通过“港口与航道疏浚工程测量虚拟仿真实验，在知识水平和能力方面达到目标，
（1） 知识水平
掌握侧扫声呐声呐系统组成及目标探测原理；
掌握多波束系统组成及水下地形测量原理；
掌握工程中土方量估算方法；
掌握侧扫声呐和多波束系统测量知识在工程中运用步骤。
（2） 能力水平
具备工程测量中动手实践能力；
具备综合运用系统解决实际复杂工程问题能力；
提高海洋测量相关领域开展科学实验的能力；
培养习近平新时代海洋强国背景下艰苦奋斗精神。
该实验利用侧扫声纳的大范围海底目标探测与识别技术和多波束测深系统的水下地形测量原理开展港口与航道疏浚工程中土方量的估算方法相关的虚拟仿真实验。该实验利用侧扫声呐寻找水下目标区域特征，利用多波束测深系统测量航道疏浚前、疏浚后多次测量地形数据前后对比估算工程中工作量。实验中侧扫声呐和多波束测深系统等相关原理如下。
（1）侧扫声呐原理
侧扫声呐换能器阵列发射脉冲产生的回波按返回的时间先后顺序逐点纪录，一个发射脉冲获得海底一行图像像点，当测量船匀速向前运动，换能器按与其相匹配的重复频率不间断地发射超声波脉冲，则可获得一行行相互衔接的海底地貌条带状声呐图像。
海底地貌起伏变化，会引起回波强弱变化，记录声呐影像则会以不同明暗程度表示出来。通过对声呐图像的判读和测量，可以确定海底目标的概略位置和高度。回波信号的强弱与海底地貌的起伏、海底底质的性质、传播路径的远近有关，在海底平坦处，回波信号的强度随着距离的增大而迅速减弱。当声波脉冲碰上突起物时，因声波无法到达目标的后方而出现阴影，基于此而判断目标物信息特征。
图1 侧扫声呐原理示意图（左），声呐图像（右）
(2)多波束测深系统测量原理
多波束测深系统主要由收发换能器、数据处理器、甲板单元组成。工作时多波束的发射换能器在某一时刻发射声波，经过水体到达海底散射，接收换能器进行回波信号的侦听和接收，换能器正下方区域最先返回声波，依次从中央到边缘获取回波信号。一次声波发射和多达数百次的声波信号接收称之为1 ping，因此1 ping可以获得数百个甚至上千个海底点位置，大大提高了测量效率。通过处理回波信号，反演得到海底地形位置数据。
图2 多波束原理示意图
(3)土方量估算方法
保障港口与航道疏浚前后地形平面位置一致基础上，根据多波束系统测量数据，选取地形上的三个以上角点坐标，进行重合、取差，确定疏浚前后同位置的地形变化关系，计算土方量。在此过程中，注意网格化粗细程度，网格化越细，边长越小，疏浚前后地形变化越准确，但计算量越大；网格边长越大，计算量越少，但计算结果误差大。因此在保证计算结果准确度前提下，选取合适网格边长满足工程要求。
图3 土方估算方法示意图
（1）实验内容
该实验针对港口和与航道海域，利用侧扫声呐、多波束测深系统等测量该海域疏浚前、疏浚后多次测量地形数据前后对比，估算工程中作业工作量，主要包括7项实验内容。
基准面转换，有2个知识点：（1）正常高计算（2）大地高计算；
侧扫声纳的系统组成，包括4个知识点：（1）控制器（2）拖鱼（3）绞车（4）笔记本；
扫海测量，包括6个知识点：（1）分为凹坑（2）沙坡（3）砂石堆积（4）拖痕（5）沉船&其他（6）平整地貌；
多波束的安装与组成，包括5个知识点:（1）声呐处理器（2）GPS（3）姿态仪（4）声速剖面仪（5）水下终端；
多波束系统采集，包括13个知识点:（1）水下终端的开箱（2）水下终端的组装（3）水下终端侧舷安置（4）水下终端的连接1~5（5）水下终端参数设置（6）量取安装位置点（7）设备开机（8）测线布设（9）设置扫描角度（10）航线采集（11）数据导出（12）数据处理（13）导出结果；
土方量估算，包括4个知识点: （1）土方的选取（2）网格的选择（3）平均高的计算（4）体积的计算；
测量精度，包括2个知识点: 平面位置测量精度范围和水深测量精度范围。
（2）实验步骤
以“多波束系统采集”实验为例，主要包括多波束仪器安装、测线布设、数据采集等部分，共13个交互实验步骤，初始界面如下，
1）水下终端的开箱：点击开始试验。
2）水下终端的组装：拖动拿出仪器，提交。
3）水下终端侧舷安置：拖动组装连杆，提交。
4）水下终端的连接1~5：拖动安装多波束装置，提交。如图所示，换能器、声速仪、姿态仪和卫星定位系统分别与甲板单元连接。
5）水下终端参数设置：连接仪器，提交。
设置输入参数值，提交。
6）量取安装位置点：点击量取位置点，提交。
7）设备开机，包括点击软件启动和等待软件启动后，提交。
8）测线布设：选择旁向重叠度，航线水平角。
9）设置扫描角度：左侧点击绘制航线区域后，点击航行路线绘制航线，点击侧剖图。
侧剖图选择扫描角度，计算重叠度填写后返回顶视图。
10）航线采集
点击开始航行，开始扫描作业，确认无误后，提交。
11）数据导出：点击电脑接口连接电脑，提交。
12）数据处理：观测设置扫描成像图，提交。
13）导出结果
扫描数据导出，点击导出到存储设备，提交。
点击查看成绩。