中国海洋大学课件海底探测技术第五章.pptx

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曹立华,海底探测技术,第一章绪论,第二章定位导航技术,第三章声波探测的基本原理,第四章声学海底探测设备的组成及分类,第六章侧扫声呐工作原理及探测资料分析,第七章多波束测深系统的工作原理及数据处理分析,第九章综合探测的实施原则及水下声学定位系统,第十章探测实例分析,第五章测深设备的组成及工作程序,第八章浅地层探测系统的工作原理及资料分析,第一节水体深度的含义,一、专业的深度概念二、水深测量基面的种类,第二节影响水深测量精度的自然因素,一、水体声速二、声波的偏移效应三、海浪的影响四、潮位的影响第三节影响水深测量精度的人为因素,第四节测深系统设备,一、设备的基本构成二、震源三、接受和记录系统四、船姿补偿系统,第五节水深测量工作程序,一、水深测量的基本要求五、误差分析二、测线布设原则六、图件绘制及图件应用三、图谱解译四、数据校正,第一节水体深度的含义,一、专业的深度概念1、水深应用意义,水深是地球表面特征的重要因素之一，是国民经济发展和管理规划最基础的数据，是海洋研究工作最重要的基础之一。

2、日常生活中的水深概念,特点：

时间的瞬时性；沟通对象的有限性。

3、专业的水深概念,全世界应用人士都明白标准性,对水面进行了标准性限定深度基准面,深度基准面：

水深的起算面。

有理论依据和实用价值的，,由相关部门颁布，,水底,深度基准面,水深,可能的水面,二、常用水深测量基准面的种类,1、平均海平面,一段时间里平均的海面位置，为水深0m的基面深度基准面,大地水准面（Geoid）是与平均海水面相合的特殊重力等位面。

此面可被想象成延伸至陆地且在任何地方皆与重力线方向垂直。

?

海的容量不变,海水的总量不变,前提,海面是变化的吗？

海洋的潮汐,潮汐引起的海面周期性变化，这种周期性变化值，在大量级上是稳定的，但在数值上还是受天体运动的影响。

风的作用,海面,风,海的容量不变,海水的总量不变,前提,海面受潮汐、风的作用，年、月、日均是变化的，且每年、每月、每日的平均值都有差异。

二、常用水深测量基准面的种类,平均海平面,一段时间里平均的海面位置，为水深0m的基面深度基准面,必要性,概念是什么？

大地水准面（Geoid）是与平均海水面相合的特殊重力等位面。

此面可被想象成延伸至陆地且在任何地方皆与重力线方向垂直。

特点：

由于地壳质量分布的不均匀，引起重力方向的变化，导致处处和重力方向成正交的大地水准面成为一个不规则的、高低起伏的曲面。

该曲面无法用数学公式表达。

每个国家都追求缩小参考椭球体面与大地水准面的距离建立适应自己国土的参考椭球体统一全国的高程和深度基准面,二、常用水深测量基准面的种类,平均海平面,一段时间里平均的海面位置，为水深0m的基面深度基准面,必要性,对国家而言，这段时间越长越好！

新中国成立后的1956年，我国根据基本验潮站应具备的条件，认为青岛验潮站位置适中，地处我国海岸线的中部，而且青岛验潮站所在港口是有代表性的规律性半日潮港，又避开了江河入海口，外海海面开阔，无密集岛屿和浅滩，海底平坦，水深在l0m以上等有利条件，因此，在1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站，验潮井建在地质结构稳定的花岗石基岩上，以该站1950年至1956年7年间的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面。

以此高程基准面作为我国统一起算面的高程系统名谓1956年黄海高程系统,国家颁布的高程基准,新的国家高程基准面是根据青岛验潮站19521979年19年间的验潮资料计算确定，根据这个高程基准面作为全国高程的统一起算面，称为“1985国家高程基准”。

国家颁布的高程基准,从一个点获得了多年的平均海平面作为了国家高程,如何将其引导到全国呢？

青岛有了国家高程，全国其他地方如何与之对比？

根据参考椭球面,以青岛该点0m所在的参考椭球面为各地高程基准面（零米面）,中国国土面积大，各地区也有差异,各地方往往有地区性的高程基准面和参考椭球体，以减少国家高程基准面与当地平均海平面的差异地方高程基准,与国家高程基准有明确的换算关系,平均海平面,一段时间里平均的海面位置，为水深0m的基面深度基准面,必要性,对国家而言，这段时间越长越好！

要注重实用性！

实例分析,和平均海平面？

靠船桩,一层,防海大坝的设计,问题,海的容量不变,海水的总量不变,前提,海面受潮汐、风的作用，年、月、日均是变化的，且每年、每月、每日的平均值都有差异。

怎么办？

2、理论深度基准面,航海的需要，多用于海图的基准面。

当地理论最低潮面,海底的相对高差是这样的吗？

第二节影响水深测量精度的自然因素,一、水体声速二、声波的偏移效应三、海浪的影响四、潮位的影响,一、水体声速,海面,海底,水深H,H=t/2V,1971年，H.W.弗赖伊和J.D.皮尤发表了更精确而简单的声速经验公式：

c1449.30+cT+cS+cp+cS,p,T式中cT4.587T-5.35610-2T2+2.60410-4T3cS1.19（S-35）+9.610-2（S-35）3cp1.584810-1p+1.57210-5p2-3.4610-12p4cS,p,T1.35410-5T2p-7.1910-7Tp2-1.210-2（S-35）Tc为声速（米/秒）；T为温度（C）；S为盐度；p为静压力（公斤/厘米2）。

此公式的应用范围：

-3CT30C，33.1S36.6，1.033公斤/厘米2p984.3公斤/厘米2。

此范围占全世界海洋水域的99.5。

按此公式计算的结果，声速均方误差为0.1米/秒。

二、声波的偏移效应,三、浪的影响,h,四、潮位的影响,高水面,低水面,h,第三节影响水深测量精度的人为因素,一、调查设备因素,1、定位设备的精度,2、定位接受天线与测量设备换能器位置差异,定位天线,前后位置差,测深换能器,3、测量设备的系统误差,记录仪记录声波传播时间和强度,发射时的计时准确性,内部时钟的准确性,模拟设备，时钟是模拟电路。

数字设备，内部计算占有时间。

时间差,一般情况下，每台设备都不同，但是不变的系统差，可以用标定的方法消除。

4、测量设备的换能器吃水,测深设备换能器位置,

（1）仅仅是静吃水!

船舶航向,

（2）动吃水,动吃水才是真正对测深产生影响的吃水。

其值随船相对水体运动速度的不同而变化。

5、人为校准不合理,对消除以上自然和人为影响所作的校准不合理,第四节测深系统设备,一、单波束测深设备,1、定义,同时只能探测1个水底点的水深测量设备,2、设备的基本构成,3、分类,单频测深仪,多频测深仪,双频测深仪,4、记录图谱分析,单波束测深仪，实际上就是高频剖面仪。

二、多波束测深系统,1、定义可同时探测水底多个位置不同点水深值的探测系统,2、构成,

（1）多波束主体设备,多波束探头,发射接收工作站,发射阵,接受阵,

（2）、外围设备,后处理工作站,电罗经,运动传感器,光纤陀螺,水体声速计,3、分类及原理,物理多波束,换能器,因发射的每个波束都是独立的物理存在的换能器发射的而得名,关键点：

海底检测为振幅检测,相干声呐,角度,X,X,动校正,水深基面,拖体入水深度,如何得到角度,声呐接受阵,获得传播时间（t）和强度,声呐接受阵,声呐接受阵,t,A,技术关键点：

1、各接受阵如何判定相位差？

2、探头正下方怎麽办？

得到虚拟的三角形,关键点：

海底检测为相位检测,电子多波束,声波发射后就形成了独立波束，其波束形成是换能器阵上的多个点震源声波叠加的结果，而非每个波束对应着一个独立的换能器。

脚印,技术关键点：

海底检测方式,换能器,振幅检测,振幅+相位检测,振幅+相位检测,水深两倍范围内,电子多波束覆盖宽度一般小于水深的8倍。

描述多波束的重要参数,多波束类型,多波束工作频率,多波束最大覆盖宽度,多波束脚印大小,多波束波束数,三种多波束的对比,相干声呐250kHz,振幅+相位检测200kHz脚印：

11.5,振幅检测500kHz脚印：

0.50.5,第五节水深测量工作程序,1、工作目的（中标后）2、了解区域环境情况3、选择设备、组织人员，制定作业方案（技术方案）4、外业实施设备安装、潮位观测站建立设备校准、水体声速测量定位采样点的密度和定位时间按照测线进行工作5、室内资料的处理定位跳点的删除数据的读取及修正声速等所致误差的校准测深图的绘制6、报告的编写,谢谢！

本章结束请指正！