SILAS適航水深測(cè)量培訓(xùn)-廣州海事測(cè)繪中心課件

SILAS適航水深測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用2013年度測(cè)量隊(duì)業(yè)務(wù)培訓(xùn)廣州海事測(cè)繪中心

王久

SILAS適航水深測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用2013年度測(cè)量隊(duì)引言根據(jù)《淤泥質(zhì)海港適航水深應(yīng)用技術(shù)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(jié)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?yàn)橛倌噘|(zhì)海港岸灘物質(zhì)組成較細(xì)，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(shí)前的一段時(shí)間內(nèi)具有很強(qiáng)的流動(dòng)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(rèn)定為1200-1250㎏/m3，下限為1030-1080㎏/m3。隨著水體中懸移的泥沙沉落增多，浮泥進(jìn)一步密實(shí)，逐漸形成流泥，密度范圍一般為1250-1550㎏/m3。當(dāng)孔隙水被排走，密度增加到1550-1700㎏/m3時(shí)，在水流作用下不會(huì)再直接懸揚(yáng)，屬于流塑淤泥的范疇?，F(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(cè)時(shí)，床面的泥沙容重小，更易起動(dòng)，在遇到合適的動(dòng)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(xì)化浮泥的密度分層，有助于分析特定目標(biāo)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(cè)量至今仍然是個(gè)較為復(fù)雜的問題。國(guó)內(nèi)過去一般使用γ射線密度計(jì)和三爪砣法測(cè)定淤泥密度。然而，操作放射性設(shè)備需要嚴(yán)格的技能培訓(xùn)和特殊的施工許可，且工作效率低，對(duì)人員和被測(cè)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(cè)量，簡(jiǎn)單靈活、價(jià)格低廉、操作安全簡(jiǎn)便，但其對(duì)測(cè)量環(huán)境要求較高，依賴于制造、測(cè)量環(huán)境、測(cè)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。引言根據(jù)《淤泥質(zhì)海港適航水深應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JTJ/2SILAS系統(tǒng)原理

SILAS系統(tǒng)利用雙頻測(cè)深儀發(fā)射低頻聲波信號(hào)，聲波在通過的聲阻抗不同的兩種介質(zhì)時(shí)，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(qiáng)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(guān)系是已知的，即每一次反射都是因?yàn)槊芏鹊奶荻茸兓鸬模蚨梢詫?duì)密度梯度進(jìn)行量化處理。利用標(biāo)定過的聲源信號(hào)來記錄反射信號(hào)的強(qiáng)度，以及根據(jù)聲源信號(hào)的增益(放大倍數(shù))及時(shí)變?cè)鲆?TVG)等參數(shù)就可以高精度地測(cè)定密度的梯度值，再根據(jù)密度梯度的變化，求取每個(gè)特定深度上的相對(duì)密度值。再通過使用密度計(jì)進(jìn)行單點(diǎn)密度測(cè)量，建立起反射強(qiáng)度和絕對(duì)密度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)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(cè)線和每個(gè)給定密度值所對(duì)應(yīng)的水深值，同時(shí)提取各點(diǎn)的定位值，則相應(yīng)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3SILAS系統(tǒng)原理

某次大鏟測(cè)線斷面，其中藍(lán)線為高頻水深值，紅線為浮泥密度層底部對(duì)應(yīng)水深值，黑色圓圈為左圖測(cè)定密度梯度，最下方的圓圈處曲線為測(cè)定淤泥層分界線SILAS系統(tǒng)原理4SILAS浮泥測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成

一套完整的SILAS浮泥測(cè)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(gè)模塊：①數(shù)據(jù)采集(Acquisition)；②數(shù)據(jù)處理(Processing)；③密度編輯(RheoEdit)；④密度采集(RheoLog)；⑤密度校正(Rheoca1)。2、RheoTune音叉密度計(jì)

RheoTune相關(guān)技術(shù)參數(shù)：

剪應(yīng)力強(qiáng)度范圍：0～200Pa；粘性范圍：0～600Pa；密度范圍：1000～1800g/L；精度：<所量的密度的l％；分辨率：lg/L；溫度范圍：0～60℃；深度范圍：0～60m；更新速率：20Hz；電源：110～220VAC，35w；面積：橫截面650mmx150mm；重量(干重)：l5kg；深度精度：<所量深度的0.15％；角度測(cè)量：2個(gè)傾斜計(jì)；輸出：以太網(wǎng)UDP3、裝有采集軟件及A／D轉(zhuǎn)換卡的電腦4、具有sILAs輸出格式的雙頻測(cè)深儀(如：0D0MMKIII)5、DGPS

另外，一般還需要裝有導(dǎo)航軟件(如PDS、HYPACK等)的導(dǎo)航電腦，利用其類似ShareMemory共享內(nèi)存工具將坐標(biāo)和時(shí)間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出給Silas采集軟件用于時(shí)間同步校準(zhǔn)。SILAS浮泥測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成一套完整的SILAS浮泥測(cè)5外業(yè)數(shù)據(jù)采集1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)及聲信號(hào)采集①導(dǎo)航軟件設(shè)置使用HYPACK導(dǎo)航時(shí)，需手動(dòng)添加三個(gè)驅(qū)動(dòng)：deso20s、seismic、outinfo.deso20s為雙頻測(cè)深儀數(shù)據(jù)輸入格式，相應(yīng)的在測(cè)深儀中應(yīng)設(shè)置輸出格式為Atlas

deso20；seismic為HYPACK輸出至SilasAcquisition模塊中的導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航數(shù)據(jù)，則seismic與outinfo可設(shè)置同一個(gè)端口輸出，測(cè)量時(shí)Disable其中一個(gè)。②測(cè)深儀設(shè)置聲信號(hào)采集使用DF-3200MKII雙頻回聲測(cè)深儀，連接及使用方式與單頻3200測(cè)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)，故在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，頻率通常選擇高頻200kHz或210kHz，低頻24kHz或33kHz。通過DF-3200MKII雙頻回聲測(cè)深儀自動(dòng)增益控制(AGC)、門限控制(THRESHOLD)、盲區(qū)控制(BLANKING)、SubbottomRange、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(shí)，由于波束角效應(yīng)易造成漫反射和高低頻信號(hào)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1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)及聲信號(hào)采集6外業(yè)數(shù)據(jù)采集③SilasAcquisition模塊設(shè)置聲速、吃水等參數(shù)因?yàn)榭梢栽诤筇幚頃r(shí)寫入，不做強(qiáng)調(diào)。運(yùn)行前需要先打開AD卡，記錄時(shí)可選則AUTOSTART。

AD卡設(shè)置：DAQP16為是用串口PC卡時(shí)設(shè)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(xiàng)，Rate取決于AD卡的傳輸速率，在外業(yè)測(cè)量時(shí)使用同一數(shù)值，過程中不要變更。外業(yè)數(shù)據(jù)采集③SilasAcquisition模塊7外業(yè)數(shù)據(jù)采集

導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收設(shè)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（SynchronizeContinuously）前一定要打勾，然后同步，應(yīng)用。外業(yè)數(shù)據(jù)采集導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收設(shè)置：輸入類型選擇Hypac8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(cè)量后的平潮時(shí)間進(jìn)行，密度采樣點(diǎn)參考記錄紙和Acquisition模塊聲信號(hào)采集情況，一般在主測(cè)線與副測(cè)線或檢查線交叉且淤泥較厚處設(shè)置，定位要準(zhǔn)確，如有偏差應(yīng)布設(shè)測(cè)線重新經(jīng)過采樣點(diǎn)。密度計(jì)使用如下：①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2、密度數(shù)據(jù)采集9外業(yè)數(shù)據(jù)采集②量取數(shù)據(jù)線或者保護(hù)繩長(zhǎng)度，水深小于20米時(shí)，一般取4米和10米做兩點(diǎn)深度校正，量至音叉探針頂端處；

外業(yè)數(shù)據(jù)采集②量取數(shù)據(jù)線或者保護(hù)繩長(zhǎng)度，水深小于2010外業(yè)數(shù)據(jù)采集③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)同一個(gè)）；外業(yè)數(shù)據(jù)采集③連接電源（230V）及網(wǎng)線，網(wǎng)卡固定I11外業(yè)數(shù)據(jù)采集④打開外業(yè)采集軟件對(duì)密度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，正常的校準(zhǔn)包括深度、溫度、斜率三方面及最后進(jìn)行的密度校準(zhǔn)，因條件所限及新一代Rheotune粘度計(jì)特性，我們一般載入驗(yàn)收設(shè)備時(shí)的校準(zhǔn)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(zhǔn)時(shí)的感溫時(shí)間要稍長(zhǎng)，校準(zhǔn)時(shí)保持探針在水面下，深度校準(zhǔn)時(shí)小于20米水深需要進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)；外業(yè)數(shù)據(jù)采集④打開外業(yè)采集軟件對(duì)密度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，正常12外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑤設(shè)置導(dǎo)航數(shù)據(jù)格式，Disable之前的seismic驅(qū)動(dòng)，激活outinfo驅(qū)動(dòng)，下圖是RheoLog中設(shè)置，輸入類型選擇Hypack，端口如前；外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑤設(shè)置導(dǎo)航數(shù)據(jù)格式，Disable之前的13外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑥軟件窗口如下，AutoStar可選，速度選負(fù)值，不要太大，注意深度及溫度變化是否正常，采集數(shù)據(jù)時(shí)音叉下放速度不要太快，及時(shí)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⑥軟件窗口如下，AutoStar可選，14外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑦采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，擰開保護(hù)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；

外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑦采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，擰開保護(hù)壓力傳感器的螺15內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理1、密度數(shù)據(jù)處理①載入數(shù)據(jù)，輸入潮位，單位為厘米，符號(hào)為正，生成時(shí)載入潮位選項(xiàng)前打勾；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理1、密度數(shù)據(jù)處理16內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②生成項(xiàng)目后，更改標(biāo)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/m3，湛江寶滿為12.00kn/m3，南沙港和臺(tái)山電廠為12.30kn/m3，珠海電廠為12.40kn/m3)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②生成項(xiàng)目后，更改標(biāo)記密度層，一般第一層17內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③軟件界面如下：內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③軟件界面如下：18內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理④AUTOEDIT或者手工編輯（可在深度和壓力兩個(gè)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④AUTOEDIT或者手工編輯（可在深19內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理密度測(cè)量的誤差主要有以下幾種：1)采樣點(diǎn)位置偏差造成的誤差一般說來，采樣點(diǎn)與實(shí)際測(cè)線的距離不要超過5米，越近越好，如果距離過遠(yuǎn)，在后處理計(jì)算密度層時(shí)，應(yīng)予以剔除。因此，一般應(yīng)在完成聲信號(hào)采集后進(jìn)行密度采樣，此時(shí)可根據(jù)航跡線和記錄紙情況選擇采樣點(diǎn)，如在測(cè)前進(jìn)行采樣，則應(yīng)布設(shè)通過采樣點(diǎn)的測(cè)線進(jìn)行聲信號(hào)采集。此外，實(shí)際采樣時(shí)，可根據(jù)水深情況盡量選擇開闊區(qū)域，定位誤差對(duì)結(jié)果的影響較小。如底質(zhì)變化較大，則應(yīng)進(jìn)行加密采集。2)音叉采樣時(shí)的傾斜誤差當(dāng)音叉測(cè)量端到底后會(huì)傾斜，導(dǎo)致傾斜角度突然加大。基本上，如果傾斜超過10-12度，說明探針已到達(dá)最大深度，須在內(nèi)業(yè)處理時(shí)剔除。3)密度計(jì)粗差當(dāng)音叉接觸某些硬物或砂質(zhì)層，容易導(dǎo)致假信號(hào)生成。單點(diǎn)假信號(hào)可放心刪除，但兩點(diǎn)或三點(diǎn)以上的假信號(hào)需要根據(jù)分層的結(jié)構(gòu)判斷。此外，當(dāng)快速放下探針或因?yàn)楦∧鄬雍鼙?，可能?huì)采集不到數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)處理時(shí)盡量避免使用數(shù)據(jù)刪除，應(yīng)通過增加和移動(dòng)點(diǎn)位進(jìn)行內(nèi)插修正。采樣時(shí)宜選擇有代表性的浮泥層，按照一般經(jīng)驗(yàn)至少選擇幾個(gè)厚度超過0.70米的位置較為合適。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理密度測(cè)量的誤差主要有以下幾種：20內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理2、聲信號(hào)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理在SilasProcessing模塊中進(jìn)行。①新建項(xiàng)目，匹配外業(yè)采集*.SEI數(shù)據(jù)與定位*.XYZ數(shù)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(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)；

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理2、聲信號(hào)數(shù)據(jù)處理21內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②管理層，新建浮泥層，類型Density；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②管理層，新建浮泥層，類型Density22內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③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(fù)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③加載潮位、聲速、吃水等數(shù)據(jù)，潮位數(shù)據(jù)可23內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理④編輯Bottom數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)底跟蹤生成Bottmo水深線，然后對(duì)局部進(jìn)行手工編輯。參數(shù)設(shè)置的原則是：高頻信號(hào)在噪聲線以上，低頻信號(hào)盡量調(diào)低，但也要在噪聲線以上；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理④編輯Bottom數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)底跟蹤生24內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑤浮泥層處理理論上選擇越多的采樣點(diǎn)，精度就越高，但在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，偏差較大的點(diǎn)應(yīng)首先剔除。Silas2.0版本提供兩個(gè)浮泥層處理模型，漸進(jìn)模型(CumulativeModel)和梯度模型(GradientModel)，梯度模型在CumulativeModel的分析結(jié)果上進(jìn)行，兩者組合使用精度較高，但要求采樣點(diǎn)數(shù)量比較大。2009年在大鏟測(cè)量時(shí)布設(shè)縱橫測(cè)線，加密采樣點(diǎn)數(shù)量，比較兩種方法，成果差異不大，所以我們?nèi)赃x用CumulativeModel，第一步界面如下，首次使用沒有校準(zhǔn)文件則不選；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑤浮泥層處理理論上選擇越多的采樣點(diǎn)，精度25內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑥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(shè)定為10米，越近越好，脈沖長(zhǎng)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(shè)定，點(diǎn)擊采樣點(diǎn)可以查看到測(cè)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，超出雙倍范圍則不顯示；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑥下一步打開RheoEdit模塊輸出的密26內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑦下一步，估算信號(hào)強(qiáng)度，平均步長(zhǎng)一般設(shè)置在5-55之間，信號(hào)質(zhì)量變化越明顯，則數(shù)值應(yīng)越大，到達(dá)信號(hào)需手動(dòng)調(diào)節(jié)，盡量使紅線橫穿過幾個(gè)點(diǎn)，設(shè)置完成后Compute，自動(dòng)擬合出最佳紅線；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑦下一步，估算信號(hào)強(qiáng)度，平均步長(zhǎng)一般設(shè)置27內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑧下一步，校準(zhǔn)，藍(lán)色曲線對(duì)應(yīng)紅色采樣點(diǎn)密度層，ArrivingPower是到水底信號(hào)強(qiáng)度，設(shè)置越低，則密度越大；DensityLevelforaccuracyCheck設(shè)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(hào)，考慮差異性的情況下，值設(shè)置越高則信號(hào)改正越強(qiáng)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑧下一步，校準(zhǔn)，藍(lán)色曲線對(duì)應(yīng)紅色采樣點(diǎn)密28內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理注意：Arrivingpower為上個(gè)步驟中最重要的參數(shù)，應(yīng)盡量擬合在采樣點(diǎn)密度層上，出現(xiàn)下圖左側(cè)的情況應(yīng)調(diào)高，右側(cè)情況應(yīng)調(diào)低。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理注意：Arrivingpower為上個(gè)29內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑨下一步，計(jì)算，如果測(cè)量區(qū)域底質(zhì)及密度變化較大，請(qǐng)?jiān)趹?yīng)用垂直改正模型前打勾，應(yīng)用生成結(jié)果；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑨下一步，計(jì)算，如果測(cè)量區(qū)域底質(zhì)及密度變30內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑩輸出成果數(shù)據(jù)，深度單位為分米，我們一般輸出“X坐標(biāo)，Y坐標(biāo)，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(gè)XYZ文件，分別導(dǎo)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⑩輸出成果數(shù)據(jù)，深度單位為分米，我們一般31內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理幾種常見粗差的內(nèi)業(yè)判別：①為過往船只螺旋槳產(chǎn)生的尾流造成的體積混響，導(dǎo)致測(cè)深數(shù)據(jù)丟失。在內(nèi)業(yè)處理時(shí)，需內(nèi)插水深。②為多重回波，通常發(fā)生在淺水區(qū)，特別是相近的船底和水底構(gòu)成強(qiáng)反射體，容易形成造成臨近測(cè)量回波相互干擾問題。判斷多重回波有個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，從圖像上可以看出，水深整數(shù)倍深度的回波通常為假。③為聲波在海水中遇到漂浮物，如懸沙、魚群等，發(fā)生的反射現(xiàn)象。內(nèi)業(yè)處理時(shí)需增加信號(hào)強(qiáng)度過濾，結(jié)合人工判讀進(jìn)行取舍，若懸浮泥沙太多，可以參照不同水質(zhì)與底質(zhì)特性嘗試調(diào)節(jié)吸收參數(shù)設(shè)置。④為換能器振鈴現(xiàn)象或表面噪聲干擾回波造成的淺水區(qū)混響，外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)處理時(shí)均可通過盲區(qū)控制進(jìn)行過濾。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理幾種常見粗差的內(nèi)業(yè)判別：①為過往船只螺32結(jié)語1)浮泥測(cè)量易受淺海噪聲影響，誤差在所難免，外業(yè)測(cè)量時(shí)通過設(shè)置測(cè)深儀SubbottomRange、SBTVG等參數(shù)可以有效降低粗差，此外，可根據(jù)實(shí)際情況布設(shè)縱橫網(wǎng)測(cè)線和重復(fù)測(cè)線進(jìn)行測(cè)線系統(tǒng)誤差及偶然誤差的檢查及測(cè)深網(wǎng)平差。2)由于受換能器尺寸及低頻聲波特性限制，低頻聲波的波束角效應(yīng)遠(yuǎn)大于高頻，內(nèi)業(yè)時(shí)不易消除，最好的辦法就是降低船速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)量邊坡和復(fù)雜地形時(shí)一般船速控制在4Kn左右為宜。3)密度采樣的數(shù)量，理論上可用點(diǎn)越多，計(jì)算密度越準(zhǔn)確，《淤泥質(zhì)海港適航水深應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》要求每平方公里至少布設(shè)1個(gè)重度剖面，且每個(gè)測(cè)區(qū)不得少于2個(gè)。實(shí)際應(yīng)用中，在選取具有代表性并且采樣質(zhì)量較高的密度值情況下，在布設(shè)的長(zhǎng)線或者檢查線上獲取2-3個(gè)采樣點(diǎn)即可滿足一般測(cè)量需要。結(jié)語33謝謝！SILAS適航水深測(cè)量培訓(xùn)-廣州海事測(cè)繪中心34演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！35SILAS適航水深測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用2013年度測(cè)量隊(duì)業(yè)務(wù)培訓(xùn)廣州海事測(cè)繪中心

王久

SILAS適航水深測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用2013年度測(cè)量隊(duì)引言根據(jù)《淤泥質(zhì)海港適航水深應(yīng)用技術(shù)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(jié)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?yàn)橛倌噘|(zhì)海港岸灘物質(zhì)組成較細(xì)，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(shí)前的一段時(shí)間內(nèi)具有很強(qiáng)的流動(dòng)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(rèn)定為1200-1250㎏/m3，下限為1030-1080㎏/m3。隨著水體中懸移的泥沙沉落增多，浮泥進(jìn)一步密實(shí)，逐漸形成流泥，密度范圍一般為1250-1550㎏/m3。當(dāng)孔隙水被排走，密度增加到1550-1700㎏/m3時(shí)，在水流作用下不會(huì)再直接懸揚(yáng)，屬于流塑淤泥的范疇?，F(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(cè)時(shí)，床面的泥沙容重小，更易起動(dòng)，在遇到合適的動(dòng)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(xì)化浮泥的密度分層，有助于分析特定目標(biāo)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(cè)量至今仍然是個(gè)較為復(fù)雜的問題。國(guó)內(nèi)過去一般使用γ射線密度計(jì)和三爪砣法測(cè)定淤泥密度。然而，操作放射性設(shè)備需要嚴(yán)格的技能培訓(xùn)和特殊的施工許可，且工作效率低，對(duì)人員和被測(cè)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(cè)量，簡(jiǎn)單靈活、價(jià)格低廉、操作安全簡(jiǎn)便，但其對(duì)測(cè)量環(huán)境要求較高，依賴于制造、測(cè)量環(huán)境、測(cè)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。引言根據(jù)《淤泥質(zhì)海港適航水深應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JTJ/37SILAS系統(tǒng)原理

SILAS系統(tǒng)利用雙頻測(cè)深儀發(fā)射低頻聲波信號(hào)，聲波在通過的聲阻抗不同的兩種介質(zhì)時(shí)，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(qiáng)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(guān)系是已知的，即每一次反射都是因?yàn)槊芏鹊奶荻茸兓鸬?，因而可以?duì)密度梯度進(jìn)行量化處理。利用標(biāo)定過的聲源信號(hào)來記錄反射信號(hào)的強(qiáng)度，以及根據(jù)聲源信號(hào)的增益(放大倍數(shù))及時(shí)變?cè)鲆?TVG)等參數(shù)就可以高精度地測(cè)定密度的梯度值，再根據(jù)密度梯度的變化，求取每個(gè)特定深度上的相對(duì)密度值。再通過使用密度計(jì)進(jìn)行單點(diǎn)密度測(cè)量，建立起反射強(qiáng)度和絕對(duì)密度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)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(cè)線和每個(gè)給定密度值所對(duì)應(yīng)的水深值，同時(shí)提取各點(diǎn)的定位值，則相應(yīng)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38SILAS系統(tǒng)原理

某次大鏟測(cè)線斷面，其中藍(lán)線為高頻水深值，紅線為浮泥密度層底部對(duì)應(yīng)水深值，黑色圓圈為左圖測(cè)定密度梯度，最下方的圓圈處曲線為測(cè)定淤泥層分界線SILAS系統(tǒng)原理39SILAS浮泥測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成

一套完整的SILAS浮泥測(cè)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(gè)模塊：①數(shù)據(jù)采集(Acquisition)；②數(shù)據(jù)處理(Processing)；③密度編輯(RheoEdit)；④密度采集(RheoLog)；⑤密度校正(Rheoca1)。2、RheoTune音叉密度計(jì)

RheoTune相關(guān)技術(shù)參數(shù)：

剪應(yīng)力強(qiáng)度范圍：0～200Pa；粘性范圍：0～600Pa；密度范圍：1000～1800g/L；精度：<所量的密度的l％；分辨率：lg/L；溫度范圍：0～60℃；深度范圍：0～60m；更新速率：20Hz；電源：110～220VAC，35w；面積：橫截面650mmx150mm；重量(干重)：l5kg；深度精度：<所量深度的0.15％；角度測(cè)量：2個(gè)傾斜計(jì)；輸出：以太網(wǎng)UDP3、裝有采集軟件及A／D轉(zhuǎn)換卡的電腦4、具有sILAs輸出格式的雙頻測(cè)深儀(如：0D0MMKIII)5、DGPS

另外，一般還需要裝有導(dǎo)航軟件(如PDS、HYPACK等)的導(dǎo)航電腦，利用其類似ShareMemory共享內(nèi)存工具將坐標(biāo)和時(shí)間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出給Silas采集軟件用于時(shí)間同步校準(zhǔn)。SILAS浮泥測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成一套完整的SILAS浮泥測(cè)40外業(yè)數(shù)據(jù)采集1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)及聲信號(hào)采集①導(dǎo)航軟件設(shè)置使用HYPACK導(dǎo)航時(shí)，需手動(dòng)添加三個(gè)驅(qū)動(dòng)：deso20s、seismic、outinfo.deso20s為雙頻測(cè)深儀數(shù)據(jù)輸入格式，相應(yīng)的在測(cè)深儀中應(yīng)設(shè)置輸出格式為Atlas

deso20；seismic為HYPACK輸出至SilasAcquisition模塊中的導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航數(shù)據(jù)，則seismic與outinfo可設(shè)置同一個(gè)端口輸出，測(cè)量時(shí)Disable其中一個(gè)。②測(cè)深儀設(shè)置聲信號(hào)采集使用DF-3200MKII雙頻回聲測(cè)深儀，連接及使用方式與單頻3200測(cè)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)，故在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，頻率通常選擇高頻200kHz或210kHz，低頻24kHz或33kHz。通過DF-3200MKII雙頻回聲測(cè)深儀自動(dòng)增益控制(AGC)、門限控制(THRESHOLD)、盲區(qū)控制(BLANKING)、SubbottomRange、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(shí)，由于波束角效應(yīng)易造成漫反射和高低頻信號(hào)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1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)及聲信號(hào)采集41外業(yè)數(shù)據(jù)采集③SilasAcquisition模塊設(shè)置聲速、吃水等參數(shù)因?yàn)榭梢栽诤筇幚頃r(shí)寫入，不做強(qiáng)調(diào)。運(yùn)行前需要先打開AD卡，記錄時(shí)可選則AUTOSTART。

AD卡設(shè)置：DAQP16為是用串口PC卡時(shí)設(shè)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(xiàng)，Rate取決于AD卡的傳輸速率，在外業(yè)測(cè)量時(shí)使用同一數(shù)值，過程中不要變更。外業(yè)數(shù)據(jù)采集③SilasAcquisition模塊42外業(yè)數(shù)據(jù)采集

導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收設(shè)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（SynchronizeContinuously）前一定要打勾，然后同步，應(yīng)用。外業(yè)數(shù)據(jù)采集導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收設(shè)置：輸入類型選擇Hypac43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(cè)量后的平潮時(shí)間進(jìn)行，密度采樣點(diǎn)參考記錄紙和Acquisition模塊聲信號(hào)采集情況，一般在主測(cè)線與副測(cè)線或檢查線交叉且淤泥較厚處設(shè)置，定位要準(zhǔn)確，如有偏差應(yīng)布設(shè)測(cè)線重新經(jīng)過采樣點(diǎn)。密度計(jì)使用如下：①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2、密度數(shù)據(jù)采集44外業(yè)數(shù)據(jù)采集②量取數(shù)據(jù)線或者保護(hù)繩長(zhǎng)度，水深小于20米時(shí)，一般取4米和10米做兩點(diǎn)深度校正，量至音叉探針頂端處；

外業(yè)數(shù)據(jù)采集②量取數(shù)據(jù)線或者保護(hù)繩長(zhǎng)度，水深小于2045外業(yè)數(shù)據(jù)采集③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)同一個(gè)）；外業(yè)數(shù)據(jù)采集③連接電源（230V）及網(wǎng)線，網(wǎng)卡固定I46外業(yè)數(shù)據(jù)采集④打開外業(yè)采集軟件對(duì)密度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，正常的校準(zhǔn)包括深度、溫度、斜率三方面及最后進(jìn)行的密度校準(zhǔn)，因條件所限及新一代Rheotune粘度計(jì)特性，我們一般載入驗(yàn)收設(shè)備時(shí)的校準(zhǔn)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(zhǔn)時(shí)的感溫時(shí)間要稍長(zhǎng)，校準(zhǔn)時(shí)保持探針在水面下，深度校準(zhǔn)時(shí)小于20米水深需要進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)；外業(yè)數(shù)據(jù)采集④打開外業(yè)采集軟件對(duì)密度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，正常47外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑤設(shè)置導(dǎo)航數(shù)據(jù)格式，Disable之前的seismic驅(qū)動(dòng)，激活outinfo驅(qū)動(dòng)，下圖是RheoLog中設(shè)置，輸入類型選擇Hypack，端口如前；外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑤設(shè)置導(dǎo)航數(shù)據(jù)格式，Disable之前的48外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑥軟件窗口如下，AutoStar可選，速度選負(fù)值，不要太大，注意深度及溫度變化是否正常，采集數(shù)據(jù)時(shí)音叉下放速度不要太快，及時(shí)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⑥軟件窗口如下，AutoStar可選，49外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑦采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，擰開保護(hù)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；

外業(yè)數(shù)據(jù)采集⑦采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，擰開保護(hù)壓力傳感器的螺50內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理1、密度數(shù)據(jù)處理①載入數(shù)據(jù)，輸入潮位，單位為厘米，符號(hào)為正，生成時(shí)載入潮位選項(xiàng)前打勾；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理1、密度數(shù)據(jù)處理51內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②生成項(xiàng)目后，更改標(biāo)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/m3，湛江寶滿為12.00kn/m3，南沙港和臺(tái)山電廠為12.30kn/m3，珠海電廠為12.40kn/m3)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②生成項(xiàng)目后，更改標(biāo)記密度層，一般第一層52內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③軟件界面如下：內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③軟件界面如下：53內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理④AUTOEDIT或者手工編輯（可在深度和壓力兩個(gè)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④AUTOEDIT或者手工編輯（可在深54內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理密度測(cè)量的誤差主要有以下幾種：1)采樣點(diǎn)位置偏差造成的誤差一般說來，采樣點(diǎn)與實(shí)際測(cè)線的距離不要超過5米，越近越好，如果距離過遠(yuǎn)，在后處理計(jì)算密度層時(shí)，應(yīng)予以剔除。因此，一般應(yīng)在完成聲信號(hào)采集后進(jìn)行密度采樣，此時(shí)可根據(jù)航跡線和記錄紙情況選擇采樣點(diǎn)，如在測(cè)前進(jìn)行采樣，則應(yīng)布設(shè)通過采樣點(diǎn)的測(cè)線進(jìn)行聲信號(hào)采集。此外，實(shí)際采樣時(shí)，可根據(jù)水深情況盡量選擇開闊區(qū)域，定位誤差對(duì)結(jié)果的影響較小。如底質(zhì)變化較大，則應(yīng)進(jìn)行加密采集。2)音叉采樣時(shí)的傾斜誤差當(dāng)音叉測(cè)量端到底后會(huì)傾斜，導(dǎo)致傾斜角度突然加大?；旧?，如果傾斜超過10-12度，說明探針已到達(dá)最大深度，須在內(nèi)業(yè)處理時(shí)剔除。3)密度計(jì)粗差當(dāng)音叉接觸某些硬物或砂質(zhì)層，容易導(dǎo)致假信號(hào)生成。單點(diǎn)假信號(hào)可放心刪除，但兩點(diǎn)或三點(diǎn)以上的假信號(hào)需要根據(jù)分層的結(jié)構(gòu)判斷。此外，當(dāng)快速放下探針或因?yàn)楦∧鄬雍鼙?，可能?huì)采集不到數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)處理時(shí)盡量避免使用數(shù)據(jù)刪除，應(yīng)通過增加和移動(dòng)點(diǎn)位進(jìn)行內(nèi)插修正。采樣時(shí)宜選擇有代表性的浮泥層，按照一般經(jīng)驗(yàn)至少選擇幾個(gè)厚度超過0.70米的位置較為合適。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理密度測(cè)量的誤差主要有以下幾種：55內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理2、聲信號(hào)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理在SilasProcessing模塊中進(jìn)行。①新建項(xiàng)目，匹配外業(yè)采集*.SEI數(shù)據(jù)與定位*.XYZ數(shù)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(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)；

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理2、聲信號(hào)數(shù)據(jù)處理56內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②管理層，新建浮泥層，類型Density；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理②管理層，新建浮泥層，類型Density57內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③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(fù)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理③加載潮位、聲速、吃水等數(shù)據(jù)，潮位數(shù)據(jù)可58內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理④編輯Bottom數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)底跟蹤生成Bottmo水深線，然后對(duì)局部進(jìn)行手工編輯。參數(shù)設(shè)置的原則是：高頻信號(hào)在噪聲線以上，低頻信號(hào)盡量調(diào)低，但也要在噪聲線以上；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理④編輯Bottom數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)底跟蹤生59內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑤浮泥層處理理論上選擇越多的采樣點(diǎn)，精度就越高，但在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，偏差較大的點(diǎn)應(yīng)首先剔除。Silas2.0版本提供兩個(gè)浮泥層處理模型，漸進(jìn)模型(CumulativeModel)和梯度模型(GradientModel)，梯度模型在CumulativeModel的分析結(jié)果上進(jìn)行，兩者組合使用精度較高，但要求采樣點(diǎn)數(shù)量比較大。2009年在大鏟測(cè)量時(shí)布設(shè)縱橫測(cè)線，加密采樣點(diǎn)數(shù)量，比較兩種方法，成果差異不大，所以我們?nèi)赃x用CumulativeModel，第一步界面如下，首次使用沒有校準(zhǔn)文件則不選；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑤浮泥層處理理論上選擇越多的采樣點(diǎn)，精度60內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑥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(shè)定為10米，越近越好，脈沖長(zhǎng)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(shè)定，點(diǎn)擊采樣點(diǎn)可以查看到測(cè)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，超出雙倍范圍則不顯示；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑥下一步打開RheoEdit模塊輸出的密61內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理⑦下一步，估