条带设计就是如何布设测线,其原则是根据多波束系统的技术指标和测区的水深、水团分布状况,以最经济的方案完成测区的全覆盖测量,以便较为完善地显示水下地形地貌和有效地发现水下障碍物(李家彪,1999)。
测线布设前需要确定测区准确范围和水深分布情况。测线布设是否合适对多波束测深的质量与效率产生重要影响。测线布设的技术要求有以下几点(李家彪,1999):
①在满足精度要求的前提下,根据多波束系统在不同水深段覆盖率的大小,把测区按水深划分为若干区域,每个区域的水深变化均在多波束系统相同覆盖率的范围内。
②测线分为主测线与检查线。主测线要尽可能地平行等深线,这样可最大限度地增加海底覆盖率,保持不变的扫描宽度;检查线垂直于主测线布设。检查线跨越整个测区并与主测线方向垂直,长度一般为主测线的5%~10%。
③测线间距以保证相邻条带有10%的相互重叠为准,并根据实际水深情况及相互重叠程度进行合理调整,避免测量盲区。
④在测线设计时尽量避免测线穿越主要水团,并根据海水垂直结构的时空变化规律采集足够的海水声速剖面。
条带设计时根据测区水深分布情况主要考虑两方面的工作:测线方向和测线间隔。下面从这两个方面具体阐述条带设计过程。
1.测线方向
测线布设时首先需要确定测线方向。测线方向的确定与实际测量海区水深分布情况有关,根据测区内不同的水深分布划分出各个水深分布情况相近的子区域,对各个子测区具体分析,设计符合该子测区水深分布特点的测线。
对于远海区域或平坦海区,测线方向可与海底地形的总体走向保持一致,测线之间以平行方式布设。
对于沿岸海区或河道两侧存在水下斜坡情况,如水下斜坡等深线方向变化平缓或基本保持不变,一般将测线平行等深线方向布设,这样布设测线的原因主要有以下两点:
①多波束系统的测点沿侧向比航向上更密集,将测线与等深线方向平行布设,更有利于对海底地形地貌的表达。
②在多波束系统扇区开角不变的情况下,若不考虑声线折射影响,扫幅宽度与水深成正比变化。因此若测线布设方向与等深线垂直,对于倾斜海底,则会出现扫幅宽度在浅水区窄而深水区较宽的梯形变化(图6-40),使得浅水区域相邻条带间出现测量盲区。
图6-40 相邻条带扫幅宽度随水深变化示意图
对于岛礁周边、海湾、河口与河流等水下地形复杂区域,水深变化没有明显的规律,因此等深线方向变化较大,在此类测区内布设测线时,主要考虑的是作业的方便,尽量布设为直线,避免不必要的转向。
2.测线间隔
在确定测线布设的方向后,还需考虑测线布设的间隔。测线间隔的确定同样需考虑测区内水深分布情况。根据不同的水深情况,相应选取等间隔测线或不等间隔测线的布设方式。(www.daowen.com)
(1)平坦海区和远海区域
对于平坦海区,可使用相同扫幅宽度设计测线间距。此时测线设计可在满足测深精度要求的前提下采用最大扫描宽度,以提高测量效率。
以Seabat7125为例,选最大扇区开角进行测深,可达5.5倍水深扫幅宽度。考虑到可能的横摇影响和小量的地形起伏,保守选择5倍水深扫幅宽度,但考虑到相邻条带需要有不少于10%的重叠度,则应采用4.5倍水深的扫幅宽度来确定测线间距,如图6-41所示的虚线为5.5倍水深扫幅宽度边缘。
图6-41 相邻条带重叠示意图
(2)沿岸海底斜坡区域
对于沿岸海底斜坡区域,从岸边开始,水深逐渐增加。如采用相同的测线间距布设测线,随着水深的增加多波束系统的扫幅宽度增加,相邻条带的重叠度也伴随增加,使得测量效率下降。为了避免出现测量盲区且兼顾测量效率,可根据海底斜坡的水深分布状况,保证相邻条带不少于10%重叠度下选用不等的测线间隔(图6-42)。
图6-42 不等间隔多波束测线布设效果图(Hughes Clarke,2010)
(3)水深变化较大的河道
河道一般水深变化剧烈,水深分布以两侧河岸区域浅、中间河床区域深为特点。测线布设方向与河道等深线方向平行。对于靠近河岸区域,水深变化明显,可选用不等间距测线布设方式。对于河道中央宽阔区域,水深变化平缓,可选用等间距测线布设方式。图6-43为测线布设效果图。
图6-43 河道多波束测线间隔布设效果图(Hughes Clarke,2010)
(4)其他复杂区域
岛礁周边、海湾、河口与河流等区域水下地形复杂,因地理条件限制,少量测线布设为与等深线方向一致的曲线时,船速尽量保持较低的水平,并采用GNSS与惯导组合定姿方式改善姿态测量结果。不同水深区域的测线间距可根据相邻条带不小于10%重叠度适当调整。图6-44为此类测区测线布设示例。
图6-44 复杂测区测线布设示例图(Hughes Clarke,2010)
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