深修正到正确的水深线上，然后通过间距采点来导出水底高程点数据。 * b5 {& `2 o% d
6 u! o& a9 k1 {
最后导出数据如下。  # ?* k! F+ Q& E0 d6 }4 [! I
（作者：陈哲宇 单位：广州中海达卫星导航技术股份有限公司） ↓↓ 了解更多产业要闻↓↓
" n5 B* W1 d7 L s1 {+ H |5 ^$ r- g 请将我设为星标★ 来源：中国地理信息产业协会（转载请注明来源，并在“阅读原文”增加本文链接）编辑：李 娟审核：余 青: I: {9 m- o) H
>>2023年中盘点文章合集
" x" l$ E z* ~& \' V >>协会通知
1 N- f5 q3 n/ S; m! K1 c 关于2023年度国家科学技术奖提名遴选工作的通知
/ M; u5 u- r! s: S" v, P 关于发布实景三维相关软件测评结果的公告
% L: N1 R! B9 D6 u 关于举办地理信息科技与工程优秀成果研讨班的通知 , l; s9 y( P' k/ S
关于开展2024地理信息科技进步奖申报工作的通知 2 ]/ |3 p0 T3 w
关于开展2024地理信息产业优秀工程申报工作的通知 3 l0 [! T. F1 y$ {+ b3 i/ h
协会通知 | 关于开展地理信息科技成果评价工作的通知 8 \4 Z% w8 Y% e4 Y" x
关于学习贯彻《自然资源部关于加快测绘地理信息事业转型升级 更好支撑高质量发展的意见》的通知 # _0 m6 i; b; k* q
关于缴纳会费的通知 7 G% k( q! V @$ p- ]1 Q
关于征集2023年中国地理信息产业协会团体标准（第二批）的通知 2 N4 U( \3 q( g3 k
关于组织关注协会公众号、指定通讯员及公众号征稿的通知 ; D) C! ~2 C% ~% p5 E9 l$ R
征稿启事 | 地理信息产业“预见2023”专栏 >>近期要闻
* Q4 P$ j+ Y) W' {/ t 中央经济工作会议在北京举行 习近平发表重要讲话
* v1 w/ `5 k& Z6 n 国家数据局：《“数据要素×”三年行动计划（2024—2026年）（征求意见稿）》向社会公开征求意见 : F7 o/ ` g9 |8 w
自然资源部：印发《自然资源标准化工作三年行动计划（2023-2025年）》 - g; n) s* S" K
国家安全机关会同有关部门开展地理信息数据安全风险专项排查治理 % X6 I6 K/ K6 S
中国地理信息产业协会在广州市开展调研  3 o( z: T4 ]$ j# B3 }* a6 R
3 E" x! Z7 k3 Z- W) w$ b
$ i `0 F! f! S+ N& C- U 
- r$ M; s5 N* z S, X, E: o 
 征稿启事 . _3 O6 D' i% _% r
“预见2023”“企业家风采”“新品发布汇”“产学研合作”“国际市场”“地信企业”“专精特新”“会员动态”等主题宣传（专栏）进行中，欢迎投稿！ ! q5 ^8 v. f! P9 q( F7 w
联系人：李娟 13370105015（微信） 5 x% [" N/ A2 g W2 x
邮箱：xc@cagis.org.cn
0 X) A* u( ?! M* l 
8 h- {4 C. ^) [: B2 s3 C- f% H 科普专栏，欢迎投稿 , L1 L6 o2 ]4 t3 m& S( W
3 ~7 R2 m+ y; l! W9 U: x
' H* G1 w: p& X6 W, t
3 H/ v7 |/ V9 t+ D7 [# c% f' N
2 s- b$ u I" h$ ?5 n/ K8 O
| 
