旁側(cè)聲納探測(cè)解析

旁側(cè)聲納探測(cè)Side

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Sonarexploretion—旁側(cè)聲納探測(cè)概述主要用途旁側(cè)聲納探測(cè)屬于高分辨率聲信號(hào)海底探測(cè)方法,廣泛地應(yīng)用海底目標(biāo)探測(cè),國(guó)家海洋劃界調(diào)查,海洋地質(zhì),海洋工程調(diào)查,海底地貌調(diào)查,港口碼頭調(diào)查,海洋通信路由調(diào)查。聲納的探測(cè)的描述 旁掃聲納在海底不穩(wěn)定性的勘測(cè)中，是一個(gè)重要的工具?？捎糜谧R(shí)別海底微觀和宏觀的特征，如海底溝谷、泥火山、沉溺物、沙波沙脊和海底滑坡等，如果能和測(cè)深、海底取樣、淺地層剖面進(jìn)行綜合解釋時(shí)，還可以判別海底沉積的巖性 如果在特定的區(qū)加密測(cè)線，可以做出旁測(cè)聲納鑲嵌圖，直觀的了解海底呈現(xiàn)的地貌地質(zhì)現(xiàn)象。旁掃聲納由三部分組成:水下拖曳的換能器，即拖魚(yú)；電纜；和記錄器聲納的探測(cè)的描述 聲納的探測(cè)原理和測(cè)深相似，它所發(fā)射的波束垂直于船的走向，主波束的軸與海底有一的角度，向船兩側(cè)擴(kuò)展的寬度隨量程不同可達(dá)數(shù)百米。旁掃聲納記錄儀上顯示的圖像與下列因素有關(guān):海底聲學(xué)反向散射特性，這些特性隨掠射角也就是主波束的軸與海底所成的角度的變化而變化；反射回程距離。這兩種因素對(duì)記錄圖像的特征會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因?yàn)閺钠教购５追瓷浠貋?lái)的信號(hào)主要是隨沉積物的反射特征不同而變化。一般來(lái)說(shuō)粗粒沉積物的反射比細(xì)粒沉積物的反射強(qiáng)。

旁側(cè)聲納的主要類(lèi)型:

高、中、低頻側(cè)掃聲納

懸掛式、拖扯式側(cè)掃聲納

單、雙頻式側(cè)掃聲納

單波束與雙波束側(cè)掃聲納

CW脈沖和調(diào)頻脈沖側(cè)掃聲納Sand

ridgesSeabed

pipelineFig.4

Sand

ridges

and

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by

Simrad

EM3000

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Sounder)海底管線沙脊EM3000聲納的高清晰海底側(cè)掃圖象二、側(cè)掃聲納的工作原理水平開(kāi)角垂直開(kāi)角左換能器陣列右換能器陣列旁側(cè)聲納側(cè)掃工作原理示意圖航向AADC掃描區(qū)EB

F安放在船兩側(cè)的左右兩換能器陣列同時(shí)向船兩側(cè)發(fā)射有一定水平和垂直開(kāi)角的波束并分別接收來(lái)自海底ABCD和EFGH梯形面積的反射和散射波束圖象；并在顯示設(shè)備上分別用不同色度來(lái)表示海底不同特征一條反映海底信息且與測(cè)線垂直的線型圖象,而且船在行進(jìn)中定時(shí)發(fā)射接收和顯示,按周期發(fā)射脈沖波束。GH側(cè)掃波的與海底形狀關(guān)系無(wú)回波陰影區(qū)海底換能器陣列不規(guī)則海底時(shí)的側(cè)掃波方向示意圖*由換能器垂直到海底的聲波為反射波,而且波束在海底的投影面積最小*遠(yuǎn)離換能器非垂直海底的波束投影到海底的面積大,其回波為散射波；*整個(gè)波束在海底的掃描陰影呈現(xiàn)梯形狀*在不規(guī)則且起伏大的海底,由于側(cè)掃角度的原因會(huì)產(chǎn)生無(wú)回波的陰影區(qū)*回波的強(qiáng)弱與海底結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)側(cè)掃聲納的主要技術(shù)指標(biāo)工作頻率（與探測(cè)深度有關(guān)）最大作用距離波束的開(kāi)角脈沖寬度分辨率覆蓋寬度CS-1型側(cè)掃儀器的技術(shù)指標(biāo)與使用要求m40°技術(shù)使用要求:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:工作頻率:最大工作深度300米正常航速1－6kn適應(yīng)海況4級(jí)工作溫度0-40度無(wú)故障時(shí)間>600h平均故障維修時(shí)間<0.5h濕度≤93%CS-1聲納系統(tǒng)的基本組成GPS工作站記錄器絞車(chē)拖魚(yú)探頭控制中心CS-1聲納系統(tǒng)組成框圖中心控制器任務(wù):在軟件的配合下，控制整個(gè)系統(tǒng)的工作，包括數(shù)據(jù)的發(fā)射控制，回波數(shù)據(jù)的采集接收、處理與顯示以及圖象的處理與鑲嵌，目標(biāo)的測(cè)量等功能。拖魚(yú)（發(fā)射與接收換能器探頭）收發(fā)換能器頭部電子槍尾部結(jié)構(gòu):由前部和后部?jī)刹糠纸M成前部:魚(yú)頭，換能器艙，拖鉤后部:電子槍?zhuān)~(yú)尾，魚(yú)翼 功能:由電子槍產(chǎn)生的聲脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)后由發(fā)射換能器按一定角度向海底發(fā)射，再由接收換能器接收海底來(lái)得回波并經(jīng)放大和濾波后輸送給主控制器。拖鉤尾翼聲波聲納探測(cè)的定位設(shè)備 船載式差分DGPS定位系統(tǒng)型號(hào)為:TRIMBLE--212H精度為:±2.0米Seapath2000型旁測(cè)聲納側(cè)掃儀挪威Simrad公司生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo):測(cè)量參數(shù)精度°船首向Heading）±0.075°

橫搖（Roll）±0.05°縱搖（Pitch）±0.05°

起伏（Heave）±0.05m

位置（Position）±2.0m（95%CEP）聲納的探測(cè)方法實(shí)施要求粗測(cè):對(duì)目標(biāo)海區(qū)進(jìn)行大面積的海底測(cè)量， 初步查明測(cè)區(qū)目標(biāo)的位置、高度、走向等 測(cè)線要垂直構(gòu)造走向，相鄰測(cè)線要相互重疊 不出現(xiàn)漏測(cè)區(qū)。細(xì)測(cè):在粗測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)已知目標(biāo)的進(jìn)一步的測(cè)量以確定目標(biāo)的存在；對(duì)特定目標(biāo)要鎖定幾個(gè)方向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行確定。側(cè)掃聲納測(cè)量的實(shí)施側(cè)掃前的準(zhǔn)備:調(diào)試檢查儀器確保系統(tǒng)正常工作進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，確定最佳儀器參數(shù)與探測(cè)工作參數(shù)。搜集了解測(cè)區(qū)概況:水深、地貌、障礙物、潮流、流向、氣象等確定測(cè)船的航速、吃水等設(shè)計(jì)確定測(cè)掃實(shí)施方案與測(cè)線設(shè)計(jì)測(cè)掃的海上實(shí)施按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)入測(cè)區(qū)沿測(cè)線實(shí)施測(cè)量測(cè)掃資料的分析整理檢查定位與聲圖資料質(zhì)量對(duì)聲圖資料進(jìn)行綜合分析整理內(nèi)容: 水深與海底沉積物的分布特點(diǎn)； 聲圖反映海底地貌特征的可信度； 海底微地貌特征及其分布范圍； 確定障礙物的性質(zhì):位置、高度、 與海底接觸關(guān)系繪制測(cè)區(qū)測(cè)掃圖編寫(xiě)測(cè)掃報(bào)告測(cè)掃聲圖資料的分析解釋聲納圖的特點(diǎn):用灰度強(qiáng)弱反映物體的形狀 人員判度須知:了解聲圖特征和相關(guān)知識(shí)（照相、定位、地貌、航海、測(cè)深等）掌握判度方法。聲圖特性分類(lèi):--目標(biāo)圖象（如沉船、礁石、海底管線等）--海底地貌圖象:海底底質(zhì)圖象（砂帶巖石等）--海底起伏圖象（沙坡，沙洲，溝槽，沙丘等）--水體圖象（水體散射，溫度階層，海面反射等）--干擾圖象（換能器陣列的搖擺，海海底與水體的混響，電子儀器的干擾圖象測(cè)掃聲圖資料的分析解釋聲圖判讀特征（分析依據(jù)）--形狀特征:反映目標(biāo)性質(zhì)與地貌類(lèi)型--大小特征:反映在聲圖上聲波特征的大小--色調(diào)與顏色特征--陰影特征:無(wú)回波區(qū)域，陰影長(zhǎng)度反映目標(biāo)高度--紋形特征:聲圖上由灰階強(qiáng)度形成的各種形態(tài)的點(diǎn)、線、環(huán)、條帶、柵狀的聲圖像。如，沙波為波狀形態(tài)，魚(yú)群為橢圓、燕尾狀。--相關(guān)特征:指伴隨某特定圖象同時(shí)出現(xiàn)無(wú)固定紋形特征的相關(guān)圖象；如:沉船圖象周?chē)殡S出現(xiàn)的堆積和溝槽圖象等。側(cè)掃圖象的的整理解釋聲圖象的判讀方法--直讀判讀法:利用聲圖特征直接判讀--對(duì)比判讀法:同測(cè)線的粗測(cè)細(xì)測(cè)兩記錄圖象對(duì)比--相鄰測(cè)線之間的相互對(duì)比--相交測(cè)線之間的相互對(duì)比--綜合分析的推理判讀:根據(jù)各個(gè)方面的資料信息進(jìn)行綜合分析與評(píng)判聲圖資料分析示例Sand

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Sand

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Sounder)海底管線示例分析海底飛機(jī)與沉船圖象北部灣海底沙波沙脊形態(tài)聲納圖象分析

北部灣海岸線區(qū)域的海底屬于沙質(zhì)海底,由于該區(qū)域常年受臺(tái)風(fēng)和海流的影響,使海底地形的形態(tài)各異,而且形成以沙脊為主線的沙波沙丘狀海底地形.

其沙波的形態(tài)時(shí)常受風(fēng)和流及其海底附著物體的影響使其形態(tài)時(shí)常改變,從而也會(huì)引起海底環(huán)境的改變.

分析聲納圖象資料即可以準(zhǔn)確地揭示海底的形態(tài)及其海底附著物體.北部灣古海岸位置圖沙質(zhì)海底形態(tài)及其影響描述 陸架水流塑造底沙成各種底形,沿主流發(fā)育的砂質(zhì)崗地成為水下沙脊. 垂直于主水流方向的丘狀底形成為水下沙丘或沙波。后者是砂質(zhì)海底最常見(jiàn)的底形地貌. 沙丘或沙波的運(yùn)移可以掏空或掩埋海底管線與導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)失衡. 沙丘或沙波的運(yùn)移標(biāo)志著海洋環(huán)境的變化,所以引起了許多的學(xué)者的重視。北部灣的淺中深區(qū)域的聲納海底形態(tài)

沙波形態(tài)和地形圖深水區(qū)中區(qū)淺水區(qū)東1km北部灣海底沙質(zhì)地形的聲納圖象臺(tái)風(fēng)前后的海底形態(tài)對(duì)比沖蝕溝槽b.臺(tái)風(fēng)后懸跨段臺(tái)風(fēng)后出現(xiàn)沖蝕溝槽的區(qū)域a.臺(tái)風(fēng)前光纜懸跨段北部灣海底沙波沙脊形態(tài)聲納圖象臺(tái)風(fēng)對(duì)次一級(jí)的小沙波及其海底管線的影響a.臺(tái)風(fēng)前b.臺(tái)風(fēng)后海底管線沙波小沙波臺(tái)風(fēng)前后海底地形變化對(duì)比圖 臺(tái)風(fēng)后海底出現(xiàn)沖蝕凹坑和沖蝕溝槽。并且造成了兩條沙波移動(dòng),移動(dòng)了30～40米,沙波的高度也有所增大原沙波移動(dòng)并增大的沙波a臺(tái)風(fēng)前b臺(tái)風(fēng)后管線沖蝕溝槽

人工沙堆沖蝕凹坑管線處海底的淘蝕圖a.臺(tái)風(fēng)前b.臺(tái)風(fēng)后淘蝕坑 沙波演化對(duì)比分析圖, 臺(tái)風(fēng)后沙波消失,海底平坦,管線懸跨消除a.臺(tái)風(fēng)前b.臺(tái)風(fēng)后沙波可能是人工沙堆沙脊、沙波的移動(dòng)淺水區(qū)的多波束資料對(duì)比沿沙脊的多波束剖面沙脊水深在20-25m沙波形狀和移動(dòng)情況對(duì)比圖臺(tái)風(fēng)前臺(tái)風(fēng)后第一部分第二部分第三部分第一部分第二部分第三部分水深在28-30m的沙波對(duì)比圖123臺(tái)風(fēng)前臺(tái)風(fēng)后臺(tái)風(fēng)前后的對(duì)照側(cè)掃圖解釋在水深（28-30m）可以看到三種不同的沙波,第一種是呈彎月形的沙波,波高為2.5m,波長(zhǎng)為50m,在臺(tái)風(fēng)后,仍能辯出,但形狀很不清晰,在臺(tái)風(fēng)后的多波束圖中也不能清楚看到管線,第二種是較大的沙波,它的波高在5m左右,波長(zhǎng)為126m,臺(tái)風(fēng)后波長(zhǎng)為4-5m,波長(zhǎng)大于100m,臺(tái)風(fēng)對(duì)其影響不是很大,走向仍是NE-SW向；第三種呈群體出現(xiàn),波長(zhǎng)和波高較小,波高在1m左右,波長(zhǎng)30-50m臺(tái)風(fēng)對(duì)它們影響較大,臺(tái)風(fēng)后,沙波群中較小的消失,沙波的數(shù)量減少,并且能夠保存下來(lái)的沙波其波高變?yōu)?m,波長(zhǎng)大于50m,呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。水深在30-34m處沙波變化情況 在水深30-34m處,沙波發(fā)育良好,中等沙波（相對(duì)于小沙波而言）呈線形,沙波走向呈東北-西南向,波高為3米左右,波長(zhǎng)為50-70m,小沙波為呈枝形,沙波走向近東西向,小沙波波高為1m左右,大部分<1m,臺(tái)風(fēng)過(guò)后小沙波消失或者減?。ㄈ鐖D）。中等沙波變化趨勢(shì)是沙波數(shù)量減少,高度增加波高在3-3.5m之間,增大的幅度不大,臺(tái)風(fēng)后向東南方向移動(dòng)的距離為30-50m。小沙波小沙波消失中等沙波發(fā)育地區(qū)中等沙波發(fā)育地區(qū)小沙波區(qū)小沙波區(qū)臺(tái)風(fēng)前臺(tái)風(fēng)后水深34-37m臺(tái)風(fēng)前后沙波形狀對(duì)比圖 在水深35-40m處均可看見(jiàn)沙波的存在,圖中表示的長(zhǎng)度為1200m的距離,此處的沙波較小,臺(tái)風(fēng)前,波高為1-2m,波長(zhǎng)為40-70m,走向?yàn)橛晌鞅?東南向東-西變化；在小沙波區(qū),波高0.3-0.7m,波長(zhǎng)為20-35m,走向較凌亂。臺(tái)風(fēng)后沙波的波高變化不大,波長(zhǎng)為40-60m,小沙波消失