SES-2000浅地层剖面仪在管线探测中的应用
何庆
[摘要]海底管线探测的方法有很多，包括侧扫声呐，磁力仪，测深仪等。本文所用的方法是经过工程实践之后认为比较实用、直观、简单且行之有效的方式。将会对探测的原理和一些发展过程，注意事项做一些说明。
[关键词]浅地层剖面仪;管线探测;测量 文章编号：2095—4085（2019）08—0013—03
1前言
在经济发展越来越快的今天，我国对海岛的开发利用也越来越多，中间会用到很多的管线。而由于管线在保护，埋设等各种原因所致下，会直接或间接污染海洋，而且还会带来经济损失。这不是我们的初衷。怎么检查管线在海底的埋设状况，掌握海底管线的状态，及时排除解决隐患，也成为了一个新的课题。
2浅地层剖面仪的发展
声波在水和底部物质中传播并通过不同的介质时，由于介质声阻抗的差异，会产生不同强度的回波信号，从而在输出记录上形成不同级别的地层结构图。浅地层剖面仪是利用声波原理设计的。
起初，使用连续波技术，但是如果你想获得高分辨率，你必须使用相对窄的发射脉冲，这减少了发射的能量和目标探测深度。但是，如果想要获得更大的检测深度，必须增加发射脉冲的宽度以增加发射能量，这反过来又会降低分辨率。因此，连续波技术中穿透深度与高分辨率之间存在技术矛盾。
在实践过程中，人们慢慢发现，线性调频技术可以解决利用连续波探测海底浅层结构的问题。然而，由于现线性调频技术工作机理的限制，为了产生具有足够穿透功率的低频，其换能器必须做得又大又重，这不便于使用和安装。此外，由于其发射的光束角很大，地层分辨率相对较低。
随着技术的不断发展进步，非线性调频技术（即参量阵差频SES技术）也在不断提高。换能器发射的主频附近的两组频率采用略有不同的高频声波。由于声波在高声压下传播的非线性，两组声波相互作用，与甚低频（称为子频率）产生一种新的声波，高频的光束角保持不变。因此，利用该技术的浅地层剖面仪具有穿透性强，分辨率高，光束角发射量小的特点，能够探测海底浅层的细节。此外，该换能器体积小，重量轻，可以推广应用。
以此为典型的就是德国的Innomar公司的SES系列浅剖仪，如图1所示。
3浅地层剖面仪的原理和优缺点
浅地层剖面仪也使用声波原理。当声波信号在穿透水体后继续深入海底时，反射波组的振幅，频率，连续性，波形和反射形式会在遇到不同层时发生相对变化。当海底为沉积物时，沉积物的存在会使反射波的波形和反射形式由于沉积物相对于周围介质的强烈反射而变得随机和不规则。因此，当遇到管道时，它也将呈现无序状态。
最新的SES一2000浅地层剖面仪就是采用的新的非线性调频技术，他具有高穿透性，高的分辨率和很小的发射波束角特点，可以探测更深处地层的详细情况，而且换能器体积小，重量轻便于我们外业携带。且最大的特点就是集成度非常高，安装轻便，通常在半个小时内完成安装，即使比较小的船也是可以作业的，同时其精度也比较高，采用GPS定位，天线应在换能器的上方，可以有效的避免拖鱼拖在船后面的水下定位不准的难题，同时还可以实时的获取高精度的水深数据，由于其在低频段带宽高，波束角窄，该系统可获得非常好的分辨率，而线性系统受此影响很大，因此参量阵系统在勘测近底层及海底表层物体的检测时，效果要比线性系统好很多。就算是在比较浑浊的水域，也可以比较好的完成探测任务。
4 SES-2000浅地层剖面仪的测量实施
SES-2000参量阵探浅地层剖面仪通常安装在小船上。安装时，主机和导航定位系统应位于同一位置。全球定位系统定位天线、传感器和浪涌滤波器应位于同一铅垂线下，这样定位相对准确，并可节省安装和更换测量距离时的测量误差。这样定位会相对准确，省去了量取距离进行装换时的测量误差。换能器则是用金属架固定在船舷的一侧，确保牢固，防止突然风浪过大或者撞击到浮游物上面时造成一定的损坏。同时安装时要注意螺旋浆的位置，避免由螺旋浆搅动水流产生影响，入水深度宜在0.8m左右，可根据风浪和船吃水深度进行适当的调整。
开始工作之前，尽量搜集工作海域的地质资料，根据海底底质情况来确定仪器参数，确保数据准确性，已利于后期的内业软件来进行分析外业采集数据。参数设置好之后，要考虑到检测区海域潮流和海底地形特点等因素来确定测线。对于比较重要的测段，如果发现问题点，我们要及时加大测量量，以提供更详细的数据。探测过程中，船探测航线与计划线可以布设成与海管成45。方向，增加声波测量海管的时间。这样可以我们可以更容易的判断管线位置。通常在工作中导航卫星要大于7，这样才能提供比較高的定位精度。测量过程中必须严格控制船的航行速度，管线剖面测量船速为2.0kN～4.0kN左右，最大不要超过3.4kN，而且在内业处理效果不好时还要进一步放慢船速。
5检测成果解释
为了检测SES-2000的仪器准确性，我们在船的另外一侧安装了多波速测深系统。
下图为舟山某项目，在管道埋设之后进行的多波速测量成果图（如图2所示）和SES-2000的成果图（如图3所示），经过内业处理后，我们可以从多波速建立的模型中（图4）很清醒的看到管线的铺设位置的精准坐标和铺设管线时所造成的痕迹，但是并无法确定埋设深度，无法判定其具体有没有达到管线的埋设要求。
但是，SES-2000系统测量成果（如图3所示）可以准确的看到管线的埋设深度和埋设的坐标，和实时的水深。经过附近的潮位站改正之后，我们与多波速测量的水深和坐标进行了比对，数据基本是吻合的。多波速也从侧面证明了SES-2000浅地层剖面仪测量的准确性。
下图为福建某项目的管线扫测图（图4、图5），由图中可以清晰的分辨出管线的埋设深度和坐标位置。因为这个位置靠近岸边，且最低潮的时候是可以看见上面的铺设痕迹的，然后用RTK进行测量位置，经过内业处理后，坐标数据与SES-2000测量所得基本吻合。
经过多个工程项目的实践证明，SES-2000的测量数据是真实可靠的。
6结论
经过多波速测量和SES-2000浅地层剖面仪的联合测量资料和现场勘查，可以判断出SES-2000浅地层剖面仪的定位数据还是比较准确的，经过多次的测量作业实践，也证明了浅地层剖面仪在海底路由探测中的效果。如检测到海缆裸露于浅海的海底或者处于悬空状态，就需采取措施以防止海缆被刮断，造成严重的经济损失。同时也可以作为海底管线铺设的工程验收依据。
虽然用SES-2000浅地层剖面仪可以检测到管线的位置和埋设深度，但是在工作中我们还是发现他有一定的局限性，比如转弯位置的确定就很困难，但是如果我们在另外一侧装上多波速或者侧扫声呐系统则可以完美解决这个问题。
所以这就需要我们在工作中不断地探索，不断尝试用多种仪器一起组合的方式来进行管线探测研究和探索，来更好的探测管线的位置和状态。为后期的管线维护为以后的管线管理和维护提供科学依据。避免造成经济的损失和海洋污染。
