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千里江堤作為上海四道防汛防線之一，對其防汛墻安全防控管理是堤防管理部門的一項重要工作。上海對防汛墻開展的“兩查”工作（日常巡查及專項檢查）有效防控了防汛墻發(fā)生失穩(wěn)的風險。其中專項檢查采用周期監(jiān)測等專業(yè)技術手段為防汛墻安全防控提供堅實的技術支撐，采用多波束測量系統(tǒng)進行跨河橋梁墩、臺影響范圍內的河底及防汛墻前地形掃測，采集的數據較單波束更為精細和直觀。該技術也將更多地運用于未來水下地形的測量，研究其作為防汛墻安全防控方面技術手段的適應性具有重要意義。

一、項目背景

上海的跨河橋梁建設數量逐漸增多，同時橋梁墩、臺及上下游防汛墻的沖刷問題也日益嚴重。此外，上海地區(qū)的堤防大都位于軟土地區(qū)，易受地質條件、水文條件、氣候條件、人為因素等的影響而發(fā)生滑塌?；陌l(fā)生對防洪及人民生命財產的安全都會產生極大的影響，對滑塌的堤防進行修復搶險也耗費大量的人力物力。多波束作為一種先進的測量技術，可為跨河橋梁墩、臺對上下游河床沖刷及防汛墻影響研究提供有力的技術支撐。

二、痛點分析

傳統(tǒng)多波束測深系統(tǒng)，所需測量船只船體較大、測深設備裝卸復雜，故測量船搭載多波束方式適用于水深、開闊水域，一般用于海域測量及湖面測量。橋墩、臺上下游水面變窄，通航船只集中，搭載測深儀的大型測量船，靈活性不足，航行受干擾嚴重，測量的便捷性及精確性受到較大影響。

三、實施方案

多波束測深系統(tǒng)根據其搭載平臺不同分為測量船搭載式及無人船便攜式。本案例區(qū)域水深相對較淺，過往船只較多。綜合考慮后采用無人船便攜式，使用中海達最新研發(fā)的iBeam 8140P多波束測深系統(tǒng)集成搭載于中海達iBoat BS15無人測量船。該方案較傳統(tǒng)測量船搭載多波束測深系統(tǒng)的方式具有體積小、集成度高、操作便利、安全高效、精度高、穩(wěn)定性好、經濟等優(yōu)勢。

▲無人船便攜式

▲測量船搭載式

四、作業(yè)過程

1.外業(yè)數據采集

1）測線布設

在測量范圍內存在通航船只和阻水構筑物（橋墩、臺），水下地形呈中間深，兩岸淺，采用垂直于河道布設測線，覆蓋整個測區(qū)；垂直于測線布設檢查線。為保證數據的準確性，多波束掃測條帶重疊度不低于50%。

2）多波束校準

多波束校準主要為船體姿態(tài)校準與測量深度校準。姿態(tài)校準包含橫搖、縱搖和艏搖。

3）航速確定

攔路港受潮汐影響流向、流速紊亂，來往船只較多，船行波對無人船的航行穩(wěn)定存在一定干擾，為保證無人船航行安全及多波束采集數據的精準。綜合各種因素，本次數據采集過程中無人船航速控制為2m/s。

4）數據采集

運用中海達自主研發(fā)的Hi-MAX多波束采集后處理軟件實時控制數據采集。在行船轉彎、掉頭以及受船行波等影響導致多波束測深系統(tǒng)姿態(tài)不穩(wěn)時停止數據采集。同時施測技術人員根據軟件顯示實時水下情況，調整增益參數。多波束測量控制界面如下圖。

▲多波束測量軟件控制界面圖

2.數據后處理及成圖

通過中海達自主研發(fā)的Hi-MAX 多波束采集后處理軟件，對測量數據進行如下處理：

1）新建項目導入測線：需要處理的數據導入Hi-MAX多波束采集后處理軟件。

2）參數設置：檢查并校準參數。將設置的參數計算波束點地理位置。

3）潮位改正：選擇無驗潮改正。

4）聲速改正：選擇單剖面聲速改正模式。

5）數據融合：測線應用所設置參數進行聲線跟蹤，重新計算波束點位置。

6）數據編輯：查看橫搖、縱搖、涌浪、航向、航跡數據，如果有異常數據，利用傳感器數據的編輯功能處理異常數據。

7）成果導出：導出處理過的波束點云數據。

五、成果展示

本案例進行滬昆線跨攔路港橋上下游100米范圍內水下地形及跨河橋墩、橋臺、防汛墻結構的掃測，獲取了兩個研究點位的多波束測量數據。測量面積85421㎡，形成0.1m*0.1m密度三維點880萬點。

數據的后期采用ArcGis軟件進行處理、展示與分析。首先，采用該軟件對本次測量數據處理轉換生成TIN三維數據。其次，采用ArcSene軟件對研究點位的橋梁墩、橋臺、防汛墻按其空間位置制作實體灰體模型，后將TIN數據、灰體模型以及收集到的dwg數字線劃圖數據進行多源數據疊加，可直觀形象展示研究區(qū)域的地物地貌情況。疊加圖如下：