大比例尺水深斷面測量效率影響因素分析

肖冉++方佳敏

摘 要：國家經(jīng)濟的快速發(fā)展推動了長江航運建設，新增修建眾多的整治建筑物，使得各單位大幅增加了對整治建筑物的大比例尺測量。而在實際測量過程中，受到過往船舶、自身船速等因素的影響，測量效率不能很好的保證，本文對這些影響因素進行了總結(jié)分析，并提出了相應的改進措施，以期達到提高效率并能對今后在大比例尺測量方面起到了一定指導和借鑒的目的。

關鍵詞：大比例尺 船舶航行速度 旋回初徑

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，現(xiàn)代航運業(yè)對長江航道有了更高要求。2014年國務院印發(fā)39號文，提出打造“黃金水道”，建設長江經(jīng)濟帶的戰(zhàn)略思路，長江航道迎來了新一輪建設大發(fā)展。整治建筑物的增多使各單位大比例尺工程測量較以前大幅增加而大比例尺測量要求高、難度大，外業(yè)數(shù)據(jù)采集對整個任務完成起決定性作用。本文將從實際工作出發(fā)，探索分析如何提高大比例水深斷面測量效率。

長江航道測量概論

長江航道測量與其他陸域地籍施工測量不同，其施測任務范圍一般是半淹或全部淹在水下，所以長江航道水深測量一般由陸上地形測量和水下水深測量兩部分組成。水深測量基本工作原理是在測量船上利用高精度載波相位差分GPS定位保證平面、高程位置的準確，配合一臺測深儀，通過計算機上的導航軟件“Haida海洋測量”，處理GPS及測深儀數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)一時鐘誤差，自動同步定位、采集水深。測量船按照軟件實時顯示的船位及航跡線，沿提前布置好的斷面線，從下游第一條斷面線開始逐條斷面測量，重點討論研究大比例尺水深測量。

影響測量效率的分析

1、過往船舶的干擾

在實際的施工測量中我們發(fā)現(xiàn)，如果施測區(qū)域在航道內(nèi)或者附近，過往船舶較多，會對測量工作有較大的干擾。船舶施測必須嚴格按照提前布設的斷面線施測，若有行輪在測區(qū)穿行，按照《內(nèi)規(guī)》相關規(guī)定，為確保安全，測量船一般都需在船舶交匯處（假設為A點）做避讓動作，在風流壓的作用下，即使停車或者慢速航行船舶都會慢慢的游離斷面線。完成全部避碰動作之后，由于水流、風壓、尾浪及船舶的慣性作用，測量船重新找到A點接著進行測量難度較大，需要很精準的船舶操作技巧，需要花費很多時間。

2、船舶航行速度影響

船舶速度是影響測量效率的重要原因，速度快，相應的跑完全部斷面線的時間耗時最短，效率最高?，F(xiàn)階段我們使用的都是回聲測深儀，回聲測深儀工作原理是利用換能器在水中發(fā)出聲波，當聲波遇到障礙物而反射回換能器時，根據(jù)聲波往返的時間和所測水域中聲波傳播的速度，就可以求得障礙物與換能器之間的距離。因此，船舶速度太快，會使換能器無法接受到其發(fā)出的聲波信號，形成測量盲區(qū)，導致測深儀無法獲得水深數(shù)據(jù)。船速過慢，又會拖慢測量效率。

3、船舶掉頭影響

測量船一般都是完成一根斷面的測量后，轉(zhuǎn)彎調(diào)頭，再進入下一根斷面進行測量，由于斷面之間的距離達不到船舶調(diào)頭的最小水域要求，因此在進入下一條斷面時，船舶都是采用提前減速，留出足夠的回旋空間，再調(diào)頭上斷面，下圖是一張測繪軌跡選。從圖1可以明顯看出，在轉(zhuǎn)彎調(diào)頭時，船舶繞行，增加了很多不必要的航程。

提高效率的對策探討

1、航標調(diào)整

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，如條件允許，可采用調(diào)標等手段將測區(qū)與航道隔開，臨時劃為施工占用水域，調(diào)整后及時利用高頻電臺進行播報，向過往行輪告知調(diào)標情況，并與海事局加強溝通聯(lián)系，及時通報施工情況，盡量獲得海事局的行政手段支持。引導行輪在測區(qū)以外航行，減少過往行輪在測區(qū)穿行的情況。

2、選擇合理航行速度

船速大小與測深值的關系分析。若要效率高，船速越快越好，為此我們進行在保證換能器能正常接受回波信號的情況下，船速極限的分析。測深儀換能器發(fā)出的聲波不是單束，而是存在一個波束角α，聲波信號呈椎面向四周發(fā)射。假設船舶發(fā)出的聲波信號圓錐底面直徑為S，沿船舶縱軸線取圓錐底面直徑邊緣兩點B1、B2兩點，那么相應的聲波信號返回范圍為A1、A2，即船舶在A1發(fā)射信號后，船舶若要接受到信號，則船舶移動位置不能超過A2點。

設船速為V，聲速為C，聲波一次發(fā)生并接受時間為T， A1B2=H1，A2B2=H2。那么測量艇位移A1A2=L=B1B2=VT，即有：

■，

■

且■

即可推導出船舶最大速度Vmax=C×sin（α/2）。以長江航道廣泛使用的無錫海鷹1600型測深儀為例，查閱相關技術文件參數(shù)，確定其波束角為8°，船舶聲速取1500m/s，可得船舶最大速度104.63m/s。即測量艇在376.7 km/h的速度內(nèi)行駛，可確保測深儀收到回聲信號，若超出此速度，其接收將受影響。

3、交叉測量

查閱《水運工程測量規(guī)范》對斷面線之間的間距有如下規(guī)定：

在實際工作中，長江航道整治建筑物觀測任務的比例尺一般為1：500或者1：1000。根據(jù)《水運工程測量規(guī)范》即可確定斷面線間距。

船舶的旋回圈的大小與船型、舵面積、所操舵角、操舵時間、載態(tài)、水深、船速、船舶的縱傾和橫傾、螺旋槳轉(zhuǎn)速等密切相關。另外，受風、流的影響，旋回圈的大小也有很大變化。在計算時，我們確定一個理想狀態(tài)，船舶在滿車滿舵調(diào)頭，那么船舶最小回旋圈即為定常旋回直徑D——指船舶作定常旋回時重心軌跡圓的直徑。

D=2R=2V/r=2V/（Kδ）

K：船舶的旋回性指數(shù)；δ：船舶尾部轉(zhuǎn)角度；r：船舶旋轉(zhuǎn)角速度。

為進一步簡化計算，常旋回直徑D可做估算，大約為DT（旋回初徑 ）的0.9～1.2 倍。

DT（旋回初徑 ）：船舶原來航線至船首轉(zhuǎn)向180°時，船縱中剖面所在位置之間的距離，一般約為3～6L（船舶型長）。以測量艇為例，船舶最小回旋圈為14m，在1：500的測圖中按照《水運工程測量規(guī)范》斷面線間距為5m-7.5m，斷面間距不滿足最小回旋圈的距離因此船舶不能直接調(diào)頭。在船舶狀態(tài)，測圖比例、斷面線間距固定的情況下，如果隔一條斷面測一條，船舶是可以在滿車滿舵的情況下調(diào)頭進入斷面，保證船舶在不做停車減速或下駛轉(zhuǎn)圈的情況下順利完成測量，將待斷面線從下自上依次編號，第一次先完成奇數(shù)號的斷面測量，再回來進行第二個偶數(shù)號的斷面測量，最后將兩次測量的數(shù)據(jù)分別導出，在內(nèi)業(yè)處理軟件合起來，即能達到測圖要求。例：汛期，對嘉魚順壩開展1：500的觀測。測區(qū)500m×1000m，布設斷面線84條。首先分析航道測圖，保證航道尺度，在測區(qū)旁設黃浮一個，并通過高頻引導行輪通行。然后將測量分為兩次，首先是第一輪1、3、5……條奇數(shù)測線測量，然后再回來進行第二輪2、4、6……偶數(shù)條側(cè)線的測量。

由于斷面之間水域足夠大，且不需要避讓行輪，船舶不用停車減速、倒車、轉(zhuǎn)圈，速度快，耗時3.3t。而以往最少要用5t-6t才能完成，采用新手段后，效率提升明顯。

注意事項

在實際測量中，受風、浪、流的作用，根據(jù)各個船艇的實際情況，船舶的實際回旋半徑可能有所變化，駕駛員應根據(jù)實際情況，在調(diào)頭前，可采取使船舶有一定向下的舵角后再調(diào)頭，提高船舶上斷面線的效率。

測量員要控制好兩次的間隔時間，確保合理分布。測區(qū)范圍較大時，盡量不要出現(xiàn)第一天完成全部奇數(shù)斷面測量，所有偶數(shù)斷面在第二天完成的情況，如果出現(xiàn)此情況也應嚴格控制好水位。

調(diào)標要注意航道情況，在保證航道水深、航寬的情況下才能進行，加強瞭望，以防船舶不按標行船，誤入施工區(qū)。

（第一作者單位：長江重慶航道工程局，第二作者單位：長江武漢航道局）endprint