|
& s, q0 S6 o, V: I/ M3 } 现如今的测绘市场随便测量一条臭水沟，甲方爸爸都可能要求使用多波束测深仪叫你实现全覆盖测量。而多波束声呐的历史其实并不久远，笔者搜集了一下关于多波束测深仪发展的历史，发现世界上一套民用多波束居然是个80后，其出生地是北欧小国丹麦，型号是SeaBat9001 。
1 I$ y; N3 K/ f" w4 H" i 从溪流大神今年发表的《浅水多波束测深产品发展代际与趋势》（2022年4月9日）文章中，笔者了解到世界上最早的关于多波束测深技术研究可追溯至上世纪60年代美国海军的军事科研项目，而世界上首台多波束测深声呐是在回声探测仪的基础上发展起来的，诞生于上世纪70年代，那一定是用于军事的多波束，这点大家用脚指头都能想得出来！ 9 u" ~' f4 w6 w/ m
世界上第一套民用多波束测深仪是来自丹麦Reson公司的SeaBat9001 ，从笔者收集到的材料来看这款多波束诞生于1991年8月8日。神马！说好的80后为啥出生在1991年，莫非笔者的小学二年级数学课又挂科了？其实SeaBat9001还有个孪生哥哥叫SeaBat6012，只是SeaBat6012是一款多波束图像声呐，而SeaBat9001借鉴了6012的多波束技术做成了测深型声呐。9001他大哥6012诞生于1988年8月8日，你看都是8月8日生人，果然是孪生的吧！
5 g2 p3 c4 E- E0 v2 S+ g L8 d 由此可见，世界上第一套多波束测深仪的大哥是1988年出生的SeaBat6012多波束图像声呐，其后9001又有了几个小弟SeaBat9001S，SeaBat9002，SeaBat9003等。这批SeaBat90XX系列多波束从90年度出到2000年初占据了民用多波束市场，形成了传说中浅水多波束市场的初代目家族——9系！
) h5 g( X9 h0 Y
; {2 g7 L" L' J% [
. V; \6 h6 T8 V$ T( x* [, v 图1. 丹麦Reson公司SeaBat90XX系列历史家族谱（部分） 4 U5 h1 E! N& F$ E ?8 I+ J
图1是笔者能找到的关于民用多波束历史最古老的资料，如果其他喜欢“考古”的老铁们能找到挪威Kongsberg公司或者德国ELAC公司上世纪多波束产品的资料，欢迎来前来交换！言归正传，看家谱还是没有看照片来的真实，正所谓无图无真相，下面分享一下SeaBat9001的珍贵照片，如图2.所示。 6 e3 t9 m) z# _% F- L9 e4 U
2 P' m2 b* l: F: e) b! c; _- X
9 }! ]* W: L. t: Z' j( H7 d 图2.丹麦Reson公司SeaBat9001浅水多波束测深仪
1 i& K% p8 h! }, g) _ 从图上可以看得出来，多波束的湿端是右边黑色的水声换能器，干端是一个台式机电脑。当然，电脑机箱里面是有多波束的处理单元的，显示器虽然又笨又厚但那却是彩色的。控制外设不是键盘也不是鼠标，而是一个控制球，旁边还有各种按键！凭着笔者多年玩波束和被多波束玩的经验与教训，换能器部分的发射单元应该是那个立起来的“黑色圆柱体”，多波束接收阵列应该是长条形近端的弧面阵。当然SeaBat9001换能器工作时，不会是图2这种角度，船体安装的状态应该是“黑色圆柱体”与水平面垂直，弧面阵正对着水底。
6 v) `% t: N+ B( a: L8 w6 s \( q6 ]1 G& j* y6 e0 Z2 @) p
" j) s: t9 @* s. }% y 图3. SeaBat9001多波束换能器安装方式 5 D7 Q9 w9 _4 h7 j2 Y& N+ S
笔者有幸在资料中找到了SeaBat9001多波束的船舷安装方式，如图3所示，船上的小鸟非常可爱！现实当中很难找到当年SeaBat9001多波束老照片，毕竟那时候数码相机都没有普及。国内能查到第一个使用Reson多波束的用户是来自长江水利委员会长江口水文水资源勘测局的周丰年等人，于2002年在《海洋测绘》期刊发表文章“SeaBat9001S多波束系统及其应用”以及周丰年于2004年重力学与固体潮学术研讨会发表的会议论文“SeaBat9001S多波束系统及其在长江水下抛石护底工程监理中的应用”。以上论文中提及的SeaBat9001S型多波束是SeaBat9001的升级版，9001S是集成了9001多波束测深仪与6012多波束前视声呐于一体的设备。由此可见，作为前视声呐使用是，SeaBat9001S的换能器时可以按照一定角度旋转安装的，示意图如图4所示。
! |. P9 M% c- w$ N ^ B5 |0 @' {/ s* y9 }$ A
. I8 D( V, \ M/ V: k 图4. 多波束换能器旋转45°的安装方式 / k- h: D1 N: \( `) \- h0 S9 o) S1 r6 U/ S
功夫不负有心人，笔者终于还是在国外一堂Multibeam Sonar Theory课程资料里找到了一张9001多波束现场安装作业的照片。文章的作者叫Robert Sean Galway ，他写了一篇“Comparision of Target Detection Capabilities of the Reson Seabat 8101 and Reson Seabat 9001 Multibeam Sonars”的论文给Dr. John Hughes-Clarke ，而这位John博士就是这堂多波束声呐理论课程的主讲人。 8 b. }$ D( S7 |# ~
7 b, H- K5 H! J1 A; s: s , T" b9 b; j% r& Q9 Q
图5.SeaBat9001现在安装作业照片
$ p* J; Q! o# n4 b1 S 接下来开始上硬核的技术指标，大家一定好奇当年的多波束性能大概是神马水平。那我们直接引用John博士课堂论文的主要技术参数，详情如下：
; k8 f/ G. b3 R - centre frequency（声学中心频率）: 455 kHz
, |$ p4 d8 Y4 l; q - angular sector (deg.)（覆盖宽度）：90 ° 1 E: m+ y" i+ j5 b
- sounding per swath（波束数）: 60 0 i$ ^" m& _% [& w( w6 |) x) Y
- foreaft beam width（航向波束角）：1.5 ° " e4 ?) y# U- z( s! ^" g$ g3 \
- port-stbd beam width（水平波束角）：1.5 ° ' r6 t* N" A) y+ `
不难看出，SeaBat9001采用单频455kHz声学频率，90度覆盖扫宽，60个波束，1.5°×1.5°波束角。对比如今的多波束系统，当年多波束的主要参数虽然被甩出了好几条街，但那毕竟是计算机还在用DOS系统的年代。从Reson官方公布的SeaBat9001技术参数来看，这款换能器空气中只有5.5kg,还算很轻巧，除了上面的技术参数外还公布了量程分辨率是5cm。换能器探头有2个耐压版本，一个是黑色的350耐压适合船载作业，另一个是煤灰色的500米耐压适合ROV等潜器作业。
( Z2 A. v, N2 O; H3 _1 R" D: z% z4 V+ O* ], H9 j. v: j
8 v. p& T% h! @( o2 t O( }! |
图6.SeaBat9001换能器声学技术指标
( z5 A0 J4 r0 I/ x5 q3 X 作为初代多波束，不但继承了6012多波束声呐的诸多功能，设计者自然也会想到集成侧扫声呐的相关功能。在1994年发布的SeaBat9001 V2.12版本多波束中增加了侧扫声呐选项（Sidescan beam selector）。侧扫声呐相关功能如图7所示。 & H, |6 |3 r0 V0 E, q, l
% f3 V$ W9 p; u2 y
" y+ [0 d5 W- H3 L4 V5 Y 图7.SeaBat9001多波束侧扫声呐模块（说明文件截图）
9 Y" F2 m7 ]$ i) ?, s 后来，SeaBat9001多波束升级到SeaBat9002时，还支持双探头加侧扫声呐探测管线的作业模式。图8所示，双探头作业模式，提高作业效率，增加波束覆盖宽度和探测目标波束覆盖密度。
9 ^0 ?6 V- X: V ^/ \- g* w, g8 Y6 V- x Y3 Y
3 p) o+ e: B- y& V 图8.SeaBat9002多波束双探头+侧扫声呐模块（说明文件截图） ! e: z8 c/ C6 W
最后，大家一起看看当年的采集软件和实时数据显示是啥样的吧。图9所示，笔者的资料来自2004年V3.00版本的SeaBat 9001 Operators Manual，那时候已经有Windows系统了。但图9的软件是不是2004年或者是更早的版本，我们不得而知，如果真有用过Reson 9系列多波束的老前辈，欢迎提供更多的资料和信息。 0 n1 o; N$ s! x; E9 g
2 V. R* C% b/ H+ z3 d1 @ P1 `. E8 \* P& R: M# u9 r
图9.SeaBat多波束+侧扫声呐数据在第三方软件Triton Isis上面的显示效果 2 B0 b2 Q% i9 b I7 O; I( a: Q, B
从第一台民用多波束的技术参数和性能可以看出，Reson公司后面几代多波束，如SeaBat8101,SeaBat8125,SeaBat7125，都是在初代的基础上不断升级，更新换代新产品，从而进一步提升产品技术性能。随着Reson公司团队的壮大，也有不少有想法的产品设计师和工程师自立门户，出去创业并成立了自己的多波束品牌。例如，美国R2Sonic公司和挪威Norbit公司，其主要创始人原来都是来自Reson公司骨干团队。当然，丹麦Reson公司在2010年之后也被美国Teledyne海洋集团公司收购，所以不少人印象中都以为Reson是美国品牌。被收购后的Reson公司接着又兼并了德国Atlas集团的多波束业务，还收购了美国做图像声呐的BlueView公司和美国做测深仪的ODOM公司。如今RESON公司依然活跃在多波束的市场上，其主打的SeaBat-T系列产品，从T20，T50到T51型长期在浅水多波束市场占据着重要的一席之地，并深受高端用户群体的青睐。 p2 z6 b; `, q4 b2 t
) T1 B! n0 E8 E9 C6 D6 M" [# W3 v * Q* v$ p2 @/ k% q
图10. Reson公司多波束发展史（1980-2007） % N0 r7 U a0 a7 q, t9 J0 h8 n
当然，随着近二十年中国经济的发展，海洋装备行业的技术革命也发生在我们每个海洋人的身边，国产浅水多波束在最近五年里越来越多的受到客户的青睐。而作为今天压轴的多波束自然来自我们中国的国产多波束，由于专注军用多波束十多年，可能民用市场有些客户并未十分了解这款国产多波束，但是作为水声圈的行内人，应该都知道这是一款性能指标已经超过了Reson 7125性能的多波束。它就是北京星天科技公司自主研发的GeoBeam2040型多波束测深仪，这是一套集宽带浅水多波束测深仪，它是集成GeoBeamControl显控软件、GeoBeamSurvey采集软件和GeoBeamProcess后处理软件于一身的高效率、高精度、高分辨率测深系统,可实现190kHz-420kHz的频率连续在线可调,兼容多种国内外主流数据格式,以最优软硬件架构为基础高效配合,展示多种地形显示效果。GeoBeam2040型多波束主要技术指标如下： / O1 L" M6 d9 y0 g
技术指标工作频率190-420KHz连续可调，步进10kHz最大波束开角140°垂直航迹波束宽度0.5°平行航迹波束宽度1°波束数512探测范围0.5m-500m最大帧率60Hz测深分辨率0.625cm姿态稳定横摇±10°；纵摇±7˚特色功能支持近场聚焦支持海底跟踪支持水体成像支持实时横摇稳定支持浑水测量支持侧扫成像支持物理指标发射单元尺寸349mm*125mm*147mm接收单元尺寸450mm*160mm*147mm湿端重量19kg（空气）电缆长度15m，可定制供电要求220VAC/48VDC功耗100W（典型）耐压深度50m存储温度-20~65℃工作温度-10~55℃软件配置显控采集软件GeoBeam Control软件导航采集软件GeoSurvey测量软件/自研软件其他可选软件亿点通多波束采集、后处理软件进口软件兼容Caris，PDS2040，Hypack等（处理模块）从技术指标上可以看出，北京星天科技公司的GeoBeam2040型浅水多波束的确是一款与国际主流高端多波束不相伯仲的产品，当然丹麦Reson的产品经过了40年的市场打磨才走到今天，国产多波束自然也需要客户的反复使用和长期考验。这样才能不断的进项产品改进，从而实现产品稳定性和技术性能的全面超越。
' G* f6 g) `& L) C' R. y 最后的最后，上彩蛋，有对周丰年高工的论文《SeaBat9001S多波束系统及其应用》感兴趣的老铁们，关注OceanPhysics公众号，回复“9001论文”，即可免费获取周高工的论文，没有知网中间商赚差价哟！ 神马！你们还想要John博士课程的那篇“Comparision of Target Detection Capabilities of the Reson Seabat 8101 and Reson Seabat 9001 Multibeam Sonars”的论文，那就回复“John”，42页的全英文论文免费送给你！5 U: b+ S: T, T# k
7 i: y/ N! T L
0 P# \' G2 p8 [! ?6 C" y, K' W/ m# g9 L3 b4 j
3 R9 n" R# n0 ]+ K
| 
