SILAS適航水深測(cè)量培訓(xùn)資料(共35張)

1、SILAS適航水深測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用適航水深測(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 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/m，下限為1030-1080/m。隨著水體中懸移的泥沙沉落增多，浮泥進(jìn)

2、一步密實(shí)，逐漸形成流泥，密度范圍一般為1250-1550/m。當(dāng)孔隙水被排走，密度增加到1550-1700/m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。 現(xiàn)今，隨著各深水港池航道挖槽水深越來(lái)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(wèn)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(wèn)題。國(guó)內(nèi)過(guò)去一般使用射線密度計(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

3、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。 SILAS系統(tǒng)原理系統(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(guò)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(guò)的聲源信號(hào)來(lái)記錄

4、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(guò)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浮泥測(cè)

5、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：數(shù)據(jù)采集(Acquisition)；數(shù)據(jù)處理(Processing)；密度編輯(RheoEdit)；密度采集(RheoLog)；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：0200 Pa；粘性范圍：0600 Pa；密度范圍：密度范圍：100010001800g1800g/ /L L；精度：所量的密度的l ；分辨率：l g/L；溫度范圍：060；深度范圍：060 m；更新速率：20 Hz；電源：110220 VAC，

6、35 w ；面積：橫截面650mm x 150 mm；重量(干重)：l5 kg；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)UDP 3、裝有采集軟件及AD轉(zhuǎn)換卡的電腦 4、具有sILAs輸出格式的雙頻測(cè)深儀(如：0D0M MK III) 5、DGPS 另外，一般一般還需要裝有導(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)。外業(yè)數(shù)據(jù)采集1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)及聲信號(hào)采集 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.

7、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Silas Acquisition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)。 測(cè)深儀設(shè)置 聲信號(hào)采集使用DF-3200MK II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

8、在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，頻率通常選擇高頻200 kHz或210kHz，低頻24kHz或33kHz。 通過(guò)DF-3200MK II雙頻回聲測(cè)深儀自動(dòng)增益控制(AGC)、門(mén)限控制(THRESHOLD)、盲區(qū)控制(BLANKING)、Subbottom Range、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(guò)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 Silas Acquisition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(xiě)入，不做強(qiáng)調(diào)。運(yùn)行前需要先打開(kāi)AD卡，記錄時(shí)可選則AUTO START。 AD卡設(shè)置

9、：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(guò)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(guò)程中不要變更。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(kāi)，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（切記，保持同步（Synchronize ContinuouslySynchronize Continuously）前一定要

10、打勾，然后同步，應(yīng)）前一定要打勾，然后同步，應(yīng)用。用。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(guò)采樣點(diǎn)。密度計(jì)使用如下： 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 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 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(kāi)頭，內(nèi)外業(yè)

11、同一個(gè)）；外業(yè)數(shù)據(jù)采集 打開(kāi)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 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 軟件窗口如下，Auto Star可選，速度選負(fù)值，不要太大，注意深度及溫度變化是

12、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 采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，擰開(kāi)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； 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理1、密度數(shù)據(jù)處理 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 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/m，湛江寶滿為12.00kn/m ，南沙港和臺(tái)山電廠為12.30kn/m，珠海電廠為12.40kn/m

13、)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 軟件界面如下：內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 AUTO EDIT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 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(shuō)來(lái)，采樣點(diǎn)與實(shí)際測(cè)線的距離不要超過(guò)5米，越近越好，如果距離過(guò)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(guò)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(kāi)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

14、會(huì)傾斜，導(dǎo)致傾斜角度突然加大。基本上，如果傾斜超過(guò)10-12度，說(shuō)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。赡軙?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(guò)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(guò)0.70米的位置較為合適。 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Silas Processing模塊中進(jìn)行。 新建項(xiàng)目，匹配外業(yè)采集*.SEI數(shù)據(jù)與定位*.XYZ數(shù)

15、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 管理層，新建浮泥層，類型Density；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 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 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 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。Silas 2.0版本提供兩個(gè)浮泥層處理模型，漸進(jìn)模型(Cumulat

16、ive Model)和梯度模型(Gradient Model)，梯度模型在Cumulative Model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Cumulative Model，第一步界面如下，首次使用沒(méi)有校準(zhǔn)文件則不選；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 下一步打開(kāi)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

17、范圍則不顯示；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 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(guò)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 下一步，校準(zhǔn)，藍(lán)色曲線對(duì)應(yīng)紅色采樣點(diǎn)密度層，Arriving Power是到水底信號(hào)強(qiáng)度，設(shè)置越低，則密度越大；Density Level for accuracy Check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)

18、；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 注意：Arriving power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 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 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 幾種常見(jiàn)粗差的內(nèi)業(yè)判別 ：為過(guò)往船只螺旋槳產(chǎn)生的尾流造成的體積混響