上(shang)海(hai)的(de)(de)(de)跨(kua)河(he)橋(qiao)梁(liang)建設(she)數量逐漸增(zeng)多(duo)，同時橋(qiao)梁(liang)墩(dun)、臺及(ji)(ji)上(shang)下游防(fang)汛(xun)墻(qiang)的(de)(de)(de)沖刷問(wen)題也日益嚴重(zhong)。此外，上(shang)海(hai)地區堤防(fang)大都位于軟土地區，易受地質條件(jian)、水文條件(jian)、氣候條件(jian)、人(ren)為(wei)因素(su)等的(de)(de)(de)影響而(er)發生滑(hua)塌。滑(hua)塌的(de)(de)(de)發生對(dui)防(fang)洪(hong)及(ji)(ji)人(ren)民生命財產的(de)(de)(de)安全都會(hui)產生極大的(de)(de)(de)影響，對(dui)滑(hua)塌的(de)(de)(de)堤防(fang)進行修復搶險也耗費大量的(de)(de)(de)人(ren)力物力。多(duo)波束作(zuo)為(wei)一種先進的(de)(de)(de)測量技術，可為(wei)跨(kua)河(he)橋(qiao)梁(liang)墩(dun)、臺對(dui)上(shang)下游河(he)床沖刷及(ji)(ji)防(fang)汛(xun)墻(qiang)影響研究(jiu)提供有力的(de)(de)(de)技術支(zhi)撐。

傳統多波束(shu)測(ce)(ce)(ce)(ce)深(shen)系統，所需(xu)測(ce)(ce)(ce)(ce)量船(chuan)只(zhi)(zhi)船(chuan)體較(jiao)大(da)、測(ce)(ce)(ce)(ce)深(shen)設備裝卸復(fu)雜(za)，故測(ce)(ce)(ce)(ce)量船(chuan)搭(da)載(zai)(zai)多波束(shu)方式(shi)適用于水(shui)深(shen)、開闊水(shui)域，一般用于海域測(ce)(ce)(ce)(ce)量及湖面測(ce)(ce)(ce)(ce)量。橋墩、臺上下游水(shui)面變窄，通航船(chuan)只(zhi)(zhi)集(ji)中(zhong)，搭(da)載(zai)(zai)測(ce)(ce)(ce)(ce)深(shen)儀的大(da)型測(ce)(ce)(ce)(ce)量船(chuan)，靈活性(xing)(xing)不足，航行受干擾(rao)嚴(yan)重(zhong)，測(ce)(ce)(ce)(ce)量的便捷性(xing)(xing)及精(jing)確性(xing)(xing)受到較(jiao)大(da)影響。

多波束測深系統根據其搭載平臺不同分為測量船搭載式及無人船便攜式。本案例區域水深相對較淺，過往船只較多。綜合考慮后使用中海達最新研發的iBeam 8140P多波束測深系統集成搭載于中海達iBoat BS15無人測量船。該方案較傳統測量船搭載多波束測深系統的方式具有體積小、集成度高、操作便利、安全高效、精度高、穩定性好、經濟等優勢。點擊了解iBeam 8140P多波束測深系(xi)統詳情 》》》》

▲無人船便攜式(shi)

▲測量船搭(da)載式(shi)

外業數據采集

1. 測線布設

在(zai)測(ce)量范圍(wei)內存在(zai)通航船只和阻(zu)水(shui)構筑物（橋墩、臺(tai)），水(shui)下地形呈中(zhong)間深，兩(liang)岸(an)淺，采用(yong)垂直于(yu)河道布(bu)設測(ce)線，覆蓋整個測(ce)區(qu)；垂直于(yu)測(ce)線布(bu)設檢查線。為保證數據的(de)準確(que)性，多(duo)波束(shu)掃測(ce)條帶重疊(die)度不低于(yu)50%。

2. 多(duo)波束校準

多波(bo)束(shu)校(xiao)準(zhun)(zhun)主要為船體(ti)姿態校(xiao)準(zhun)(zhun)與測量(liang)深(shen)度校(xiao)準(zhun)(zhun)。姿態校(xiao)準(zhun)(zhun)包含橫搖(yao)、縱搖(yao)和(he)艏搖(yao)。

3. 航速確(que)定

攔路港受潮(chao)汐影(ying)響(xiang)流向(xiang)、流速紊亂，來往船(chuan)只較多，船(chuan)行波對無(wu)(wu)人船(chuan)的(de)航(hang)行穩定(ding)存(cun)在(zai)一定(ding)干擾，為保證無(wu)(wu)人船(chuan)航(hang)行安全及多波束采集(ji)(ji)數據的(de)精準。綜合(he)各種因(yin)素，本次數據采集(ji)(ji)過程(cheng)中無(wu)(wu)人船(chuan)航(hang)速控制為2m/s。

4. 數據采集(ji)

運用(yong)中海達自(zi)主研發的Hi-MAX多(duo)波(bo)束(shu)采(cai)集后處(chu)理(li)軟(ruan)件(jian)實時(shi)控制(zhi)數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集。在行(xing)船轉(zhuan)彎、掉頭以及受船行(xing)波(bo)等影(ying)響導致多(duo)波(bo)束(shu)測深系統(tong)姿態不穩時(shi)停(ting)止數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集。同時(shi)施測技術(shu)人員根據(ju)(ju)軟(ruan)件(jian)顯示實時(shi)水下(xia)情(qing)況(kuang)，調整增益參數(shu)。多(duo)波(bo)束(shu)測量控制(zhi)界面如下(xia)圖。

▲多(duo)波束測量軟件(jian)控制界(jie)面圖

數據(ju)后處理(li)及(ji)成圖

通(tong)過(guo)中海達自主研發的(de)Hi-MAX 多波束采集后(hou)處理軟件(jian)，對測(ce)量數據進行如下處理：

1. 新建項目導(dao)入(ru)測線：需要處(chu)理的數據導入Hi-MAX多波束采集(ji)后處(chu)理軟(ruan)件(jian)。

2. 參數設置(zhi)：檢查并校準參數。將(jiang)設置的參數計算波束點(dian)地理位置。

3. 潮位(wei)改正：選擇無驗潮改正。

4. 聲速改(gai)正：選擇(ze)單(dan)剖面聲速改正模式。

5. 數據(ju)融合：測(ce)線應用所設(she)置參數進行聲線跟蹤，重(zhong)新計算波束點(dian)位置。

6. 數據編(bian)輯：查看橫搖(yao)、縱搖(yao)、涌浪、航(hang)向、航(hang)跡數據，如果有(you)異(yi)(yi)常數據，利用傳感器數據的編輯(ji)功(gong)能處理異(yi)(yi)常數據。

7. 成(cheng)果導出：導出處理過的(de)波(bo)束(shu)點云數據(ju)。

本案例進行滬昆線跨攔路港橋(qiao)上下(xia)游100米(mi)范圍內(nei)水下(xia)地形及跨河橋(qiao)墩、橋(qiao)臺、防(fang)汛墻結構的(de)(de)掃測，獲取(qu)了兩個(ge)研究點(dian)(dian)位的(de)(de)多波束測量數據。測量面積85421㎡，形成0.1m*0.1m密(mi)度三維點(dian)(dian)880萬點(dian)(dian)。

數(shu)(shu)據的(de)后期采(cai)用ArcGis軟件進行(xing)處理、展(zhan)示與分析。首(shou)先(xian)，采(cai)用該軟件對本次測(ce)量(liang)數(shu)(shu)據處理轉換生成(cheng)TIN三維數(shu)(shu)據。其次，采(cai)用ArcSene軟件對研究點(dian)位(wei)的(de)橋梁(liang)墩、橋臺、防汛墻按其空間(jian)位(wei)置制作(zuo)實體(ti)灰體(ti)模型，后將TIN數(shu)(shu)據、灰體(ti)模型以及收(shou)集到的(de)dwg數(shu)(shu)字線劃圖數(shu)(shu)據進行(xing)多源(yuan)數(shu)(shu)據疊加(jia)，可(ke)直(zhi)觀(guan)形象(xiang)展(zhan)示研究區(qu)域(yu)的(de)地物地貌情(qing)況。疊加(jia)圖如下：

▲滬昆線(xian)跨攔(lan)路港橋多源數據疊加圖

▲滬昆線跨攔路港橋多源數據疊加圖

▲滬昆線(xian)(xian)跨攔路港橋(qiao)等深線(xian)(xian)圖

▲滬昆(kun)線(xian)跨攔(lan)路港橋邊坡坡度圖

1. 多(duo)波(bo)束的適用性(xing)

通過本案例分析，無人(ren)船(chuan)多波(bo)束測深系統采集數據精度較高，能夠滿(man)足水上建構筑(zhu)物及河床沖刷分析的需求。

2. 跨河橋梁(liang)墩臺對河道(dao)河床沖刷影響

通過(guo)對(dui)本案(an)例實測(ce)數據分析可得(de)，跨河橋(qiao)梁(liang)(liang)墩(dun)臺對(dui)其上下(xia)(xia)游(you)河道河床(chuang)(chuang)沖刷(shua)產生影響，一般會于跨河橋(qiao)梁(liang)(liang)處形成沖刷(shua)泓溝，上游(you)臨近橋(qiao)梁(liang)(liang)及橋(qiao)梁(liang)(liang)下(xia)(xia)游(you)一定距離范(fan)圍內(nei)河床(chuang)(chuang)沖刷(shua)明(ming)顯。

3. 橋梁墩(dun)臺對其本身與防(fang)汛墻的影響

通過對本案例(li)實測(ce)數據分(fen)析可得(de)，跨(kua)河橋(qiao)(qiao)梁的(de)橋(qiao)(qiao)墩(dun)、橋(qiao)(qiao)臺及上(shang)下游防汛(xun)墻附近河床(chuang)邊坡(po)明顯變陡，增加了橋(qiao)(qiao)墩(dun)、橋(qiao)(qiao)臺及上(shang)下游防汛(xun)墻基礎淘刷失穩(wen)的(de)風險。