SILAS適航水深測量培訓資料(共35張)

1、SILAS適航水深測量系統(tǒng)應用適航水深測量系統(tǒng)應用 2013年度測量隊業(yè)務培訓廣州海事測繪中心王 久 引言 根據(jù)淤泥質(zhì)海港適航水深應用技術規(guī)范(JTJ/T325-2006)的表述，床面泥沙顆粒中值粒徑0.03mm，淤泥顆粒之間有粘結力并在海水中呈絮凝狀態(tài)的海岸港和河口港為淤泥質(zhì)海港。 因為淤泥質(zhì)海港岸灘物質(zhì)組成較細，絮凝狀的泥沙顆粒在潮、浪作用下，主要呈懸沙輸移，沉落到水底后，在尚未密實前的一段時間內(nèi)具有很強的流動性，易發(fā)生浮泥現(xiàn)象，浮泥性質(zhì)與水相似，幾乎不存在抗剪切力，可供航行，浮泥密度的上限一般認定為1200-1250/m，下限為1030-1080/m。隨著水體中懸移的泥沙沉落增多，浮泥進

2、一步密實，逐漸形成流泥，密度范圍一般為1250-1550/m。當孔隙水被排走，密度增加到1550-1700/m時，在水流作用下不會再直接懸揚，屬于流塑淤泥的范疇。 現(xiàn)今，隨著各深水港池航道挖槽水深越來越大，回淤加劇，疏浚的泥沙拋沉于航道兩側時，床面的泥沙容重小，更易起動，在遇到合適的動力條件，則集中于航槽，浮泥回淤問題可能更加突出。按密度劃分淤泥，可以細化浮泥的密度分層，有助于分析特定目標層的流變特性，從而減少疏浚量，節(jié)約資金。 由于密度分層不易界定，淤泥測量至今仍然是個較為復雜的問題。國內(nèi)過去一般使用射線密度計和三爪砣法測定淤泥密度。然而，操作放射性設備需要嚴格的技能培訓和特殊的施工許可，且

3、工作效率低，對人員和被測區(qū)域環(huán)境有潛在的放射性危害，安全性不易控制。三爪砣測量，簡單靈活、價格低廉、操作安全簡便，但其對測量環(huán)境要求較高，依賴于制造、測量環(huán)境、測量員的感知和熟練程度，精度較低。由于是純粹的人工作業(yè)，其效率也低下。 SILAS系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 SILAS系統(tǒng)利用雙頻測深儀發(fā)射低頻聲波信號，聲波在通過的聲阻抗不同的兩種介質(zhì)時，在媒界面上將產(chǎn)生反射，密度差別越大，則聲阻抗差別越大，反射的聲強度也就越大，這種密度上的差別被定義為“密度梯度”。由于聲波的反射和密度梯度之間的關系是已知的，即每一次反射都是因為密度的梯度變化引起的，因而可以對密度梯度進行量化處理。利用標定過的聲源信號來記錄

4、反射信號的強度，以及根據(jù)聲源信號的增益(放大倍數(shù))及時變增益(TVG)等參數(shù)就可以高精度地測定密度的梯度值，再根據(jù)密度梯度的變化，求取每個特定深度上的相對密度值。 再通過使用密度計進行單點密度測量，建立起反射強度和絕對密度之間的對應關系，從而確定整條斷面不同深度上的密度值。藉此推算出泥質(zhì)屬性相同的測線和每個給定密度值所對應的水深值，同時提取各點的定位值，則相應密度層水深值減去高頻水深值即為該密度層厚度，如下圖所示。 SILAS系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 某次大鏟測線斷面，其中藍線為高頻水深值，紅線為浮泥密度層底部對應水深值，黑色圓圈為左圖測定密度梯度，最下方的圓圈處曲線為測定淤泥層分界線SILAS浮泥測

5、量系統(tǒng)構成 一套完整的SILAS浮泥測量系統(tǒng)由以下幾部分組成。 1、數(shù)據(jù)采集及處理軟件及密碼狗 軟件包含5個模塊：數(shù)據(jù)采集(Acquisition)；數(shù)據(jù)處理(Processing)；密度編輯(RheoEdit)；密度采集(RheoLog)；密度校正(Rheoca1)。 2、 RheoTune音叉密度計 RheoTune相關技術參數(shù)： 剪應力強度范圍：0200 Pa；粘性范圍：0600 Pa；密度范圍：密度范圍：100010001800g1800g/ /L L；精度：所量的密度的l ；分辨率：l g/L；溫度范圍：060；深度范圍：060 m；更新速率：20 Hz；電源：110220 VAC，

6、35 w ；面積：橫截面650mm x 150 mm；重量(干重)：l5 kg；深度精度：所量深度的0.15；角度測量：2個傾斜計；輸出：以太網(wǎng)UDP 3、裝有采集軟件及AD轉(zhuǎn)換卡的電腦 4、具有sILAs輸出格式的雙頻測深儀(如：0D0M MK III) 5、DGPS 另外，一般一般還需要裝有導航軟件(如PDS、HYPACK等)的導航電腦，利用其類似ShareMemory共享內(nèi)存工具將坐標和時間數(shù)據(jù)實時輸出給Silas采集軟件用于時間同步校準。外業(yè)數(shù)據(jù)采集1、導航數(shù)據(jù)及聲信號采集 導航軟件設置 使用HYPACK導航時，需手動添加三個驅(qū)動：deso20s、 seismic、 outinfo.

7、deso20s為雙頻測深儀數(shù)據(jù)輸入格式，相應的在測深儀中應設置輸出格式為Atlas deso20； seismic為HYPACK輸出至Silas Acquisition模塊中的導航數(shù)據(jù)格式，與深度數(shù)據(jù)匹配； outinfo為HYPACK輸出至RheoLog模塊的導航數(shù)據(jù)格式，與密度數(shù)據(jù)匹配。 需要注意的是，如果只是用一跟數(shù)據(jù)線輸出導航數(shù)據(jù)，則seismic與outinfo可設置同一個端口輸出，測量時Disable其中一個。 測深儀設置 聲信號采集使用DF-3200MK II雙頻回聲測深儀，連接及使用方式與單頻3200測深儀差異不大； 淺海航道的噪聲頻譜分布一般在100Hz-30kHz范圍內(nèi)，故

8、在進行測量時，頻率通常選擇高頻200 kHz或210kHz，低頻24kHz或33kHz。 通過DF-3200MK II雙頻回聲測深儀自動增益控制(AGC)、門限控制(THRESHOLD)、盲區(qū)控制(BLANKING)、Subbottom Range、發(fā)射脈沖寬度調(diào)節(jié)等功能，可以有效降低海洋噪聲的影響； 此外，在經(jīng)過邊坡和地形陡變水域時，由于波束角效應易造成漫反射和高低頻信號不同步，從而形成假水深，降低船速可以有效避免。外業(yè)數(shù)據(jù)采集 Silas Acquisition模塊設置 聲速、吃水等參數(shù)因為可以在后處理時寫入，不做強調(diào)。運行前需要先打開AD卡，記錄時可選則AUTO START。 AD卡設置

9、：DAQP16為是用串口PC卡時設置，我們通常是用PCI接口的AD卡，選擇PowerDaq，Start、End為最深最淺水深過濾選項，Rate取決于AD卡的傳輸速率，在外業(yè)測量時使用同一數(shù)值，過程中不要變更。外業(yè)數(shù)據(jù)采集 導航數(shù)據(jù)接收設置：輸入類型選擇Hypack，選擇與seismic 輸出數(shù)據(jù)線連接的端口打開，輸入數(shù)據(jù)格式為$STEMA,int,XXXXXX.XX,YYYYYY.YY,depth,SSSSS.SS,chainage，在input框內(nèi)檢查。 切記，保持同步（切記，保持同步（Synchronize ContinuouslySynchronize Continuously）前一定要

10、打勾，然后同步，應）前一定要打勾，然后同步，應用。用。外業(yè)數(shù)據(jù)采集2、密度數(shù)據(jù)采集 密度數(shù)據(jù)采集一般在測量后的平潮時間進行，密度采樣點參考記錄紙和Acquisition模塊聲信號采集情況，一般在主測線與副測線或檢查線交叉且淤泥較厚處設置，定位要準確，如有偏差應布設測線重新經(jīng)過采樣點。密度計使用如下： 連接數(shù)據(jù)線接口，注意輕旋輕按，針腳比較脆弱，線頭是直的，不能彎折； 外業(yè)數(shù)據(jù)采集 量取數(shù)據(jù)線或者保護繩長度，水深小于20米時，一般取4米和10米做兩點深度校正，量至音叉探針頂端處； 外業(yè)數(shù)據(jù)采集 連接電源（230V）及網(wǎng)線，網(wǎng)卡固定IP如下（如有需要修改，注意改回），插好軟件狗（DEN開頭，內(nèi)外業(yè)

11、同一個）；外業(yè)數(shù)據(jù)采集 打開外業(yè)采集軟件對密度計進行校準，正常的校準包括深度、溫度、斜率三方面及最后進行的密度校準，因條件所限及新一代Rheotune粘度計特性，我們一般載入驗收設備時的校準文件dp327.rhe后重新做溫度和深度校正即可，需注意的是溫度校準時的感溫時間要稍長，校準時保持探針在水面下，深度校準時小于20米水深需要進行兩點校準； 外業(yè)數(shù)據(jù)采集 設置導航數(shù)據(jù)格式，Disable之前的seismic驅(qū)動，激活outinfo驅(qū)動，下圖是RheoLog中設置，輸入類型選擇Hypack，端口如前；外業(yè)數(shù)據(jù)采集 軟件窗口如下，Auto Star可選，速度選負值，不要太大，注意深度及溫度變化是

12、否正常，采集數(shù)據(jù)時音叉下放速度不要太快，及時檢查數(shù)據(jù)，每次收回后重新下放前要沖洗音叉。外業(yè)數(shù)據(jù)采集 采集數(shù)據(jù)結束后，擰開保護壓力傳感器的螺栓，沖洗干凈殘留泥沙，重新上緊螺栓，注意別上太緊，比手勁稍大即可； 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理1、密度數(shù)據(jù)處理 載入數(shù)據(jù)，輸入潮位，單位為厘米，符號為正，生成時載入潮位選項前打勾；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 生成項目后，更改標記密度層，一般第一層為高頻水底，第二層為適航密度層，第三層為觸底密度，觸底一般1300g/l左右，以上單位為g/l，*9.8可換算成重度值(大鏟為12.20kn/m，湛江寶滿為12.00kn/m ，南沙港和臺山電廠為12.30kn/m，珠海電廠為12.40kn/m

13、)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 軟件界面如下：內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 AUTO EDIT或者手工編輯（可在深度和壓力兩個界面查看）數(shù)據(jù)后輸出數(shù)據(jù)。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 密度測量的誤差主要有以下幾種： 1)采樣點位置偏差造成的誤差 一般說來，采樣點與實際測線的距離不要超過5米，越近越好，如果距離過遠，在后處理計算密度層時，應予以剔除。因此，一般應在完成聲信號采集后進行密度采樣，此時可根據(jù)航跡線和記錄紙情況選擇采樣點，如在測前進行采樣，則應布設通過采樣點的測線進行聲信號采集。此外，實際采樣時，可根據(jù)水深情況盡量選擇開闊區(qū)域，定位誤差對結果的影響較小。如底質(zhì)變化較大，則應進行加密采集。 2)音叉采樣時的傾斜誤差 當音叉測量端到底后

14、會傾斜，導致傾斜角度突然加大?；旧希绻麅A斜超過10-12度，說明探針已到達最大深度，須在內(nèi)業(yè)處理時剔除。 3)密度計粗差 當音叉接觸某些硬物或砂質(zhì)層，容易導致假信號生成。單點假信號可放心刪除，但兩點或三點以上的假信號需要根據(jù)分層的結構判斷。此外，當快速放下探針或因為浮泥層很薄，可能會采集不到數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)處理時盡量避免使用數(shù)據(jù)刪除，應通過增加和移動點位進行內(nèi)插修正。采樣時宜選擇有代表性的浮泥層，按照一般經(jīng)驗至少選擇幾個厚度超過0.70米的位置較為合適。 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理2、聲信號數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理在Silas Processing模塊中進行。 新建項目，匹配外業(yè)采集*.SEI數(shù)據(jù)與定位*.XYZ數(shù)

15、據(jù)，如果不在同一天完成，在加完潮位以后，可以手工編輯*.prj文件合并為同一個項目數(shù)據(jù)； 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 管理層，新建浮泥層，類型Density；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 加載潮位、聲速、吃水等數(shù)據(jù)，潮位數(shù)據(jù)可以直接采用HYPACK輸出的*.tid潮位文件，數(shù)值為負；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 編輯Bottom數(shù)據(jù)，進行自動底跟蹤生成Bottmo水深線，然后對局部進行手工編輯。參數(shù)設置的原則是：高頻信號在噪聲線以上，低頻信號盡量調(diào)低，但也要在噪聲線以上；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 浮泥層處理理論上選擇越多的采樣點，精度就越高，但在實際經(jīng)驗中，偏差較大的點應首先剔除。Silas 2.0版本提供兩個浮泥層處理模型，漸進模型(Cumulat

16、ive Model)和梯度模型(Gradient Model)，梯度模型在Cumulative Model的分析結果上進行，兩者組合使用精度較高，但要求采樣點數(shù)量比較大。2009年在大鏟測量時布設縱橫測線，加密采樣點數(shù)量，比較兩種方法，成果差異不大，所以我們?nèi)赃x用Cumulative Model，第一步界面如下，首次使用沒有校準文件則不選；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 下一步打開RheoEdit模塊輸出的密度文件*.dat，影響范圍我們一般設定為10米，越近越好，脈沖長度可以在數(shù)據(jù)界面上看到，水的密度取決于*.dat文件中設定，點擊采樣點可以查看到測線距離，正常范圍內(nèi)顯示為黑色，雙倍范圍內(nèi)顯示為紅色，超出雙倍

17、范圍則不顯示；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 下一步，估算信號強度，平均步長一般設置在5-55之間，信號質(zhì)量變化越明顯，則數(shù)值應越大，到達信號需手動調(diào)節(jié)，盡量使紅線橫穿過幾個點，設置完成后Compute，自動擬合出最佳紅線；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 下一步，校準，藍色曲線對應紅色采樣點密度層，Arriving Power是到水底信號強度，設置越低，則密度越大；Density Level for accuracy Check設置成想要的密度層；Absorption 一般在0.3-1.2之間，取決于沙質(zhì)和頻率，增加則密度層變深；Heterogeneity為底質(zhì)變化不均勻產(chǎn)生的假信號，考慮差異性的情況下，值設置越高則信號改正越強

18、；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 注意：Arriving power為上個步驟中最重要的參數(shù)，應盡量擬合在采樣點密度層上，出現(xiàn)下圖左側的情況應調(diào)高，右側情況應調(diào)低。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 下一步，計算，如果測量區(qū)域底質(zhì)及密度變化較大，請在應用垂直改正模型前打勾，應用生成結果；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 輸出成果數(shù)據(jù)，深度單位為分米，我們一般輸出“X坐標，Y坐標，高頻水深，適航水深” ，輸出為XYZ數(shù)據(jù)，EXCEL編輯，生成適航水深數(shù)據(jù)和浮泥層厚度兩個XYZ文件，分別導入成圖軟件，適航水深為斜體，浮泥厚度為工程水深，編輯圖面，注意圖幅分界處分離水深，及港池航道邊坡處上較大厚度。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 幾種常見粗差的內(nèi)業(yè)判別 ：為過往船只螺旋槳產(chǎn)生的尾流造成的體積混響