声学水面无人艇在浅水海底地貌调查中的应用

李勇航, 单晨晨, 苏明, 刘文涛, 雷亚平, 温明明, 蔡鹏捷. 声学水面无人艇在浅水海底地貌调查中的应用[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2020, 40(6): 219-226. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2020052601
引用本文: 李勇航, 单晨晨, 苏明, 刘文涛, 雷亚平, 温明明, 蔡鹏捷. 声学水面无人艇在浅水海底地貌调查中的应用[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2020, 40(6): 219-226. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2020052601
LI Yonghang, SHAN Chenchen, SU Ming, LIU Wentao, LEI Yaping, WEN Mingming, CAI Pengjie. Application of acoustic unmanned surface vehicle to submarine geomorphology survey in shallow water[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2020, 40(6): 219-226. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2020052601
Citation: LI Yonghang, SHAN Chenchen, SU Ming, LIU Wentao, LEI Yaping, WEN Mingming, CAI Pengjie. Application of acoustic unmanned surface vehicle to submarine geomorphology survey in shallow water[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2020, 40(6): 219-226. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2020052601

声学水面无人艇在浅水海底地貌调查中的应用

  • 基金项目: 中国地质调查局项目“海南福建等近海重点区矿产资源调查”(DD20201175),“海南岛东北部沿海地区综合地质调查”(DD20190308),“地质调查标准化与标准制修订(广州海洋地质调查局)”(DD20190473)
详细信息
    作者简介: 李勇航(1987—),男,硕士,工程师,从事海洋地质与地球物理调查研究,E-mail:leo_hang@qq.com
  • 中图分类号: P714.7

Application of acoustic unmanned surface vehicle to submarine geomorphology survey in shallow water

  • 水面无人艇(USV,Unmanned Surface Vehicle)具有吃水浅、灵活机动、安全高效的特点和优势,日益成为浅水调查的重要手段。对于常规船只和考察人员不能到达的浅水环境的调查,无人艇具有填补甚至替代的价值和意义。C-Worker 4水面无人艇平台搭载了多波束测深、侧扫声呐、浅层剖面声学系统,运用脉冲同步控制和发射频率差异化配置的方法实现数据同步采集,旨在提高调查效率、优化调查方法和节约成本。基于2019年在海南岛澄迈湾1.2~22 m浅水环境的调查数据,处理和分析评估表明其采集数据可靠性高,能清晰识别海底沙波、波纹、礁石、埋藏河道、港池、航道、拖痕等微地貌单元。研究证实水面无人艇搭载多源声学系统同步测量可提供精细、立体、可靠的海底地貌基础资料,服务于海岸带地质调查、资源开发、工程建设、水运交通和国防安全等。

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  • 图 1  声学水面无人艇主要组成示意图

    Figure 1. 

    图 2  多波束测深揭示的典型海底地貌

    Figure 2. 

    图 3  侧扫声呐揭示的典型海底地貌

    Figure 3. 

    图 4  浅剖揭示的典型地貌及浅地层结构

    Figure 4. 

    图 5  海底沙波声学立体探测结果

    Figure 5. 

    图 6  海底礁石声学立体探测结果

    Figure 6. 

    表 1  水面无人艇任务载荷主要调查参数

    Table 1.  Main parameters of surveying system of USV

    参数多波束侧扫声呐浅地层剖面
    设备型号T20PUUV3500SES2000 Smart
    中心频率260 kHz单频455/900 kHz双频100/10 kHz双频
    量程据水深变化,一般为水深的3~4倍单侧50 m30 m
    同步模式被动主动(触发信号源)被动
    脉冲类型CWChirp参量
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    表 2  调查区识别的地貌类型及其声学特征

    Table 2.  Geomorphologic types and acoustic characteristics identified in the survey area

    地貌类型微地貌单元声学特征
    多波束测深侧扫声呐浅层剖面
    自然地貌海底沙波波状起伏,韵律新月形条带状海底线起伏,脊线两侧背散射呈条带状强弱变化波状起伏,通常波形不对称
    海底波纹难以观测背散射强弱相间,呈韵律条带状波状起伏
    海底礁石不规则凸起背散射强,周围较弱,与礁石展布形态有关不规则凸起,下部地层为模糊反射
    埋藏河道无法观测无法观测U或V形下凹,上覆层状充填物
    人工地貌海底麻坑/坑槽U或V形下凹,边界不规则坑槽背散射弱,四周相对较强海底线呈U或V形下凹,通常下部存在层状反射
    航道/港池下凹负地形,边界规则边界处背散射明显强或弱海底线下凹,边界规则
    海底拖痕难以观测明显链状,拖痕处背散射弱,两侧相对较强小型V形下凹状
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出版历程
收稿日期:  2020-05-26
修回日期:  2020-07-29
刊出日期:  2020-12-25

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