新型声呐技术在港珠澳大桥人工岛验收中的应用.pdf
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1、第 卷第 期 年 月水 道 港 口 .收稿日期:修回日期:基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金项目()作者简介:崔嘉()男天津人高级工程师主要从事海洋测绘研究:().新型声呐技术在港珠澳大桥人工岛验收中的应用崔 嘉刘 亮(.交通运输部天津水运工程科学研究所天津.天津水运工程勘察设计院有限公司 天津市水运工程测绘技术重点实验室天津)摘 要:为了准确高效地完成港珠澳大桥项目东、西人工岛填海工程的填海竣工海域使用验收测量研究了一种基于 与高清侧扫声呐的水下验收测量技术 该技术使用侧扫声呐的固定式安装方法结合 高精度定位测量技术提高了海上定位与海底地形测量的精度高效地完成了人工岛填海的
2、水下与陆地测量工作 结合工程实例阐述了人工岛填海边界确定的方法 通过多波束水深测量数据与侧扫声呐数据的对比验证并使用控制点校核测量进行了精度分析证明了该技术的可靠性 与传统海域使用测量方法相比该技术可以大大提高测量精度在类似海洋工程中具有应用价值关键词:侧扫声呐固定式安装水下验收测量港珠澳大桥中图分类号:文献标识码:文章编号:()随着海域经济快速发展粤港澳大湾区、环渤海经济区等涉海区域蓬勃发展 在海域资源开发利用的同时国家也加强了海域监督管理的力度进一步规范了填海项目竣工海域使用验收工作对于人工岛的填海项目竣工海域使用验收海籍调查规范规定水中以围堰、堤坝基床或回填物水下的外缘线为界 测量水下外
3、缘线的传统方法包括断面推算法和实测法断面推算法使用 测量陆地标志点结合人工岛护岸竣工断面图进行推算实测法则采用 定位辅以测深仪、拖鱼式侧扫声呐系统获取水深数据通过水深变化判断外缘线位置 推算法没有考虑水下回淤情况对填海边界的影响实测法由于 定位精度低拖鱼式侧扫声呐姿态不稳定使得填海边界的测量精度较低 系统和侧扫声呐是目前测量技术领域中应用广泛的两种技术国内外学者在这两种技术的研究上取得了显著的进展 中国科学院地球物理研究所与南京大学合作开展了一项关于华北地区地壳运动的研究利用 系统对该地区进行了高精度测量发现华北地区地壳的运动速度比以前预测的速度要快国内外学者还在 系统的应用上做出了一些创新如
4、利用 系统测量台风的路径和强度以及对城市建设和环境保护等方面的贡献美国国家地球物理数据中心()开发了一种名为“高精度位置服务()”的 系统该系统可实现亚米级精度的测量美国国家大气研究中心()还利用 系统研究了全球气候变化和海平面上升等问题国内外学者在侧扫声呐的研究上也取得了一些成果 中国科学院南海海洋研究所开展了一项海底地貌测量研究利用侧扫声呐对南海海底进行了高精度测量获得了精细的海底地形图 美国海洋大气局()开展了一项名为“海底地形扫描计划()”的研究利用侧扫声呐对全球海底地形进行了高精度测量并获得了精细的海底地形图欧洲海洋观测系统()还利用侧扫声呐对北极海域进行了海底地形测量为北极海域航行
5、和资源开发提供了重要的数据支持港珠澳大桥项目东、西人工岛是水上桥梁与水下隧道的衔接部分是全线路段的重点配套工程 人工 年 月崔 嘉等 新型声呐技术在港珠澳大桥人工岛验收中的应用岛填海竣工海域使用测量需要准确界定填海范围针对港珠澳大桥项目人工岛地理位置与结构特点本次测量工作使用了一种基于 定位与固定式高清侧扫声呐结合的水下验收测量技术取得了准确可靠的测量成果 本文以港珠澳大桥人工岛填海竣工验收为例对技术方法与特点进行分析 工程概况东人工岛西边距铜鼓航道中心 采用椭圆形布设岛长 、宽 总面积为.万西人工岛东边距伶仃西航道中心 也设为椭圆形岛岛长 、宽 总面积为.万 人工岛水深约 软土层厚度 采用直
6、径 钢圆筒插入不透水粘土层形成止水型岛壁结构回填砂形成陆域采用塑料排水板联合降水预压方案进行软基处理 岛壁地基处理采用挤密砂桩岛壁结构为抛石斜坡式 抛石堤心由块石填筑其上设置 型混凝土挡浪墙墙下设置块石和混凝土垫层胸墙与钢圆筒直接垂直搁置 岛壁结构外坡坡比为:堤心外侧安放消浪性能良好的 扭工字块体坡脚处设护底块石图 人工岛及防撞护坦航拍图.隧道岛头部位露出海床存在船舶撞击可能采用防撞护坦方案保护隧道沉管结构 岛头隧道防撞护坦横向基本宽度约为 局部区域根据前期的堆载预压碎石边界对护坦顶部进行适当加宽 防撞护坦由锁定回填、一般回填及护面层回填组成回填材料均为大小不等的块石或碎石 人工岛及防撞护坦见
7、图 填海竣工海域使用验收测量方法根据海籍调查规范要求填海工程的用海边界水中以围埝、堤坝基床或回填物倾埋水下的外缘线为界 港珠澳大桥工程东、西人工岛用海方式为填海造地四周为延伸至海底的护岸结构 工程位于伶仃洋海域海湾洋流和河口水流情况复杂人工岛护岸各方向存在不同程度的淤积情况 断面推算法无法反映水下泥面真实位置需采用实测法确定水下泥面与护岸相交处的位置港珠澳大桥人工岛用海边界的准确测量对于保障该区域的生态环境、维护海洋资源、推进经济发展等具有重要的意义 为提高测量精度本次填海竣工海域使用验收测量工作未使用传统 定位与拖鱼式侧扫声呐的技术方法而是采用 定位与固定式高精度数字双频侧扫声呐结合的方式进
8、行测量此方法能够更加精确地确定填海外缘线.侧扫声呐系统侧扫声呐系统能够主动发射声脉冲并接收回波信号从而构建水下反射图像能准确反映水下地貌起伏情况 对于不同材质的物体所呈现的回波反射强度存在区别人工构建建筑物较为坚硬回波信号强而天然泥面较软回波信号弱 基于此特点可以判断水下泥面与护岸的交界线传统拖鱼式侧扫设备是将换能器安装在拖鱼上作业时需测量拖拽点与 天线的相对位置并进行位置校正 其测量精度由 定位误差、拖拽点相对 天线位置的测量误差、拖鱼相对于测量船的位置误差等组成 由于拖鱼受到海流冲击导致其姿态不稳定对测量精度有较大的影响本文采用固定安装式侧扫声呐系统其工作频率为 与 侧扫影像分辨率在频率为
9、 时能达到 频率 时为.该设备采用固定式安装其最大的优势在于换能器采用船舷固定安装的方式减小了换能器相对于 天线和测量船的位置误差能够有效提高侧扫精度 船舶姿态参数采用高精度光纤罗经进行测定其横摇纵摇动态精度为.(幅值范围)本次测量过程中 定位天线置于换能器上方换能器相对于 位置测量误差可忽略不计因此侧扫声呐测量误差主要由定位误差、姿态误差和侧扫图像解译判读误差构成水 道 港 口第 卷第 期侧扫声呐换能器固定式安装水下定位精度比拖拽式精度优良位置更加精确理想状态下可以达到亚米级精度测量设备位置示意见图.系统本文使用珠海市北斗连续运行卫星导航与位置服务系统(简称)进行测量 是珠海市陆海统一的现代
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