CN109765595B - 用于水下隐蔽工程的多波束检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下隐蔽工程的多波束检测系统，安装在测试船上，包括计算机，以及分别连接所述计算机的GPS模块、多波束系统、三维扫描仪、第一声速仪和第二声速仪，所述GPS模块进行定位；所述多波束系统进行水深测量；所述三维扫描仪检测沉箱缝宽；所述第一声速仪在不同时段分层测出测区声速剖面；所述第二声速仪进行所述多波束系统的换能器表面声速测定；所述计算机一方面根据定位信息进行定位导航，另一方面对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图。能够对水下隐蔽工程的施工质量准确评判。

Description

用于水下隐蔽工程的多波束检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及多波束检测系统及检测方法。

背景技术

随着水运工程建设的发展，港口及航道等日趋大型化和深水化。水运工程施工项目因其独特的施工位置，决定了施工中的基础部分要在水下进行，特别是重力式码头的水下基础部分、沉箱安装等施工，既是码头工程中最难的一部分，也是最重要的一部分，直接关系到水运工程的基础稳定和结构安全。

水下作业施工是工程难点部位，港口水下工程在施工时经常要受海洋的风浪、水流等多方面的因素影响，施工时的质量不易控制，且由于工程部位处于水下，无法用肉眼直观地看到或用常规的检测工具评判其施工质量。因此，全面、准确地评判水运工程项目中的水下工程施工、修护与维护质量，提高整体结构安全，迫切需要水下工程质量检验手段的技术突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多波束检测系统及检测方法，能够对水下隐蔽工程的施工质量准确评判。

实现上述目的的技术方案是：

一种用于水下隐蔽工程的多波束检测系统，安装在测试船上，包括计算机，以及分别连接所述计算机的GPS(全球定位系统)模块、多波束系统、三维扫描仪、第一声速仪和第二声速仪，其中，

所述GPS模块进行定位，并把定位信息发送给所述计算机；

所述多波束系统进行水深测量，并将测量结果发送给所述计算机；

所述三维扫描仪检测沉箱缝宽，并将检测结果发送给所述计算机；

所述第一声速仪在不同时段分层测出测区声速剖面，并将测定结果发送给所述计算机；

所述第二声速仪进行所述多波束系统的换能器表面声速测定，并将测定结果发送给所述计算机；

所述计算机一方面根据定位信息进行定位导航，另一方面对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图。

优选的，还包括：

用于对所述多波束系统进行姿态校准的光纤罗经运动传感器；

用于水准测量及潮位观测零点校正的水准仪；以及

用于潮位观测的自记式水位计。

优选的，所述多波束系统进行的水深测量，包括：

对基槽开挖后的基底及边坡进行检测；

对基床抛石后、整平后的顶标高及轮廓线进行检测；

沉箱安装后，对码头后方倒滤层铺设轮廓线进行检测；以及

防波堤护岸抛石后，对抛石及冲蚀情况进行检测。

优选的，所述计算机包括：

根据定位信息进行定位导航的导航模块；

对各接收数据进行处理的数据处理模块；以及

根据处理后的数据绘制水深图和水下地形模型图的图像生成模块。

本发明的基于上述的多波束检测系统的检测方法，包括：

在水深测量之前，利用GPS模块进行控制点坐标复核测量；

进行潮位站布设和观测；

利用多波束系统进行水深测量；

利用第一声速仪和第二声速仪进行声速测定；

三维扫描，利用计算机定位导航，以及对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图。

优选的，所述的水深测量，包括：

进行多波束系统的各项校准；

进行测线布设；

进行平面定位；

进行多波束扫测。

优选的，计算机将水下地形模型图展现在BIM(建筑信息模型)平台中。

本发明的有益效果是：本发明通过多波束进行水深测量，结合三维扫描，数字化形成水深图和水下地形模型图。从而能够全面、准确地评判水运工程项目中的水下工程施工、修护与维护质量，提高整体结构安全。

附图说明

图1是本发明的用于水下隐蔽工程的多波束检测系统的结构图；

图2是本发明的多波束检测系统的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的用于水下隐蔽工程的多波束检测系统，安装在测试船上，包括计算机1，以及分别连接计算机1的GPS模块2、多波束系统3、三维扫描仪4、第一声速仪5、第二声速仪6、光纤罗经运动传感器7、水准仪8和自记式水位计9。

GPS模块2进行定位，并把定位信息发送给计算机1。多波束系统3进行水深测量，并将测量结果发送给计算机1。水深测量，包括：对基槽开挖后的基底及边坡进行检测；对基床抛石后、整平后的顶标高及轮廓线进行检测；沉箱安装后，对码头后方倒滤层铺设轮廓线进行检测；防波堤护岸抛石后，对扭王块、四方块等抛石及冲蚀情况进行检测。

三维扫描仪4检测沉箱缝宽，并将检测结果发送给计算机1。第一声速仪5在不同时段分层测出测区声速剖面，并将测定结果发送给计算机1。第二声速仪6进行多波束系统3的换能器表面声速测定，并将测定结果发送给计算机1。

计算机1一方面根据定位信息进行定位导航，另一方面对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图。具体地，计算机1包括：根据定位信息进行定位导航的导航模块；对各接收数据进行处理的数据处理模块；根据处理后的数据绘制水深图和水下地形模型图的图像生成模块。

光纤罗经运动传感器7用于对多波束系统3进行姿态校准。水准仪8用于水准测量及潮位观测零点校正。自记式水位计9用于潮位观测。

请参阅图2，本发明的基于上述的多波束检测系统的检测方法，包括下列步骤：

步骤S1，在水深测量之前，利用GPS模块2进行控制点坐标复核测量。在已知控制点(2或3个)上观测采集平面坐标值，与该点已知坐标进行比较。将已知高程控制点布设成附合水准路线，按四等水准进行观测，平差计算，高程中误差满足规范要求则启用相应高程控制点(网)。

步骤S2，进行潮位站布设和观测。多波束测量的同时，在作业区附近设立临时潮位观测站进行同步潮位观测，有效控制测区范围内的潮位变化。观测数据均记录至0.01m，扫海测量前10min开始观测，测量结束后10min停止观测，测得多波束数据按时段进行潮位改正。

步骤S3，利用多波束系统进行水深测量；具体包括：

进行多波束系统的各项校准。参数校准包括横摇偏差(Roll)、纵摇(Pitch)、艏摇(Yaw)。具体做法如下：

Roll：在平坦区域布一条测线，测量船以相同速度在测线上往返行驶各一次。

Pitch：选择海底特征地貌，在目标的正上方布设一条测线，测量船以相同速度在测线上往返行驶各一次。

Yaw：选择海底特征地貌，在其两侧平行布设两条测线，测线间隔应使一条测线的边缘波束覆盖另一条测线的航迹。测量船以相反方向相同航速沿两条测线分别采集两组数据。

进行测线布设。多波束的主测线原则沿水下地形走向(即水深等深线总方向、挖槽轴线或岸线)布设，以测区最小水深4倍为测线宽度，并保证相邻间测幅线20％重叠，两区块相连接处扫测时应有一条测线重叠。在本次海上外业作业期间我们根据实际水深情况和现场作业环境情况合理调整测线间距，以避免出现漏测或不必要的过量重叠，从而提高工作效率。

扫海趟与测区边界重叠带宽度计算公式为：

两扫海趟边缘界重叠带宽度计算公式为：

其中：E0为测量船定位中误差,m0为定位点计入中误差；E1为测量船偏航系统误差。

进行平面定位。

进行多波束扫测。为保证扫测范围全面而有效的覆盖，根据测区水域的水深情况布设测线，测线断面间距设置为3倍水深，保证相邻测线的重叠度为20％。在施测过程中严密监控多波束探头的信号情况，实时调整波束角、量程以及功率，以消除噪声，保证信号的准确度。扫测结果形成*.PDS文件，作为后处理的原始数据。扫测过程中使用第一声速仪5和第二声速仪6进行声速测定，根据声速剖面文件，对多波束水深数据进行声速改正。

步骤S4，利用三维扫描仪4三维扫描，利用计算机1定位导航，以及对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图。利用BIM技术，计算机1将水下地形模型图展现在BIM平台中，做到各相关方可通过BIM模型查看监测数据及历史曲线，辅助项目施工过程中管控。辅助对基槽超深超宽进行控制，对整平的基床进行复合进而指导沉箱安装工作。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种用于水下隐蔽工程的多波束检测系统，安装在测试船上，其特征在于，包括计算机，以及分别连接所述计算机的GPS模块、多波束系统、三维扫描仪、第一声速仪和第二声速仪，其中，

所述GPS模块进行定位，并把定位信息发送给所述计算机；

所述多波束系统进行水深测量，并将测量结果发送给所述计算机；

所述三维扫描仪检测沉箱缝宽，并将检测结果发送给所述计算机；

所述第一声速仪在不同时段分层测出测区声速剖面，并将测定结果发送给所述计算机；

所述第二声速仪进行所述多波束系统的换能器表面声速测定，并将测定结果发送给所述计算机；

所述计算机一方面根据定位信息进行定位导航，另一方面对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图；

还包括：

用于对所述多波束系统进行姿态校准的光纤罗经运动传感器；

用于水准测量及潮位观测零点校正的水准仪；以及

用于潮位观测的自记式水位计；

所述多波束系统进行的水深测量，包括：

对基槽开挖后的基底及边坡进行检测；

对基床抛石后、整平后的顶标高及轮廓线进行检测；

沉箱安装后，对码头后方倒滤层铺设轮廓线进行检测；以及

防波堤护岸抛石后，对抛石及冲蚀情况进行检测。

2.根据权利要求1所述的用于水下隐蔽工程的多波束检测系统，其特征在于，所述计算机包括：

根据定位信息进行定位导航的导航模块；

对各接收数据进行处理的数据处理模块；以及

根据处理后的数据绘制水深图和水下地形模型图的图像生成模块。

3.一种基于权利要求1所述的多波束检测系统的检测方法，其特征在于，包括：

在水深测量之前，利用GPS模块进行控制点坐标复核测量；

进行潮位站布设和观测：多波束测量的同时，在作业区附近设立临时潮位观测站进行同步潮位观测，有效控制测区范围内的潮位变化，观测数据均记录至0.01m，扫海测量前10min开始观测，测量结束后10min停止观测，测得多波束数据按时段进行潮位改正，

利用多波束系统进行水深测量，包括：

进行多波束系统的各项校准，参数校准包括横摇偏差、纵摇、艏摇；具体做法：横摇偏差：在平坦区域布一条测线，测量船以相同速度在测线上往返行驶各一次；纵摇：选择海底特征地貌，在目标的正上方布设一条测线，测量船以相同速度在测线上往返行驶各一次；艏摇：选择海底特征地貌，在其两侧平行布设两条测线，测线间隔应使一条测线的边缘波束覆盖另一条测线的航迹，测量船以相反方向相同航速沿两条测线分别采集两组数据；

进行测线布设：多波束的主测线原则沿水下地形走向布设，以测区最小水深4倍为测线宽度，并保证相邻间测幅线20％重叠，两区块相连接处扫测时应有一条测线重叠；

扫海趟与测区边界重叠带宽度计算公式为：

两扫海趟边缘界重叠带宽度计算公式为：

其中：E0为测量船定位中误差,m0为定位点计入中误差；E1为测量船偏航系统误差；

进行平面定位；

进行多波束扫测：根据测区水域的水深情况布设测线，测线断面间距设置为3倍水深，保证相邻测线的重叠度为20％；在施测过程中严密监控多波束探头的信号情况，实时调整波束角、量程以及功率，以消除噪声，保证信号的准确度；扫测结果形成*.PDS文件，作为后处理的原始数据；扫测过程中使用第一声速仪和第二声速仪进行声速测定，根据声速剖面文件，对多波束水深数据进行声速改正；

三维扫描，利用计算机定位导航，以及对接收信息进行处理，并数字化形成水深图和水下地形模型图。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，计算机将水下地形模型图展现在BIM平台中。

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