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2015-07-01解密海底地形－多音束測繪系統
547 期
Author 作者
黃俊傑。沈宗甫。
最容易想到的測量海底深度的方式，是使用筆直的木竿或者是在長繩的一端綁住重錘，將其垂直下放至海水中，直到入水的那一端碰觸到海床，即可知道海水深度有多深，這樣的探測方法稱之為測深桿（sounding pole）與測深繩（leadline）測量法。1834年美國水深測量團隊便使用此類探測方式，於紐約長島南岸水域製作出第一幅海底地形圖幅。水深測量對於海洋科學研究、海事工程領域是一項不可或缺的探測方式，現今較常運用於海底地形地貌觀測、水庫河床淤積調查、海底通訊電纜及油氣管線鋪設路徑調查規劃、墜機沉船水下殘骸搜索作業、港灣浚渫測量等項目。
多音束聲納一般約比船底再伸出30~100cm距離，以免因船底反射干擾訊號。（作者提供）
測深桿與測深繩測量法雖然簡易且直覺，但這些傳統水深測量方法獲取資料的效率較差，且容易遭遇海流干擾，準確性備受質疑。為增進水深測量的效率，現今已摒棄傳統之水深測量方法，改利用聲音在水中良好之傳遞特性，採用聲納儀器（SOund Navigation And Ranging, SONAR）並搭配高精度衛星定位系統，將其合併應用至水下地形測量。聲納儀器發展可回溯至第一次與第二次世界大戰期間，當時各國競相發展以潛艇作戰為主的海權爭奪戰爭。為了偵測水下潛艦，許多國家投入大量的人力與經費發展聲納反潛技術，聲納技術便於此時期得以快速蓬勃發展。
利用聲波獲取水深資料最直接的方式，就是在船底裝設聲納音鼓。傳感音鼓（transducer）發射的聲波於水中傳遞，當聲波抵達海床時會發生反射現象，接收音鼓（receiver）接收來自海床回傳之反射聲波，計算聲波從發射至接收所花費的傳遞時間，即可利用聲波在水中傳遞之速度，換算得到船所在位置之水下深度。
測量水深的聲納儀器，可簡單區分為單音束聲納（Single-Beam Echo Sounder, SBES）與多音束聲納（Multi-Beam Echo Sounder, MBES）。單音束聲納，顧名思義每一次觸發音鼓，僅可向海床發射出一個錐形聲波，獲取一筆水深資料。這樣效率太低，無法滿足大範圍水深測量的需求。相較於單音束聲納，多音束聲納每一次可朝海床觸發一大角度之扇形聲波，沿著測量船隻航行方向連續觸發音鼓，即可獲得測量船所行經航線之帶狀水下地形資料。不僅增加資料取樣密度，還改善單音束聲納無法展示出航線與航線之間地形起伏的缺點。.....【更多內容請閱讀科學月刊第547期】