曹妃甸中油海老龍溝臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告

1、曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道 掃測工程測量技術(shù)報告掃測工程測量技術(shù)報告 2009-8-3技術(shù)報告技術(shù)報告 版本號版本號日期日期描述描述編寫編寫高高 彬彬 文件名稱文件名稱 委托單位：委托單位： 中國石油集團海洋公中國石油集團海洋公 司渤海灣基地項目部司渤海灣基地項目部 曹妃甸中國石油集團海洋公司曹妃甸中國石油集團海洋公司 渤海灣基地三港池臨時航道渤海灣基地三港池臨時航道 掃測工程測量技術(shù)報告掃測工程測量技術(shù)報告 文件號文件號no090803 承包商：承包商： 秦皇島港務(wù)局秦皇島港務(wù)局 海測大隊海測大隊 文件頁數(shù)文件頁數(shù)14

2、 批 準(zhǔn) 頁 編編 寫：高寫：高 彬彬 2009 年年 8 月月 3 日日 審審 核：裴曉宇核：裴曉宇 20092009 年年 8 8 月月 3 3 日日 批批 準(zhǔn)：王宇翔準(zhǔn)：王宇翔 2009 年年 8 月月 3 日日 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊1 目目 錄錄 1、任務(wù)來源及目的 .2 2、測量范圍 .2 3、控制系統(tǒng) .2 4、技術(shù)依據(jù) .2 5、儀器設(shè)備、測船 .2 5.1 使用儀器.2 5.2 多波束 8125 測深系統(tǒng)簡介.3 6、測前準(zhǔn)備 .5 6.1 現(xiàn)場踏勘.5 6.2 儀器安裝.5 6.3 掃寬設(shè)計、計劃線布設(shè).

3、6 7、儀器調(diào)試和校準(zhǔn) .6 7.1 gps 校準(zhǔn) .6 7.2 hd-27 單波束測深儀的校準(zhǔn).6 7.3 seabat 8125 多波束系統(tǒng)的校準(zhǔn).7 7.4 潮位觀測.7 8 外業(yè)數(shù)據(jù)采集 .7 9、水深數(shù)據(jù)處理 .8 9.1 單波束數(shù)據(jù)處理.8 9.2 多波束數(shù)據(jù)處理.8 9.3 潮位改正.9 10、水深測量精度評估.9 11、地形圖繪制.10 12、安全及質(zhì)量控制體系.10 13、提交成果.10 14、結(jié)論.11 15、附錄 1 .12 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊2 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃

4、測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊3 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道 掃測工程測量技術(shù)報告掃測工程測量技術(shù)報告 1、任務(wù)來源及目的 受中國石油集團海洋公司渤海灣基地項目部委托，海測大隊于 2009 年 7 月 14 日-7 月 26 日，對曹妃甸中國石油集團海洋公司渤 海灣基地三港池臨時航道水域進行多波束掃海測量。為了保證水域全 覆蓋，提高測量精度及工作效率，我公司采用國際上最先進的多波束 掃測技術(shù)完成本次掃海測量任務(wù)。 2、測量范圍 本次掃海測量面積共計 8 平方公里。 測量范圍見附圖 1。附圖中坐標(biāo)為 1954 年

5、北京坐標(biāo)系，坐標(biāo)由 甲方提供。 3、控制系統(tǒng) 平面控制系統(tǒng)：1954 年北京坐標(biāo)系。中央子午線 118.5 度， 3 度帶高斯-克呂格投影。 高程控制：當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妗?。4、技術(shù)依據(jù) 大比例尺地形圖機助制圖規(guī)范gb14912-94 水運工程測量規(guī)范jtj203-2001 全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程cjj73-97 甲方技術(shù)要求 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊4 5、儀器設(shè)備、測船 5.1 使用儀器 美國 reason 公司產(chǎn)品 seabat 8125 多波束測深系統(tǒng)。詳細 技術(shù)指標(biāo)見后。 中國中海達 hd-27 型單波束全數(shù)字

6、測深儀。測深精度為 0.4%h3cm（h 為實測水深值） 。中海達 hd-27 型測深儀 是我國最新研制開發(fā)的全數(shù)字式測深儀。本次同時采用單波束 測深儀器，是為了更好地對多波束系統(tǒng)進行校驗。 trimble dsm212l 型信標(biāo) gps 接收機，動態(tài)定位精度小 于 0.75m。 測船。測量船舶采用當(dāng)?shù)剌^大型漁船，便于多波束系統(tǒng)的安裝， 同時測船安裝液壓舵機、gps、 舵角指示器以及自動油壓報 警系統(tǒng)。測船操作方便、舵效靈敏，便于在港池航道作業(yè)。測 船長 12 米，寬 4 米，吃水約 1.3-1.5；最大船速可達 9 節(jié)。 上述儀器在測前均經(jīng)過校核，各項精度指標(biāo)均達到其標(biāo)稱值，滿 足本次測量精

7、度要求。 5.2 多波束 8125 測深系統(tǒng)簡介 seabat 8125 多波束系統(tǒng)是美國 reson 公司的最新產(chǎn)品，是在 seabat 8101 基礎(chǔ)上改進研制的更高精度、高分辨率的測深系統(tǒng)，它 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊5 屬于高精度淺水型多波束系統(tǒng)。由于采用了 455hz 的較高頻率的聲 波和聲波束控技術(shù)，使得其測深分辨率高達 6mm。橫向扇形波束覆 蓋角 120 度。一個扇面發(fā)射 240 個波束，其發(fā)射波束角為 0.5，接 收波束角為 1，因而其設(shè)計腳印大小為 0.51，是目前多波束系統(tǒng) 設(shè)計腳印最小的。其它技術(shù)參數(shù)如

8、下： 頻率: 455 khz 測深分辨率:6 mm 覆蓋角度:120 最大測深范圍:120 m 波束數(shù):240 沿航線波束角: 1， 垂直航線波束角:0.5 最大船速:12 節(jié) 最大發(fā)射速率:40 次/秒 seabat 8125 系統(tǒng)包括三個主要子系統(tǒng)： （1）多波束聲學(xué)子系統(tǒng)，由發(fā)射、接收換能器陣和多波束信號控制 處理電子柜組成。信號控制處理電子柜即 81-p 聲納處理器，其 主要功能為：通過信號和控制電纜給聲納頭提供直流電源；發(fā)送 控制信號到聲納頭；從聲納頭接收和多路解編數(shù)字化水聽器信號； 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊6 波束

9、形成編碼接收到的水聽器信號；通過串口輸出水深數(shù)據(jù)。 （2）波束空間定位系統(tǒng)：包括 octans 運動傳感器、gps 平面定 位系統(tǒng)和 svplus 聲速剖面儀。octans 運動傳感器是法國 ixsea 公司生產(chǎn)的最新產(chǎn)品，可以同時感應(yīng) pitch, roll, heave，并同時具 有點羅經(jīng)的功能。octans 運動傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下： 航向：動態(tài)精度0.2；穩(wěn)態(tài)誤差0.1；重復(fù)精度0.025；分 辨率 0.01 橫搖/縱搖動態(tài)精度 0.01；升降/縱橫擺精度 5cm 或 5%。 svplus 聲速剖面儀主要技術(shù)指標(biāo)如下： 壓力：精度為量程的 0.15%，分辨率為滿量程的 0.005%

10、，響應(yīng) 時間 10ms。 聲速：量程 1400-1500m/s，精度 0.06 m/s，分辨率 0.015 m/s。最高采樣率：10 次/秒。 （3）數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)：包括 pods2000 和 caris 制圖系統(tǒng)。包 括 pds2000 是多波束采集和顯示系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多波束數(shù)據(jù)的實時 采集和儲存。實時進行位置、航向、pitch, roll, heave 聲速、潮位、 吃水及安裝參數(shù)改正等。 caris 內(nèi)也處理軟件基于 reson pds 數(shù)據(jù)進行處理的。 carls 內(nèi)業(yè)處理軟件 可以繪制任意比例尺的圖件，是多波束數(shù)據(jù)處 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技

11、術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊7 理的理想軟件，可完成水深數(shù)據(jù)的抽稀，方便和快速的生成大地和投 影網(wǎng)格線，完成數(shù)據(jù)處理和成圖過程。 6、測前準(zhǔn)備 6.1 現(xiàn)場踏勘 首先進入測區(qū)現(xiàn)場進行了踏勘，測區(qū)已有控制情況良好，在港區(qū) 分布 gps 控制點 4 個，控制點保存良好，可以滿足本次測量的要求， 控制點坐標(biāo)如下表。 控制點一覽表 點名 xy 高程（m）備注 zyh-14328134.203498466.4495.281 gps 點 zyh-24327907.759498928.6235.599 gps 點 zyh-34327556.848499590.8146.095 gps 點 zyh-44328

12、548.857498670.4755.612 gps 點 注：以上坐標(biāo)為北京 54 坐標(biāo)系統(tǒng)， 高程為曹妃甸港理論最低潮 面。 6.2 儀器安裝 多波束系統(tǒng)的安裝是測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，儀器安裝必須穩(wěn)定、牢固、 防止震動產(chǎn)生噪音，儀器一旦完成安裝，所有的部件在測量過程中都 必須保證相對位置不變。 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊8 本次儀器安裝在首鋼碼頭進行，多波束換能器采用船舷式安裝， 位于測船的左舷前方距離船首約 1/2 處，吃水 1.6 米（與測船吃水基 本一致） ，用 8 個大螺栓固定；運動傳感器安裝在測船的中軸線上、 駕駛室操作臺

13、上，指向船艏； gps 接收天線位于多波束換能器正上 方；單波束測深儀 hd-27 換能器安裝在測量船另一側(cè)。 儀器安裝完成后，精確量取了各部件之間的位置關(guān)系，做好記錄。 測量中建立船舶坐標(biāo)系如下：以船舶駕駛室操作平臺某點與水面的交 點為原點，水平面上平行指向船艏為 y 軸，水平指向右舷為 x 軸，z 軸與 xy 軸形成右手系，垂直指向天頂。在船舶坐標(biāo)系中多波束系統(tǒng) 各部件位置如下表： 表二：儀器安裝位置坐標(biāo)一覽表 unit x（m）y（m）z（m）備注 gps 天線 001.09 seabat8125 換能器 0.01-0.19-2.3 octans 運動傳感器 -2.980.861.34

14、6.3 掃寬設(shè)計、計劃線布設(shè) seabat8125 有效掃寬為水深的 3.5 倍，根據(jù)測區(qū)水深并按多波 束重復(fù)覆蓋要求，測區(qū)以 12 米寬度布設(shè)測線，完全保證了測區(qū)全覆 蓋測量。 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊9 7、儀器調(diào)試和校準(zhǔn) 7.1 gps 校準(zhǔn) gps 測試采用靜態(tài)測量方法，分別在兩個控制點上進行。儀器精 確架設(shè)在控制點后，分別采集 20 分鐘數(shù)據(jù)，采樣間隔 2 秒。采樣完 成后，對數(shù)據(jù)進行處理計算，測得定位精度分別為 0.85m、0.76m,說 明儀器性能良好，差分狀態(tài)穩(wěn)定。 7.2 hd-27 單波束測深儀的校準(zhǔn) 測深

15、儀器的調(diào)試包括：儀器穩(wěn)定性試驗、儀器零線調(diào)試、吃水線 調(diào)試、灰度（增益）調(diào)試、以及數(shù)據(jù)傳輸測試等內(nèi)容。 儀器安裝完成后，換能器入水，開機，穩(wěn)定一段時間后，設(shè)定工 作參數(shù)，包括吃水、聲速、發(fā)射能量、增益等。觀察零線、吃水線是 否漂移，增益、能量大小以否適量；接通計算機采集系統(tǒng)，測試數(shù)據(jù) 傳輸是否準(zhǔn)確；如果水深采集出現(xiàn)零水深較多，分析原因，調(diào)整儀器 靈敏度，直到工作正常運行。 7.3 seabat 8125 多波束系統(tǒng)的校準(zhǔn) 多波束系統(tǒng)的校準(zhǔn)主要指換能器初始安裝校準(zhǔn)，安裝校準(zhǔn)是多波 束測量的關(guān)鍵，校準(zhǔn)結(jié)果將用于本次數(shù)據(jù)成果的各項改正，將直接影 響測量成果的精度。多波束的安裝誤差包括換能器安裝姿態(tài)誤

16、差、電 羅經(jīng)安裝誤差以及 gps 定位延遲引起的誤差，因而安裝校準(zhǔn)即包括 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊10 上述各參數(shù)的校準(zhǔn)。 校準(zhǔn)測量完成后，由 patch 軟件自動完成校準(zhǔn)參數(shù)計算，本次 校準(zhǔn)參數(shù)結(jié)果為： roll： 3.20 pitch：3 yaw：4.35 latency： 0.081s 7.4 潮水觀測 港池及臨時通道內(nèi)段使用甲方提供的 gps 控制點 zyh-1 點進 行三等水準(zhǔn)聯(lián)測至三港池碼頭，閉合差：-3mm，滿足工程精度。每 十分鐘觀測一個潮水。通道外段老龍溝部分使用原油碼頭自動驗潮站 驗潮數(shù)據(jù)。 8 外業(yè)數(shù)據(jù)采

17、集 儀器安裝、校準(zhǔn)和調(diào)試完成后，開始外業(yè)測量，進行資料采集工 作。測量中，由一人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)聲波采集轉(zhuǎn)換處理器 81-p 系統(tǒng)、一人 負(fù)責(zé) pds2000 的操作、一人負(fù)責(zé)單波束和導(dǎo)航工作，三人分工合作、 協(xié)調(diào)進行。其中 81-p 的現(xiàn)場調(diào)制是測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對數(shù)據(jù)采集質(zhì) 量起著至關(guān)重要的作用，由經(jīng)驗豐富的工程師專門負(fù)責(zé)。在資料采集 過程中，儀器操作人員保證儀器和設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，并記錄下 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊11 測量過程中的各項參數(shù)，對可疑點隨時進行現(xiàn)場記錄及判斷。 測量中船速保持在 68 節(jié)。每 20 兆記錄一個數(shù)據(jù)

18、文件，以便于 內(nèi)業(yè)回放處理。測量中盡量避免急轉(zhuǎn)彎，保持直線勻速航行。 測量過程中，在 pds2000 顯示屏幕上可以直接顯示測區(qū)海底覆 蓋情況，對于漏測的地方，現(xiàn)場及時安排補測。 導(dǎo)航和單波束測量采用 hypack_max 測量軟件，導(dǎo)航計算機按 照設(shè)定的 5s 打標(biāo)間隔，采集水深點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)，并記錄 存盤。測深儀 hd-27 同時輸出模擬記錄，形成模擬記錄文件，以備 與數(shù)字記錄相對照。hypack_max 軟件每條測線形成一個獨立的數(shù) 據(jù)文件，每天記錄形成一個 log 日志文件。每天作業(yè)結(jié)束后對測深 數(shù)據(jù)文件進行整理、備份和登記。 9、水深數(shù)據(jù)處理 9.1 單波束數(shù)據(jù)處理 測量完成

19、后，對單波束 hd-27 所采集的數(shù)據(jù)使用中海達測深資 料后處理軟件進行回放處理。回放模擬記錄圖像，并與 hypack 水 深記錄文件進行比對，剔出錯誤水深，零水深等錯誤信息。當(dāng)因風(fēng)浪 影響回波信號呈波浪狀時，水深則從距波峰 1/3 波峰波谷之差處量取， 手工進行平滑處理，水深摘錄精度至 0.1m。水深處理完成并進行潮 位改正后形成 dxf 圖形文件由 autocad 進行進一步成圖。 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊12 9.2 多波束數(shù)據(jù)處理 多波束數(shù)據(jù)的處理是一項較復(fù)雜的過程。由 pds2000 和 caris 軟件完成。其主要

20、過程如下： 水深數(shù)據(jù)回放、潮位改正 水深數(shù)據(jù)清理 形成 dtm 模型，形成三維立體圖 輸出 pts 文件及各種圖形文件 其中水深數(shù)據(jù)清理是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于多波束測深過程中因波束較 多，有部分假信號，需要人工進行判讀和清理。 9.3 潮位改正 潮位改正采用單站改正模式。將記錄的所有潮位數(shù)據(jù)輸入 hypack max 和 pds2000 軟件中進行水深潮位改正，由 hypack 和 pds200 軟件自動完成潮位改正計算。 10、水深測量精度評估 水深測量精度主要受測深誤差（包括儀器誤差和聲速改正誤差） 、 吃水誤差和水位誤差三種因素影響。 測深誤差各因素如下： 測深儀誤差： 0.1m 水位改正誤差

21、： 0.1m 曹妃甸中國石油集團海洋公司渤海灣基地三港池臨時航道掃測工程測量技術(shù)報告 秦皇島港務(wù)局海測大隊13 聲速改正誤差： 0.01m 換能器安裝誤差：0.05m 所以本次測深中誤差為： mmd18 . 0 05. 01 . 01 . 01 . 0 2222 根據(jù)水運工程測量規(guī)范 ，當(dāng)水深小于等于 20m 時，測量中誤 差小于0.2m。因此，本次測量的測深精度符合規(guī)范要求。 為檢查測深結(jié)果是否存在系統(tǒng)誤差，本次測量采用單波束對多波 束進行有效地比較，共比對了 286 個測點。比對結(jié)果，情況較好，符 合水運工程測量規(guī)范要求，比對情況見表 2。 表三 水深測量多波束、單波束測線水深不符值統(tǒng)計表 單位：m 誤差 0m0.1m0.2m0.3m 0.3 m 總數(shù)符合率% 比對個數(shù) 155120560286100 11、地形圖繪制 當(dāng)多波束數(shù)據(jù)處理完成后，形成 pts 數(shù)據(jù)文件，然后由 hypack_ 水深測量軟件和 auto