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生失穩的風險。其中專項檢查采用周期監測等專業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，上海地區的堤防大都位于軟土地區，易受地質條件、水文條件、氣候條件、人為因素等的影響而發生滑塌?；陌l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

傳統多波束測深系統，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的iBeam 8140P多波束測深系統集成搭載于中海達iBoat BS15無人測量船。該方案較傳統測量船搭載多波束測深系統的方式具有體積小、集成度高、操作便利、安全高效、精度高、穩定性好、經濟等優勢。

▲無人船便攜式

▲測量船搭載式

四、作業過程

1.外業數據采集

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；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校準與測量深度校準。姿態校準包含橫搖、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姿態不穩時停止數據采集。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域的地物地貌情況。疊加圖如下：

▲滬昆線跨攔路港橋多源數據疊加圖

▲滬昆線跨攔路港橋多源數據疊加圖

▲滬昆線跨攔路港橋等深線圖

▲滬昆線跨攔路港橋邊坡坡度圖

六、項目總結

1.多波束的適用性

通過本案例分析，無人船多波束測深系統采集數據精度較高，能夠滿足水上建構筑物及河床沖刷分析的需求。

2.跨河橋梁墩臺對河道河床沖刷影響

通過對本案例實測數據分析可得，跨河橋梁墩臺對其上下游河道河床沖刷產生影響，一般會于跨河橋梁處形成沖刷泓溝，上游臨近橋梁及橋梁下游一定距離范圍內河床沖刷明顯。

3.橋梁墩臺對其本身與防汛墻的影響

通過對本案例實測數據分析可得，跨河橋梁的橋墩、橋臺及上下游防汛墻附近河床邊坡明顯變陡，增加了橋墩、橋臺及上下游防汛墻基礎淘刷失穩的風險。

審核編輯 黃宇