多波束一般挂载在船舶进行作业。
为了能够达到发射激光就能测量的目的,通过科学家们的发现,波长在520~535nm范围的蓝绿激光(称作为海洋光学窗口)在海水中传播的能量衰减程度相对较低,在这个波长范围的光可以用作激光雷达水深测量。为了同时测量陆地地形,有些设备还配备了近红外激光(波长一般为1064nm)。
激光雷达测深的原理很复杂,可以简单的描述如下图所示:
激光先到达水面时会反射一部分回波(蓝色所示),到达水下时又会反射回波(绿色所示),通过测量两次激光回波的时间差(t2-t1)=△t,乘速度得到传播的距离S。
假设激光入射角为θ,折射角为φ,海水折射率定义为n,海水深度为D。
那么可得到海水深度D:
最后在水深测量时,还需要考虑海浪和潮汐影响因素。
回波时间测量误差:与激光雷达的全波形处理有关,并且由于海底情况复杂,比如:海底水质浑浊、海底情况复杂、海浪等的影响,会发生散射、折射、反射等现象,造成这个时间差无法很精确的确定,这是误差的主要来源。
折射率误差:折射率一般要求的是一个定值,但是海水不同深度的折射率不一样,因此需要精确的估算折射率。
入射角误差:与飞机的飞行姿态和扫描角有关,也需要精确的测定。
海浪与潮汐测量误差:所有水深测量都需要考虑的。
(1)慢衰减系数
kd慢衰减系数是海洋水色遥感和环境监测中的重要参数,简单理解是特定波长的光被水吸收的系数,越清澈的水,这个值越小,反之则越大,下图是全球的kd(532nm)的计算系数。
(2)赛克盘深度
赛克盘深度:采用具有黑白分割的直径大于30cm的靶标沉入到水中,直到肉眼无法分辨的距离。水越浑浊,分辨的距离就越小,反之则越大。
上述两个指标影响着最大测深,因此在作业前需要大致计算能够测得的最大深度。
根据多波束和机载激光雷达的价格来看,一般的激光测深的价格较昂贵。对于海洋测绘痛点区域的潮间带而言,机载激光雷达在退潮时进行测量,可以弥补数据空缺。因此价格合适的设备才能够是国内推广的关键之一。
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