在海洋科学考察中，海域的深度、海底地形地貌等数据是最基础的数据资料。海洋六号作为具有世界先进水平海洋综合地质调查船，它在茫茫大海中是如何测深的？测深的原理、测深技术的应用及前景怎样？海上科考期间，就有关问题记者采访了专家、广州海洋地质调查局教授级高级工程师刘方兰。

    多波束测深实现了对海底的条带式测量

    刘方兰介绍，多波束测量，是利用声学测深原理测深的。声波在水中的传播性能很好，到目前为止，声波在水下目标探测、通讯、导航等方面应用广泛。除了军事用途外，目前广泛用于测深及海底地形测绘。追溯它的发展历史，20世纪30年代回声探测仪问世，取代了传统的测深绳，使海洋测深技术发生重大变革。20世纪70年代出现了多波束测深系统，并随着电子技术、计算机技术、高精度GPS定位技术的发展，多波束技术取得了突破性进展，在世界海洋测量中应用越来越广泛。

    多波束测深系统是一套复杂的组合设备，包括换能器、接收器、操作工作站以及各种外围设备等。从测量原理上说，多波束系统与传统的单波束回声测深仪没有本质的区别，都是利用声波脉冲发射到海底，接收回波的时间，然后根据声波的速度，从而计算出它的深度。不同的是，传统的单波束回声测深仪，是发射一个脉冲获得一个回波，只能获得测量船正下方的水深，获取的数据少，分辨率方面无法满足现代高精度海洋工程对地形测绘的要求；多波束测深系统工作时换能器同时向海底发射多个声波束，在垂直于航向的方向上形成一个发射波束扇形声传播区，从而实现对海底的宽幅条带式测量。

    多波束测深系统的出现是测深史上的一次技术革命, 使测量效率和精度大大提高

    刘方兰认为，相对于单波束测深仪来说，多波束测深系统的出现是测深史上的又一次技术革命。他说，随着时代的需求，人类越来越希望更深入地了解海底世界的奥秘。多波束测深系统弥补了单波束测深仪的缺陷，具有能对海底全覆盖测量、数据采集点密集、工作效率高等无可比拟的优点。在一定程度上为我们揭开了海底神秘世界的面纱。

    在测量精度方面，多波束系统属于精密测量仪器，它能够在海底形成密集、细小的“脚印”，从而获得高密度的海底像素，因而提高了测量精度和分辨率。举几个例子，2007年广州海洋地质调查局开展天然气水合物调查时，打钻前进行了多波束测深。最后，我们测出的水深深度与钻机钻杆到海底的深度基本一致，很准确。再如这次我们在为蛟龙护航时测得了清晰、详细的地形，使得蛟龙深潜器需要哪个深度进行试验，我们就可准确地、有针对性地提供海底地形。国际海道组织对国际海道定义了4个测量等级，其中规定，一级海道这类重要海区船舶只能以最小吃水净深航行。一级海道测量要求使用侧扫声纳或多波束测深仪获取100%的海底覆盖，测量时必须保证测深仪器能分辨出1立方米的物体；在可能遇到危险障碍物的海区或狭窄海区必须使用多波束测深仪和侧扫声纳。由此可见，利用多波束测深确定通航尺度的精度已在国际上获得认可。

    在测量效率方面：原来单波束测深，船走过去只能测得一条线上的水深；现在多波束测深，船走过去测的是一个条带的深度，可以测得船两边很宽范围内的深度。脉冲发射下去有个角度。在浅水区，脉冲角度最大可达180度，在近海作业可把海岸的边缘覆盖。一方面，角度越大，覆盖宽度越宽，但是，另一方面，边缘的回波越弱，接收的波束也减少了。所以越是深水，测深时角度不能太大。多波束测深的深度与覆盖宽度有一定的倍数关系，以目前海洋六号多波束系统为例，测深的宽度一般是水深的3—5倍。这次在马里亚纳海沟测深时，由于深度达到了10000米，覆盖的宽度虽然只有3倍，但却达到了30公里宽。

    多波束测量是海洋调查最基础的手段，应用前景广泛

    那么，多波束测量技术有哪些用途呢？

    刘方兰说，多波束测量是海洋调查中一个最基础的调查手段。各种海洋工程建设、海洋地质调查、海洋科学研究，最基本的问题是要了解海底的地形地貌。多波束测量技术的高精度、全海域、高效率等特点使其具有广泛的应用前景。我国从20世纪90年代引进多波束测深系统，现已应用于航道测量、海洋工程建设测量、海洋资源调查、为特定项目服务的测深、水下搜寻等方面。应用最多的是海洋工程建设。

    刘方兰说，主要应用在下列几个方面，一是航道测量：航道疏浚特别是江河航道的疏浚，应用多波束测量技术可以更精确地、更直观地提供基础图件和数据，大大提高航道疏浚效率。另外，利用多波束对航道定期监测再结合水文资料可以准确了解航道泥沙运移规律。

    二是海上管线线路调查：海上管线铺设不仅需要水深，而且要对管线线路的微地形进行详细测量。多波束系统全覆盖、无遗漏的测量，测得的地形图对复杂地区的地形有清晰明了的显示，对正确设计线路走向有很大帮助。

    三是为特定项目服务的测深，如本次海洋六号多波束测深为蛟龙号深潜器下潜提供了准确的海底地形图。

    四是为海洋矿产资源调查、评价提供基础图件。比如钴结壳资源调查，多波束测量技术可确定海山的地形地貌，这为钴结壳资源评价提供了基本条件。地形与钴结壳的分布有紧密联系，调查表明，钴结壳资源都是分布在海底平顶山的肩部以及肩部以下的山坡上。

    还有，多波束测量技术在海洋测绘、水下搜寻等方面越来越广泛的应用。多波束测量技术现在正逐渐普及，走向大众化。我国第一套多波束设备是广州海洋地调查局于1994年从美国引进的。我们最早的应用是对东海冲绳海槽的调查，是在1996年，测出了中国第一张1∶50万海底地形图。还有，我们对整个南海海域范围内的深水海域进行了全覆盖的地形测量。

    总而言之，多波束测量技术由于其全海域全覆盖、高精度、高效率特点，解决了传统测量方式的不足，揭开了海底地形的神秘面纱，正在发挥出更大的经济和社会效益。