淺析水下地形測量技術(shù)

李　峰（天津市測繪院，天津 300070）

淺析水下地形測量技術(shù)

李峰
（天津市測繪院，天津 300070）

近年來，我國水下地形測量技術(shù)獲得了長足發(fā)展，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，并取得了比較理想的應(yīng)用效果。本文基于水下地形測量技術(shù)進(jìn)行分析，先介紹了幾種常見的水下地形測量技術(shù)，包括無線電定位測量技術(shù)、光學(xué)定位測量技術(shù)、深度定位測量技術(shù)、GPS定位測量技術(shù)，然后結(jié)合實(shí)例討論了GPS定位測量技術(shù)的具體應(yīng)用，以期為GPS定位測量技術(shù)更好地服務(wù)于水下地形測量工作提供有益參考。

水下地形；測量；GPS定位測量技術(shù)

1 水下地形測量技術(shù)

1.1 無線電定位測量技術(shù)

該技術(shù)大多應(yīng)用于海洋測量定位工作，將岸臺用作定位參考以開展測距定位工作，擁有比較理想的精確度，然而其作用距離不長，另外，需要配置一定數(shù)量的信號接收船，因而大多應(yīng)用于近程定位領(lǐng)域。

1.2 光學(xué)定位測量技術(shù)

該技術(shù)通常僅適用于視線能夠觸及的范圍的測距工作，涉及多種光學(xué)儀器的使用，常見的如測距儀、經(jīng)緯儀以及六分儀等，并綜合運(yùn)用后方、前方交會法以實(shí)現(xiàn)對水下地形的有效測量。光學(xué)定位測量技術(shù)不僅容易實(shí)施，而且無需較大成本，然而其在后方交會作業(yè)時(shí)一般要在陸地上布設(shè)3個(gè)甚至更多的測量標(biāo)志，再加上作用距離有限，導(dǎo)致定位精度不理想，另外，測量讀數(shù)難的問題也比較突出。

1.3 深度定位測量技術(shù)

在回聲探測儀發(fā)明之前，人們一般通過探測錘以及探測桿來開展水深測量工作，自回聲探測儀投入使用之后，水下地形測量工作變得簡單、高效很多，即通過水聲換能器以垂直形式發(fā)出聲波，并對水底回波予以接收和分析，從而準(zhǔn)確確定目標(biāo)測點(diǎn)的水位深度。

1.4 GPS定位測量技術(shù)

GPS定位測量系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，一是控制部分，二是空間部分，三是用戶部分?？刂撇糠钟挚杉?xì)分為三大部分，分別是主控站、監(jiān)控站以及注入站。主控站的核心工作是接收監(jiān)控站提供的數(shù)據(jù)，并予以相應(yīng)計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星軌道參數(shù)的有效確定；注入站的核心工作是對衛(wèi)星軌道信息進(jìn)行有效糾正，并向其提供相應(yīng)的控制指令[3]。GPS定位測量不僅擁有較理想的精確度，同時(shí)還擁有較理想的可靠性，因而在水下地形測量工作中得以廣泛應(yīng)用。

2 GPS定位測量技術(shù)的具體應(yīng)用

某航道普查測量項(xiàng)目，運(yùn)用GPS定位測量技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對航道各項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集和計(jì)算，主要涉及下述工作環(huán)節(jié)：

2.1 測量前準(zhǔn)備工作

搜集和目標(biāo)航道相關(guān)的最新地圖，準(zhǔn)備好相應(yīng)的工具。應(yīng)安排對目標(biāo)航道較熟悉的船長負(fù)責(zé)測量船的駕駛。

2.2 安裝、調(diào)試及解算模式

先按規(guī)范將測深桿設(shè)置在測量船的一側(cè)，并將GPS接收天線有效固定在測深桿的上方。接下來，將GPS衛(wèi)星信號接收裝置、數(shù)字測深儀以及筆記本電腦三者的數(shù)據(jù)線連接到一起，并保證其正確性。對測深儀進(jìn)行有效調(diào)試，合理設(shè)定吃水深度改正數(shù)，并通過測桿進(jìn)行校對。若采用的是差分解，則需要使用2臺GPS衛(wèi)星信號接收裝置，一個(gè)設(shè)為基準(zhǔn)站，另一個(gè)設(shè)為流動站，將基準(zhǔn)站和發(fā)射電臺相連到一起，并利用手提筆記本在基準(zhǔn)站對坐標(biāo)進(jìn)行采集，接下來將手提筆記本和流動站連接到一起，流動站和基準(zhǔn)站分別接收、發(fā)射信號，采用差分記錄模式，精度控制為5mm±2ppm。

2.3 航道縱、橫斷面圖測量

要求測量船始終在航道中心線上行駛，速度控制在10km/h以內(nèi)，縱斷面、橫斷面點(diǎn)之間的距離可參考實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，通?？v斷面要求每隔20m記錄1點(diǎn)，橫斷面要求每隔2m記錄1點(diǎn)，待設(shè)置完成之后計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動記錄，如點(diǎn)位N和E的各自坐標(biāo)以及水深數(shù)據(jù)。參考外業(yè)軟件提供的縱、橫斷面圖，輔以內(nèi)業(yè)軟件對水深點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，這樣能夠快速且準(zhǔn)確地獲得航道最小寬度以及水深。

2.4 航道標(biāo)志記錄

在測量工作中，計(jì)算機(jī)以自動方式記錄各點(diǎn)的坐標(biāo)N、E以及水深。當(dāng)GPS天線靠近特殊地段（如有高壓電線）時(shí)，應(yīng)記下點(diǎn)號，并采用對應(yīng)圖例在計(jì)算機(jī)提供的航跡圖上對正確位置進(jìn)行明確標(biāo)記。

2.5 內(nèi)業(yè)整理

通過外業(yè)軟件對數(shù)據(jù)予以處理，包括水深編輯、水位調(diào)整、標(biāo)記水深點(diǎn)等，然后進(jìn)行后續(xù)的內(nèi)業(yè)編輯。依據(jù)航跡線上明確標(biāo)識的地物位置，借助軟件自帶的標(biāo)尺功能測得目標(biāo)航段的里程，還可測得建筑物、航段起點(diǎn)之間的距離等，然后通過作圖法計(jì)算出航道拐彎部位的彎曲半徑。參考外業(yè)資料，通過內(nèi)插法以獲得各處所對應(yīng)通航水位的上限和下限，立足于測時(shí)水位以及水深，便能夠計(jì)算出目標(biāo)航段的水深以及底寬。對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并準(zhǔn)確填入調(diào)查表。

2.6 測量結(jié)果驗(yàn)證

為檢驗(yàn)GPS水下地形測量的質(zhì)量，可挑選出若干條航道，將它和既有的大比例尺航道測圖作對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在航段起訖點(diǎn)均固定的條件下，兩者的里程誤差全部控制在5m～10m；通過GPS測量航段縱、橫斷面航道測得的水深以及寬度等和測量圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)幾乎完全相同。

結(jié)語

總之，GPS定位測量技術(shù)在水下地形測量工作中具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢，可以快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出航道寬度、水深以及里程等一系列重要參數(shù)，為工程實(shí)踐提供了有益參考。GPS系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，包括技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、容易攜帶、工作效率高、穩(wěn)定性良好、精確度高等，表現(xiàn)出了良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值?？梢灶A(yù)見，GPS定位測量技術(shù)將會在水下地形測量工作中扮演更為重要的角色。

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[3]何廣源，吳迪軍，李劍坤.GPS無驗(yàn)潮多波束水下地形測量技術(shù)的分析與應(yīng)用[J].地理空間信息，2013（02）：155-156.

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