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港口是重要的交通基础设施,改革开放以后我国的港口建设取得了长足发展。到2015年,我国已经连续13年在港口货运吞吐量居于首位,为保持国民经济持续健康稳定发展,国家往后每年还将投入数千亿的资金用于港口事业的建设。港池疏浚质量检测是保障港口建设质量的重要手段,而水深测量又是港池疏浚质量检测最主要的手段,水深测量的精度直接影响到港池疏浚的质量。目前在港池疏浚质量检测水深测量方面,还存在着一些重要的影响因素。
论文在分析国内外研究现状的基础上,针对港池疏浚质量检测水深测量精度影响因子方面进行了研究,并得以下结论:
(1)通过试验分析淤泥质海底疏浚后对测深仪水深测量精度的影响,确定了海底淤泥的密度对水深测量的影响非常显著。在悬浮阶段测深仪水深测量的水深值基本不正确,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距达15.15米;在浮泥阶段测深仪水深测量值只有50%左右的数据准确,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距为1.22米;在流泥阶段测深仪水深测量的水深值只有30%左右的数据准确,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距为1.42米;在淤泥阶段测深仪水深测量的水深值是准确的,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距仅为0.06米。所以只有到了淤泥阶段测深仪测量的水深值才比较稳定。因此港池疏浚质量检测时,应选择在淤泥阶段以后的海底地质条件。
(2)在港池疏浚质量检测时,通过对多波束测深仪的横摇角偏差、纵摇角偏差、艏偏角偏差这三个参数对水深测量影响的量化分析。确定了横摇角偏差、纵摇角偏差、艏偏角偏差这三个参数对水深测量的精度均有影响。横摇角偏差对水深和y方向(船前进方向)影响比较大,对水深的影响会随着横摇角偏差绝对值和入射角绝对值的增大而增大,对yy方向的影响会随着横摇角偏差绝对值的增大而增大,与入射角的大小无关。当横摇角偏差绝对值介于0°和1°之间时,y方向的误差绝对值介于0~0.4米之间;当横摇角偏差的绝对值介于0°~1°之间、在入射角绝对值0°~75°范围内时,水深d的误差绝对值介于0~1.3米之间。纵摇角偏差对水深和x方向(垂直于船前进方向)有影响,对水深和x方向的影响会随着纵摇角偏差绝对值的增大而增大,与入射角无关。当纵摇角偏差的绝对值介于0°~1°之间时,x方向的误差绝对值介于0~0.35米之间,水深d的误差绝对值大小介于0~0.006米之间。艏偏角偏差对x方向和y方向有影响,对x方向和y方向的影响会随着艏偏角偏差绝对值和入射角绝对值的增大而增大,当艏偏角偏差的绝对值介于0°~1°之间、在入射角绝对值0°~75°范围内时,x方向的误差绝对值介于0~1.3米之间,y方向的误差绝对值介于0~0.02米之间。
(3)在数据处理方法对水深测量值的影响方面,通过研究取平均值法、取最大值法、取最小值法这三种数据处理方法对水深测量结果的影响,明确了取平均值法、取最大值法不适用于港池疏浚质量检测时采用,取最小值法是港池疏浚质量检测最好的方法。
(4)针对在港池疏浚质量检测时存在的各种影响水深测量精度的因子。关于淤泥质海底疏浚后对测深仪水深测量精度的影响,本文的建议为:(a)如果采用测深仪进行水深测量,应避免在悬浮阶段、浮泥阶段、流泥阶段进行水深测量,应该在淤泥阶段以后进行水深测量。(b)如果必须在悬浮阶段、浮泥阶段、流泥阶段进行水深测量,可采用吊锤法简单进行。(c)根据经验推断,港池海底达到淤泥阶段一般需要15天以上,因此对港池疏浚质量检测如果使用测深仪进行水深测量,建议在疏浚结束15天后才能进行。(d)如果在进行水深数据后处理时发现有水深数据不稳定、跳跃较大或者出现锯齿形的海底,则是由于海底地质还没有达到淤泥阶段,尚需进一步监测海底淤泥的密度,直到获得稳定水深为止。
(5)针对多波束校准误差对水深测量精度的影响。对于横摇角偏差的探测,本文分别用“平坦海底探测法”、“倾斜海底探测法”及“海底特征点探测法”来探测横摇角偏差、纵摇角偏差及艏偏角偏差的值,并根据探测到的误差值对实测的水深值或坐标修正公式进行改进。针对数据处理方法对水深测量精度的影响,本文分析研究了多波束测深原始数据代码结构,根据解析后的原始数据结构,可以方便地编程对原始数据进行编程解码,并根据解码后的数据进行数据处理方法的改进。
论文在分析国内外研究现状的基础上,针对港池疏浚质量检测水深测量精度影响因子方面进行了研究,并得以下结论:
(1)通过试验分析淤泥质海底疏浚后对测深仪水深测量精度的影响,确定了海底淤泥的密度对水深测量的影响非常显著。在悬浮阶段测深仪水深测量的水深值基本不正确,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距达15.15米;在浮泥阶段测深仪水深测量值只有50%左右的数据准确,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距为1.22米;在流泥阶段测深仪水深测量的水深值只有30%左右的数据准确,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距为1.42米;在淤泥阶段测深仪水深测量的水深值是准确的,测深仪测量的水深值与正确的水深值之间最大差距仅为0.06米。所以只有到了淤泥阶段测深仪测量的水深值才比较稳定。因此港池疏浚质量检测时,应选择在淤泥阶段以后的海底地质条件。
(2)在港池疏浚质量检测时,通过对多波束测深仪的横摇角偏差、纵摇角偏差、艏偏角偏差这三个参数对水深测量影响的量化分析。确定了横摇角偏差、纵摇角偏差、艏偏角偏差这三个参数对水深测量的精度均有影响。横摇角偏差对水深和y方向(船前进方向)影响比较大,对水深的影响会随着横摇角偏差绝对值和入射角绝对值的增大而增大,对yy方向的影响会随着横摇角偏差绝对值的增大而增大,与入射角的大小无关。当横摇角偏差绝对值介于0°和1°之间时,y方向的误差绝对值介于0~0.4米之间;当横摇角偏差的绝对值介于0°~1°之间、在入射角绝对值0°~75°范围内时,水深d的误差绝对值介于0~1.3米之间。纵摇角偏差对水深和x方向(垂直于船前进方向)有影响,对水深和x方向的影响会随着纵摇角偏差绝对值的增大而增大,与入射角无关。当纵摇角偏差的绝对值介于0°~1°之间时,x方向的误差绝对值介于0~0.35米之间,水深d的误差绝对值大小介于0~0.006米之间。艏偏角偏差对x方向和y方向有影响,对x方向和y方向的影响会随着艏偏角偏差绝对值和入射角绝对值的增大而增大,当艏偏角偏差的绝对值介于0°~1°之间、在入射角绝对值0°~75°范围内时,x方向的误差绝对值介于0~1.3米之间,y方向的误差绝对值介于0~0.02米之间。
(3)在数据处理方法对水深测量值的影响方面,通过研究取平均值法、取最大值法、取最小值法这三种数据处理方法对水深测量结果的影响,明确了取平均值法、取最大值法不适用于港池疏浚质量检测时采用,取最小值法是港池疏浚质量检测最好的方法。
(4)针对在港池疏浚质量检测时存在的各种影响水深测量精度的因子。关于淤泥质海底疏浚后对测深仪水深测量精度的影响,本文的建议为:(a)如果采用测深仪进行水深测量,应避免在悬浮阶段、浮泥阶段、流泥阶段进行水深测量,应该在淤泥阶段以后进行水深测量。(b)如果必须在悬浮阶段、浮泥阶段、流泥阶段进行水深测量,可采用吊锤法简单进行。(c)根据经验推断,港池海底达到淤泥阶段一般需要15天以上,因此对港池疏浚质量检测如果使用测深仪进行水深测量,建议在疏浚结束15天后才能进行。(d)如果在进行水深数据后处理时发现有水深数据不稳定、跳跃较大或者出现锯齿形的海底,则是由于海底地质还没有达到淤泥阶段,尚需进一步监测海底淤泥的密度,直到获得稳定水深为止。
(5)针对多波束校准误差对水深测量精度的影响。对于横摇角偏差的探测,本文分别用“平坦海底探测法”、“倾斜海底探测法”及“海底特征点探测法”来探测横摇角偏差、纵摇角偏差及艏偏角偏差的值,并根据探测到的误差值对实测的水深值或坐标修正公式进行改进。针对数据处理方法对水深测量精度的影响,本文分析研究了多波束测深原始数据代码结构,根据解析后的原始数据结构,可以方便地编程对原始数据进行编程解码,并根据解码后的数据进行数据处理方法的改进。