单波束测深仪原理科普 - 海洋测绘中测深仪测量水深基于什么原理

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大家好，我是南南

今天来给大家科普一下可能是海洋测绘用的最多的仪器，单波束测深仪

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测深原理

和其他水下测量设备一样，单波束测深仪的原理也是通过声呐进行测深但是声波是扇形的，能量过于分散，我们测深需要的是水下一个点的数据，所以需要把声波的能量集中发射，最好是一条直线，就是下面这个样子

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所以就用到了波束干涉原理，通过调整不同阵列单元信号之间的参数，使得某些角度的信号增强，而另一些角度的信号相互抵消，这样就形成了我们需要的波束

当然这些具体的是稍微有点复杂的，详细了解的同学可以看看阵列信号处理相关的资料来学习一下

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当然这个波束他不能无限缩小到一个直线，始终是一个扇形且具有一定开角的波束，这个角就是波束角，理论上他的角度越小，测深仪精度越高。因为波束打到水底是一个圆斑（有些人也把他叫做脚印），通过这个圆斑内有限面积的回波来计算这个圆斑的水深。一般国产主流价位（三四万）的单波束开角多为5°-7°，在20m的水深范围下，波束角为7°，圆斑的直径将达到2.5m；波束角为5°，圆斑的直径将达到1.7m

通过上述原理我们就可以得到一个水深点（大致）的深度，如果再在这个测深仪上门接一个RTK来获取GNSS数据，那么就可以得到水下的三维坐标。

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测深优势

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测深仪相对传统的船上拿RTK戳水下的在精度上有绝对优势吗？

我觉得并不见得，由于声速在水中受到温度盐度和压力的影响，不同水深的声速也不一致，当然考虑到声音在水中一般1500米每秒的速度。在内陆50m以内的水深中基本可以忽略不计就是了。

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在入海口和死水深的水域（矿坑）误差就会有点点大，需要用声速剖面仪器（贵的一批）来修正数据，当然这种地方正常人也只能用测深仪来测。

当然测深仪最颠覆的一点是效率，在水下开机就开工作采集数据，在船上或平台上沿着一条直线移动时，它会连续地发射和接收声波，从而得到一系列的水深数据点。这些数据点组成了一条测线

理论上，只要我船开的够快，我测的就有多快，直接效率起飞（只要回波质量可以就随便开）

主流厂家

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国内做测深仪这种海洋装备的厂家挺多的，除了传统测绘仪器御三家南方测绘，华测导航，中海达以外。

还有专耕海洋测绘的海卓同创，无锡海鹰、星天海洋等，不过除了海鹰以外其他两家好像都不看得上单波束这点市场，专注做高端的多波束。

性能嘛国产单波束只能说满足绝大部分要求，测量范围多在五百米以内，很少有超过千米的；而且测浅水（1m以下）感觉一般般。

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玩的花还得看我们海洋产品的老大Kongsberg，不仅测深范围达到3000m（不知道是不是吹nb）

最让我佩服的是脑洞真他喵的大

焊个架子搭载八个单波束测深仪，什么多波束测深仪青春版

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测深数据

现在各家测深仪后处理基本都是一套流程，由于测深数据是一条条测线，各家通过自己算法过滤掉大部分假水深。

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然后手动将部分算法未过滤掉的假水深修正到正确的水深线上，然后通过间距采点来导出水底高程点数据

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最后导出数据，没什么可说的，说不定二十年后也这样，或许集成个AI让他一键处理？

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