水試所電子報第62期
側掃聲納系統在海洋科研上的應用
  側掃聲納系統(Side Scan Sonar System)為一種利用聲波反射原理探測海床地貌、底質及搜尋水下靜態特定目標物的一套水下電子儀器,它能快速得知海底的整體概況,探測範圍能根據頻率改變,且分析後所呈現出來的影像擁有很高的解析度,無論地形起伏或是海底沉積物都能直接辨識,宛如黑白相片般清晰,很適合用於海底纜線舖設、底棲生態及聲探監測海底障礙物(如:珊瑚群聚、人工魚礁、海底纜線、沈船等)之調查研究。

  側掃聲納系統的主要儀器為拖魚(tow fish),其外觀與魚雷相似,呈流線形,兩舷備有音鼓(圖1),具有可調式音頻設計,可依研究需求選擇適當的頻率進行探測,低頻優點為可進行廣域探測,但圖像解析力較低,高頻則反之。拖魚上方具有一條高拉力的傳輸纜線(圖1),用來拖曳拖魚及傳輸回音資料。由於拖魚本身並無動力系統,因此船隻的操作對於拖魚在水下的行進路線相當重要。當海底地形出現隆起時,船速要加快並收起些許纜線,讓拖魚與海底保持固定距離,以避免碰撞,才會達到最好的探測效果。

圖1:圖左為拖魚,兩舷備有音鼓,為測掃聲納系統的主要探測元;拖魚上方為纜繩,連結拖體與分析記錄器圖2、可攜式資料處理控制單元

  側掃聲納系統配置的另一項設備為可攜式資料處理控制單元(圖2),它可以將所接收到的海底回波訊號配合軟體進行處理,把海底的地貌概況透過螢幕顯示並儲存。側掃聲納在運作時,由拖魚兩舷的音鼓向左右發射一扇形聲波(圖3),再由拖魚本身的接收器接受反射回訊。向海床發出的聲波對水體的反射波相當微弱,所以會呈現出無訊號的空白區塊,因此在圖像上就只會出現海床的反射。由於海底地形起伏不定且有不同的底質,造成回訊有不同的散射能量,依回訊的聲波強弱透過數位聲納圖像記錄器處理成深淺濃淡的灰階二維圖像(圖4),最後依定位系統來判斷位置後,將航線軌跡中所有的圖像進行合併拼貼,就可以得到探測範圍的海底地貌。此外,由於側掃聲納具有良好的解析度,可以分辨掃測範圍中的細微物體,因此也可用來作魚群的探測。

圖3、側掃聲納之波束示意

圖4、二維之灰階測音圖

  目前的側掃聲納系統已經擁有相當強大的功能,能夠在短時間內高效率地從事大範圍探測,掃描的帶狀範圍可以從數十公尺到幾百公尺,只要依目標物的大小及分佈進行調整,就可達到最好的效果。新型的側掃聲納更可以配合全球衛星定位系統,快速的掌握研究區域之經緯位置,方便日後資料的使用及處理。目前本所嘗試使用側掃聲納系統搭配水下攝影機,進行臺灣北部海域劍尖槍鎖管(Photololigo edulis)資源量的評估研究,希望藉由儀器的輔助能夠更準確的掌握鎖管之產卵場位置及產卵量,進而能進行資源的評估,以作為擬定漁業管理策略的參考。 

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