量水深電路

1. 水深測量的深度測量

為連續測得水深，必須選擇適當的測深線間隔和方向。測深線間隔一般取為圖上 1厘米。探測航行障礙物時，應適當縮小測深線間隔或放大測圖比例尺。測深線方向一般與等深線垂直。港灣地區的測深線方向應垂直於港灣或水道的軸線。沿岸測量中，測深線的布設，在岬端處應成輻射狀，在鋸齒形岸線處應與岸線總方向成45°。水底平坦開闊的水域，測深線方向可視工作方便選擇。江河上可根據河寬和流速，布設橫向、斜向或綜合的測深線。
測量水深所使用的工具和儀器一般有測深桿、水砣（測深錘）和回聲測深儀等。20世紀60年代以來，開始使用多波束測深系統，70年代又使用了遙感技術，大大提高了工作效率。但由於受海水的各種物理、化學因素的影響，測量深度仍受到一定限制。
為評定水深測量成果的精度，測區內應適當布設檢查線。檢查線與測深線相交處兩次測得的深度之差不能超過規范的要求。另外，還須檢查與鄰圖拼接處相對應水深的符合程度。對其中相差較大或存在系統誤差的深度點，要找出引起誤差的原因，一般海底平坦處著重從測深方面檢查，在海底地貌變化較大處，著重從測深點定位方面檢查，作出正確結論，適當處理。
測得水深後，必須進行水位改正。就是把在瞬時水面上測得的深度歸算到由深度基準面起算的深度。當深度點處的瞬時水面與驗潮站在同一瞬時的水面高差不超過20厘米時，用該站的潮位觀測資料進行水位改正；若高差超過20厘米，則用水位分帶法進行改正，即在滿足水位改正精度的條件下，根據兩個或兩個以上驗潮站的潮位觀測資料，用圖解內插（或計算）的方法，把測區分成若干個帶（區），求出各帶（區）的潮位資料，進行分帶（區）改正。近海測量中，可用模擬法進行水位改正。

2. 怎樣測量水的深度

一般用一條繩子綁上重物，掉到水裡面，等重物沉到水底，量下繩子有多少長，就可以知道水的深度了，不過在海上不一樣。長久以來，海員們用「測深索」來估測海洋的深度。他們把一根已知長度的繩索放下海，直到繩上的重物觸到海底，根據繩索的長度就知道海洋的深度。但這種方法速度很慢而且很不可靠。因為當重物隨著不斷下降的繩索進入海洋深處，很難判斷它是否已觸到海底以及這時的繩索是否是綳緊的。
對於深海的研究始於一艘科研船HMS挑戰者號，它是由英國戰艦改裝成的。1872年12月首航，任務是「全面了解海洋」。挑戰者號對全球的海洋作了首次全面的研究。這艘蒸汽帆船穿越了除北冰洋以外的所有大洋。它載著273名船員和6名科學家航行了68890英里。在威維利·湯姆森爵士的帶領下，考察了所有可能影響水生生物的物理和生物因素。
船上所有人員共作了492次水深測量和133次取樣工作。每次測量，他們都費力地把系有重物的繩索放入海中。最後，測得馬里亞納海溝深約27000英尺，證明了海洋比人們想像中要深得多。同時，他們還掘取了洋底的~沉積物~標本，以供進一步研究並發現新的物種。
盡管這次航行帶回了豐富的數據（航行報告足足有50卷），人類對於海底的認識卻仍是膚淺的。廣闊的海底世界又豈是靠一次一次的測量就能夠完全了解的呢。這之後，航行越來越多，資料一點一點慢慢地積累起來。
1920年，由於一項技術上的突破，人們可以藉助聲波來探測海底。通過電子回聲探測器（後被稱作聲納），人們可以進行精確的深度測量。回聲探測器裝在船上，可測得一次聲波脈沖傳到海底並反射所需的時間。把這個時間除以二，再乘以聲音在海水中的平均速度（每秒4925英尺）就得到海洋的深度。把連續的回聲波繪制下來，就可以大致了解海底的情況。
1922年，U.S.S.斯圖爾特號第一次使用這項新技術，作了900次~回聲~測量。接著，德國流星探索號把自然海洋學帶入了一個新的領域。從1925年到1927年，它十四次穿越南大西洋，搜集了70000多次水深測量的數據。通過這些數據，我們可以了解到海底是崎嶇不平的。
現在，科學家們採取另一種方法－－太空衛星來了解海底情況。衛星上裝有~測高儀~，通過雷達來測量海洋的准確深度。由於洋底的萬有引力不同，這一深度會有所不同。大洋中脊、海山、海溝等造成地殼密度不同，因而對海面的引力也不同。計算機就利用這些數據來推測海底的情況。

3. 誰有rtk測量水深技術原理的流程，最好是電

位移監測有實時和後處理兩種，RTK模式屬於實時測量，經過演算法優化可以達到毫米級精度，靜態模式是定期去觀測一次，然後將記錄的靜態數據通過軟體後處理得到觀測結果，再對比之前的數據算出位移，前者是現在的主流方法，但是資金投入高，後者效率低一點，但是需要很高的工作經驗。

4. 如何測量水深

最原始的方法，用一根長繩子栓上重物（石頭之類的），拋入想測量位置感覺已經觸底，拉上繩子測量入水繩子的長度

5. 有沒有一種可以測水深的感測器，不是那種測水位的

測量水深所使用的工具和儀器一般有測深桿、水砣（測深錘）和回聲測深儀等。
20世紀60年代以來，開始使用多波束測深系統，70年代又使用了遙感技術，可以大大提高工作效率。但由於受海水的各種物理、化學因素的影響，測量深度仍受到一定限制。

6. 水深測量的主要方法有哪幾種

傳統的河流流量方法包括人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量等。其基本原理是在測流斷面上布設多條垂線。在每條垂線處測量水深並用流速儀測量一至幾個點的流速儀從而得到線平均流速。進而得到斷面面積和斷面平均流速。流量則由斷面面積和斷面平均流速的乘積得到。
浮標測流發，利用浮標漂移速度與水道斷面來推算斷面流量。用睡眠浮標法測流時，應先測繪出測流斷面上水面浮標速度分布圖。將其與水道斷面相配合，便可計算出斷面虛流量。斷面虛流量乘以浮標系數，便可計算出斷面流量。浮標系數與浮標類型、風力風向及河流狀況等因素有關

7. 水深測量在工程測量中有什麼用途

1、目的：探測和研究海底地貌,並准確而完善的反映出來；探測出海中的航行障礙物,最後繪制水深圖.
2、任務：為設計施工單位、保證艦艇安全航行、建立檔案、科學研究提供水深圖.
二、水深測量的特點
1、對象的不可見性.由於海底地形的不可見性,增加了測量的難度.
2、測量的運動性.由於測量時船在運動,水也在運動,因而增加了測量的不確定性.
三、水深測量的特殊要求
1、無法選擇特徵點.在測量地形時,我們可以選擇便於表示地形地貌的特徵點,因而可以准確的反映地形.但在測量水深時只能布設一定數量的測深線和測點,用它們來反映海底的地形.於是要求布設合理的測線與測點,這樣才能又快又準的反映海底地形.
2、同步性：水深測量是要測出一點的三個坐標.因此要求密切協作,只有這樣才能保證測得的平面位置和水深數據屬於同一個點.
3、水面不斷運動,造成了測得的水深只是瞬時水深.它包括了水面的變化,必須對其進行改正.
4、水上作業的安全問題更為重要.
主要包括平面定位（目前主要依靠GPS差分定位）、水深測量（主要靠回聲測深儀包括單頻單波束,雙頻單波束,單頻多波束等）、水位觀測（利用驗潮站來消除水位變化的影響）、內業計算（一般通過軟體自動完成）、成圖（軟體、繪圖儀）

8. 水深測量的主要技術方法有哪些

水深測量的主要技術方法有：單波束測深、多波束回聲測深、機載激光測深。
水深測量測線一般布設為直線，又稱測深線。測深線分為主測深線和檢查線兩類。

9. 水深測量方法有哪四種

全站儀，水準儀都不具備測量水深的功能，一般的做法是先測出水面高程，然後再直接量取水深度（可以使用5米塔尺或者別的有刻度的桿來量），這個坑明顯是人為挖掘的，深度很不規律，而且也不大，沒有必要進入其中去量深度，在岸邊用5米塔尺伸個3-4米量一個深度，四周都量一下，基本就可以確定了

10. 近岸海底管線路由調查與管線的探測

馬勝中 陳炎標 陳太浩

第一作者簡介：馬勝中，男，1968年出生，高級工程師，1990年畢業於中國地質大學（武漢）石油地質系，從事地震資料解釋，工程地質、海洋地質及綜合研究工作。

（廣州海洋地質調查局 廣州 510760）

摘要 在近岸海底管線路由調查的探測過程中，回聲測深儀或多波束測深儀、旁側聲納掃描、淺地層剖面儀和海洋磁力儀是探測的主要儀器。回聲測深儀測量水深和了解地形變化，旁側聲納掃描探測海床的岩石露頭、管線以及錨痕、沙波等海床地貌和地質災害現象，淺地層剖面主要探測淺埋岩石、管線及海底淺部的地質災害現象，海洋磁力儀探測帶有磁性的管線等物體，以上幾種方法綜合使用，可以探測管線或探明路由的地質情況，海底地質災害是威脅管線的重要因素。

關鍵詞 路由與管線探測 海洋地質災害 探測方法

1 前言

隨著社會的發展與進步，人們已逐步將工程建設的中心轉移到了海洋。近岸帶已成為人們開發建設的中心。石油、天然氣管道的鋪設、通訊電（光）纜的鋪設、排污管道、水下隧道的建設等近岸工程的設計、施工及日後定期安全防護要求對工程場址或路由進行細致的調查和評價。

管線埋置到土中一定深度，避免管線直接接受波浪、潮流作用是保持管線穩定經常採用的方法。一般管線埋置深度取管頂以上1.5～2.0m，特殊地段甚至需要4～6m，它的上面還需要鋪設岩石等堅硬的物體，當水深達到一定深度時，管線可以直接鋪設在海床。海洋地質災害現象不僅對海上構築物、海底管線或其他工程設施構成潛在的重大危險，而且導致嚴重的人身財產損失和工程失敗，因此，預先查明海底工程地質條件及各種海底不穩定因素，了解海底沉積物的類型與其工程特性，是管線定期安全防護不可缺少的前期工程。

2 調查工作原理

陸地上地下管線的探測主要應用電、磁方法，尤其探地雷達應用非常廣泛（王興泰，1996）。而回聲測深儀、旁側聲納掃描儀、淺地層剖面儀和海洋磁力儀則是目前國內外通常採用的水下管線路由的勘查系統。它們的配合使用可提供所測場區內海底表面和海底下一定深度內埋藏在沉積物中的各種災害地質現象的形態、規模等特徵，配合高精度導航定位系統（陳衛民等，1997），還可獲知其准確的發育位置及發展方向。

2.1 回聲測深儀

在近岸工程的調查及評價過程中，回聲測深儀是使用最廣、最有效的水下聲波探測系統。水下聲波測量是通過探測聲波在水下或岩土介質內的傳播特徵來研究岩土性質和完整性的一種物探方法。

回聲測深儀工作原理：換能器從水面向水底發射聲波信號，聲波傳到水底界面被反射，再回到換能器被接收（換能器是利用壓電材料的壓電效應工作的），接收到的聲波信號轉換成電信號後送至儀器的接收放大器進行放大，放大後信號送入A/D（模擬量轉換成數字量專用電路）轉換器，它將模擬信號采樣後，依次將每個樣值轉換成二進制數字量，形成一組時間離散的數字量系列，送入電腦，進行實時處理。測定聲波從發射，經水底反射，到被接收所需時間，就可確定水深H=CT/2（其中H為水深，C為聲波在水中的傳播速度）。測深儀將水深模擬量一方面提供給記錄器作模擬記錄，在記錄紙上直接顯示測線上連續起伏變化的海底剖面，而不只是單純的某點的水深值。另一方面提供給量化器轉換成數字量顯示並從RS232口輸出，可與GPS全球定位系統及計算機直接進行通訊形成數字記錄。測深儀按頻率可以分為單頻測深儀（僅低頻或者高頻）和雙頻測深儀（具有高、低頻，可以同時記錄，低頻工作水深大，但是它能穿透水底的非常稀的浮泥，高頻工作水深小，但是水深比較准確，經常用於工程方面），測深儀的原理方框圖如圖1所示。

圖1 回聲測深儀工作原理示意圖和海底剖面的模擬記錄

Fig.1 The working principle of echo sounder and seafloor record on echo sounder profile

測深資料反映了海底表面起伏變化、高差大小和延伸范圍（發育規模），利用計算機處理和繪圖技術，可製成所測海區海底地形圖。利用多波束探測能得到更好的三維地形圖。

2.2 旁側聲納掃描

旁側聲納是一種高解析度、多用途的水聲設備，在海洋測繪、海底目標探測（如探測沉入水底的船、飛機、導彈、魚雷及水雷等）、大陸架和海洋專屬經濟區劃界、海洋地質、海洋工程、港口建設及航道疏浚等方面有廣泛的應用。

旁側聲納有許多種類型，根據發射頻率的不同，分為高頻、中頻和低頻旁側聲納，低頻作用距離大，解析度較低，高頻作用距離小，解析度較高。另外，還可以劃分為舷掛式和拖曳式旁側聲納，單頻和雙頻旁側聲納，單波束和多波束等。

旁側聲納工作原理：左右兩條換能器具有扇形指向性。在航線的垂直平面內開角為θ_v，水平面內開角為θ_H。當換能器發射一個聲脈沖時，可在換能器左右側照射一窄梯形海底，如圖左側為梯形ABCD，可看出梯形的近換能器底邊AB小於遠換能器底邊CD。當聲脈沖發出之後，聲波以球面波方式向遠方傳播，碰到海底後反射波或反向散射波沿原路線返回到換能器，距離近的回波先到達換能器，距離遠的回波後到達換能器，一般情況下，正下方海底的回波先返回，傾斜方向的回波後到達。這樣，發出一個很窄的脈沖之後，收到的回波是一個時間很長的脈沖串。

硬的、粗糙的、突起的海底回波強，軟的、平坦的、下凹的海底回波弱。被突起海底遮擋部分的海底沒有回波，這一部分叫聲影區。這樣回波脈沖串各處的幅度就大小不一，回波幅度的高低就包含了海底起伏軟硬的信息。一次發射可獲得換能器兩側一窄條海底的信息，設備顯示成一條線。在工作船向前航行，設備按一定時間間隔進行發射/接收操作，設備將每次接收到的一線線數據顯示出來，並轉化成圖像的形式記錄下來，就得到了二維海底地形地貌的聲圖。聲圖以不同顏色（偽彩色）或不同的黑白程度表示海底的特徵，可直觀海底表面諸如岩石露頭（包括出露的管線）、沙波等海底表面形態特徵，是進行海底表面災害地質現象形態及規模研究的重要儀器（夏真等，2003）。工作原理示意圖如圖2所示。

圖2 旁側聲納掃描工作原理

Fig.2 The working principle of side scan sonar

2.3 淺地層剖面儀

淺地層剖面儀也是一種水下聲波探測系統，它可以提供調查船正下方地層的垂直剖面信息。

淺地層剖面儀工作原理：它所發射的低頻聲波（3.5～12kHz中選擇一種頻率，低頻穿透深度大，解析度較低，高頻穿透深度小，解析度較高）對海底有一定的穿透深度，能准確反映出海底下不同深度的海底沉積物的結構構造特徵。高能發射的低頻聲波穿入海底，部分能量由淺部地層各聲學反射介面反射回來被換能器所接收，反射信號轉化成圖像後依次以時間函數的形式記錄下來，構成一幅連續地層剖面。它可以准確地反映出近岸工程所要求的地層界面及可能存在的淺層氣、淺斷層和古河道等海底地質災害因素或其它物體（如管線）。淺地層剖面儀的穿透深度小於50m，解析度大於1cm。

2.4 海洋磁力儀（磁法）

磁法是利用地下岩礦石或者岩土介質之間的磁性差異所引起的磁場變化（磁異常）來尋找有用礦產，查明地下構造和解決其它地質問題的一種探測方法。銫光泵磁力儀是建立在塞曼效應原理基礎上，塞曼效應指的是原子處在外磁場下，它的每一能級分裂為（2J+1）條的現象，其中J為原子總角動量量子數，銫光泵磁力儀的工作介質是銫原子。

以上四種高解析度的水下探測系統在高精度的定位系統的支持下配合使用，可使我們獲得近岸工程建設場址內三維的工程地質條件，特別是危害工程建設的各種災害地質現象的形態、規模、位置及其發展趨勢等性質（李學傑等，2002）。

3 資料處理和解釋

3.1 磁力探測資料處理和解釋

管道的出現，改變了地層序列，使正常的磁場分布發生了變化，從而產生了磁異常，就可以利用磁力儀探測出這些磁異常的分布。磁法探測的資料，用計算機程序自動進行數據處理，對所測的總場數據進行日變、正常梯度的校正後，得到天然氣管道所產生的ΔT磁異常。對整個區域的磁場觀測表明，凡有管道存在的地段，其ΔT磁異常均出現尖峰狀或低谷狀。繪制已經改正的ΔT磁異常曲線圖（圖3），根據磁異常曲線的平面特徵和剖面特徵可以確定管道的走向。從圖中可以看出，有管道存在的地段，其ΔT磁異常呈現尖峰狀或低谷狀，尖峰或低谷的中心正好位於管道的中心。但是從圖上也可以看出磁力探測的局限性，當海底有其它鐵磁性物體存在時，管道產生的磁異常就會被干擾。由於磁法探測的拖體在船後面3倍船長距離的水面，在受水流、風、浪和潮水的影響，拖體偏離測線，在沒有水下定位的情況下，最後在做拖體位置改正時，位置存在誤差，可能偏差十幾至二十米。在海上單獨使用磁力探測往往達不到精度要求，需要結合其它手段綜合確定。

圖3 ΔT磁異常曲線平面特徵圖

Fig.3 Curve of ΔT magnetic anomalies

3.2 旁側聲納掃描圖像處理和解釋

管道出露在海底，我們根據旁側聲納掃描圖像判譯管道的位置和走向。

綜合分析掃測區特殊水深和水深分布情況，海底沉積物分布特點，水深等深線形態分布特點，聲圖反映海底障礙物，和海底微地貌圖像的可信情況（馮志強等，2002）。確定海底微地貌基本形態特徵及其分布范圍：確定海底障礙物性質、位置、高度、長度和寬度、走向、所處位置的水深及底質類型等。

旁側聲納最終的掃測結果是以聲圖的形式呈現在使用者面前，而聲圖與照片有很大的不同，不能反映物體的真實形狀，只能用灰度來反映物體的強與弱。判讀聲圖圖像的處理過程是由人眼完成的，聲圖判讀是通過對旁側聲納的二維圖像的特徵提取，根據聲圖的形狀特徵、大小特徵、色調和顏色特徵、陰影特徵紋形特徵和相關體特徵進行判別，從而識別海底地貌、沉船、沉雷、礁石、管線等人工或自然目標（圖4）。聲圖判讀也稱聲圖識別、聲圖解釋或稱聲圖判釋。

圖4 旁側聲納顯示的礁石

Fig.4 The reefs show on the side scan sonar profile

3.3 淺地層剖面資料處理和解釋

管道如果為鋼筋水泥管，與周圍的地層相比差異很大，是一個良好的反射層，能形成強反射波，但有些地段，為了保護天然氣管道，在鋪設管道時上面鋪了一層石頭或其它物體，它們也與周圍的地層相比差異很大。我們利用淺地層剖面的反射波組的振幅、頻率、連續性、波形和反射形態的相對變化確定管道，管道造成地下反射層中斷，反射波變得不能連續追蹤，管道以及鋪設的物體具有比較強的反射，在剖面上表現為反射波的頻率的變化，由於管道以及鋪設的物體的存在使反射波的波形和反射形態變得不規則、絮亂甚至產生畸變，由於淺層剖面儀的穿透深度與海底底質密切相關，若底質是砂泥非緻密物時，穿透深度在30～50m左右，能得到良好的記錄，垂直解析度可達0.1～0.5m；但當底質是較緻密的砂質海底或者是含氣沉積物層時，穿透能力明顯降低。當識別出管道後，根據定位點的坐標確定管道的位置和在剖面上管道的頂界面距離海底的埋藏深度，在根據同一位置的水深就可以確定管線的管頂高程（圖5、6）。

圖5 淺地層剖面顯示的管道（上面鋪設填石和填土）

Fig.5 The pipe cover with stone and soil show on the sub⁃bottom profile

圖6 淺地層剖面顯示的管道

Fig.6 The pipe show on the sub⁃bottom profile

4 結論與討論

1）回聲測深儀、旁側聲納掃描和淺層剖面儀結合磁力儀是目前國際上探測管線路由以及海底地質災害現象特徵的主要儀器設備。

2）測深資料反映了海底表面起伏變化、高差大小和延伸范圍（發育規模），利用計算機處理和繪圖技術，可製成所測海區海底地形圖。利用多波束探測能得到更好的三維地形圖。

3）旁側聲納設備按一定時間間隔進行發射/接收操作，轉化成圖像後，就得到了二維海底地形地貌的聲圖。可直觀海底表面諸如岩石露頭（包括出露的管線）、沙波等海底表面形態特徵，是進行海底表面災害地質現象形態及規模研究的重要儀器。

4）淺地層剖面儀高能發射的低頻聲波穿入海底，部分能量由淺部地層各聲學反射介面反射回來被換能器所接收，反射信號轉化成圖像後記錄下來，構成一幅連續地層剖面。利用反射波組的振幅、頻率、連續性、波形和反射形態的相對變化確定管道。

5）管道的出現，改變了地層序列，使正常的磁場分布發生了變化，從而產生了磁異常，就可以利用磁力儀探測出這些磁異常的分布。對整個區域的磁場觀測表明，凡有管道存在的地段，其ΔT磁異常均出現尖峰狀或低谷狀。但是當海底有大量含鐵磁性的物體存在時，管道產生的磁異常就會被干擾，造成探測的難度。

6）影響海底不穩定性的因素很多，歸結起來有兩個，一是應力增加，一是強度減小，或者是兩者結合的結果。對地質災害主要以預防為主，要使防治地質災害取得良好效果，應首先查明各種地質災害的成因、分布和發育規律，並對一些具有較大潛在危險的地質災害進行必要的監測、預報以便防避，或制訂抑制災害形成和發育的有效措施，對於漸發性的地質災害則要加強災害成生規律的研究。才能做好管線等構築物的安全防護。

7）海洋調查要求較高的GPS定位系統，在探測、設計和施工各個階段統一坐標系統，以免在坐標系轉換中產生誤差。

參考文獻及資料

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張勝業，潘玉玲.2004.應用地球物理學原理.北京：中國地質大學出版社

Offshore Submarine Pipeline Route Survey and Exploration

Ma Shengzhong Chen Yanbiao Chen Taihao

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：Echo⁃sounder，side scan sonar，subbottom profiler and marine magnetometer are main instruments for exploring submarine geo⁃hazards in the oil ＆ gas field pipeline route or pipeline survey of the offshore engineering.Echo⁃sounder can sound depth and know hypsography.Side scan sonar can show directly the topographic characteristics of the sea floor，the distributions of the obstacles on the sea floor，such as rock crop，pipeline，sandwave and touch of anchorage.Subbottom profiler can investigate a lot of submarine geo⁃hazards such as shallow buried rock and its crop，landslide，shallow gas，paleochannel，shallow fault.Submarine geo⁃hazards are the important factors endanger pipeline route.

Key words：Offshore pipeline route explore Marine geo⁃hazard Exploring method