水下世界的耳目——侧扫声呐 - 深海探测声学设备

水声探测发展的重大推动发生在1912年，英国豪华大客轮“泰坦尼克”号在赴美首航途中撞冰山而沉没。“冰海沉船”引起全世界的注意，1914年第一台回声探测仪成功地在两英里距离上探测到冰山。

9 P1 d6 X& _ q# H3 G

随着人类将资源的勘探、开发和利用深入到海洋领域、海底地形地貌测量作为海洋工程建设、海洋资源开发等活动的基础将发挥其重要作用。海底图像是海底地形地貌测量的主要成果，声呐成像是获取海底图像的重要方式，其设备包括多波束测深系统、侧扫声呐系统、合成孔径声呐系统等

$ n& t6 E' Z+ D! M5 n- G% _

今天小德就跟大家聊聊其中之一

) x0 l& v9 O }8 Y) T1 y4 t

——侧扫声呐

侧扫声呐是通过向侧方发射声波来探知水体、海面、海底（包括上部地层）声学结构和物质性质的仪器设备。

; v( i0 \& ^, N. i' f. W

侧扫声呐由于成像分辨率高、对目标区域海底实现全覆盖扫侧，据此对海底地形地貌等进行定性分析，被广泛应用于目标探测，沉船及失事飞机等海底残骸的搜索，海底表层沉积物属性的确定以及海底地震、火山、地层的监测、水下实体结构查勘等。

9 `' Z$ r3 R- ^+ [" k

' o% w* u! N* u0 Z& c' {% K

如上图，黄色圆圈位置代表侧扫声呐设备，它在向一侧发射声波后，不管是水面、水中物体还是水底的地物都会将声波返回并接收和探测到。

实例识图

侧扫声呐有三个突出的特点：一是分辨率高、二是能得到连续的二维海底图像，三是价格较低，所以侧扫声呐出现以后很快得到广泛应用，现已成为水下探测的主要设备之一。下面我们通过几个实例让大家看懂声呐图像。

沙纹

沙纹

上图中，各标记处分别代表：

1：表示轨迹位置线；

3 A v: U0 o. n; p! ^3 Q/ t9 \! v

2：表示水面反射线；

- ?4 u# r- [% {' r9 G. q

3：表示水底线；

4、5：水底沙波地貌；

; X0 v3 B- k V

海底基岩、岩石

7 E3 j3 ^8 c/ h! H! j+ w C$ a' u! E

4 \4 y N: }8 L- w

在上图中：

( s' ^. p6 O3 y( c3 v# c

1、2：代表了水底的基岩、岩石；

. B. E8 |$ } ?. \+ Y( @' e

3：为隆起的岩石的阴影；

锚沟

+ Z+ q: @5 \. Q

在上图中：

1、2、3、4：均为海底的或大或小的锚沟痕迹；

! w) N, q0 u2 C d( R( z8 J* U- @

锚绳

6 F$ Z& n4 O% J& C. c2 Q

沉船

抛石

在上图中，侧扫声呐影响中的最左侧多排规则的抛石位整齐排列的四角空心方块。右侧相对凌乱的为堆石区，堆石区再往下即为真实的海底地形了，由此，可以清晰地分辨出堤体坡脚和海底的分界线。

管线

1 _7 l1 T# _& b/ j& s: @

从上图中，我们可以很清晰地看到有一条长条线形的目标物，同时紧跟目标物有明显的阴影区域，从而我们可以判断出这是一条裸露海底的海底管线。

我司案例

/ y9 L3 d# E* M. j% {$ _( `2 w

某水电站实体结构检测

. ~6 n/ Z7 J- |( S, s d0 n; M+ c- A

某电站长期渗漏，渗漏量大，难以控制，为查找渗漏点，采用侧扫声呐技术。为了使本次查勘效果更佳，我公司对侧扫声呐系统进行了技改升级，将拖鱼式水下放置改为了固定结构，由无人船搭载，使其在水下更易控制，效率更高，立面成像效果更好。在信号处理方面，采用了创新性的宽带信号处理技术、可变孔径技术、软硬件结合图像均衡技术、4K高清显示技术，确保图像高清呈现。

查勘现场

水电站结构示意图

上游大坝坝体侧扫声呐成像

电站2号泄洪闸室

结论：

通过对风滩电站上游坝面侧扫影像数据的分析，提取出上游坝面存在缺陷区域，并对缺陷点定位。

缺陷点1：

位于右岸老厂房进水口边墙上，高程约276.9米，有一处凹陷区域，区域尺寸约0.3米×0.5米。

" \8 b7 j+ W' I7 L9 I

缺陷点2：位于右岸老厂房进水口底部有一块凸起，尺寸约0.5米×0.7米。

% N: x! u* D1 q. J7 B, H% A

) f/ x1 C" Q7 m+ m. t, w * {, h" P5 q' ` S, [& R, b4 g1 |