海道測量步驟探討

汪正綱

摘要：海道測量廣泛服務于海上運輸、港口建設、安全管理等領域，是牽涉部門多、涉及范圍廣和實施復雜的一項工程。為了有組織、有序、安全及保證質(zhì)量地進行海道測量，探討需要做好哪些步驟，通過程序控制保證海道測量按期完成，縮短測量周期，規(guī)避重測、漏測和錯測以保證測量數(shù)據(jù)準確、真實、完整，有利于后期工作的開展。

關(guān)鍵詞：海道測量；測深布線；傳感器系數(shù)校正；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號x8 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0138-02

1.概述

1）海道測量意義。海道測量就是對海底與海岸進行測量，包括水深與地形。測量結(jié)果應用廣泛，主要是港口建設，特別是航道的開挖。通過跟安全航行相關(guān)的海底地形、應急掃測及航行障礙等海道測量的開展，提供水文氣象、助導航設施、圖書資料，甚至是為當?shù)卮髷?shù)據(jù)時代提供地理數(shù)據(jù)庫。

2）海道測量標準。海道測量的精度必須滿足相應的國家標準、行業(yè)標準或特定測量項目的精度要求。國際上權(quán)威和通行的測深精度標準是IHO制定的IHO S-445th Edition。IHO還對所測水深數(shù)據(jù)的傳輸、使用和存儲制定了《數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標準》（857）、《電子海圖顯示及信息系統(tǒng)標準》（852）、《數(shù)據(jù)保護方案》（863）、《ENC產(chǎn)品規(guī)范》（S101）等。國內(nèi)水深測量的國家標準主要有《海道測量規(guī)范GBl2327 1998））、《海洋工程地形測量規(guī)范GBl7501 1998}以及行業(yè)標準《水運工程測量規(guī)范JTSl31-2012））。

IHO S-44 5th Edition是國際通用的海道測量規(guī)范，主要用于海道測量、航道測量。規(guī)范沒有對作業(yè)過程做具體技術(shù)規(guī)定，只是在原則上、宏觀上對測量工作做出要求。我國的測量標準一般與IHO的要求一致，但我國的標準有較明確的強制性和可操作性，因此，測量標準同其他工程標準一樣規(guī)定的較詳細。

2.海道測量方法

水深測量最原始的技術(shù)就是距今已有2000年歷史的測深桿和測深錘，其僅適用于淺水水域。1918年法國物理學家P·郎之萬利用聲波在水中傳播的特性發(fā)明了回聲測深儀。測深技術(shù)由點測量進步到線測量，大大提高了測深速度和精確度。多波束回聲測深儀結(jié)合計算機技術(shù)，使面測量技術(shù)得到全新發(fā)展。

1）海道測量方法。單波束根據(jù)聲波在船底與海底之間來回時間求得水深。單波束屬于“點”狀測量，其測深技術(shù)已經(jīng)非常成熟，按指示形式可以分為模擬記錄式和數(shù)字顯示式兩種。

多波束測深原理是利用發(fā)射的指向性和接收的指向性正交，獲取垂直于航向的兩組換能器陣正交的矩陣，該矩陣內(nèi)窄波束一次可以得到上百個測深點。當測量船航向穩(wěn)定、航速夠快時就可以快速地測定沿航向一定寬度內(nèi)的水深點。由于是面的測量，因此可以體現(xiàn)出水下目標特征，從而實現(xiàn)海底地形的面測量。

激光測深系統(tǒng)是根據(jù)不同色光穿透海水的能力不同，進而獲取時間差求得水深。這可以利用飛行器探測，所以速度快、面積廣是它的優(yōu)點，缺點是淺水區(qū)域不適合使用。

無人水下航行器（Unmanned Undersea Vehicle，UUV）是一種新生事物，主要是由母體（艦船）攜帶至探測區(qū)域，根據(jù)軟件設定的程序工作。通過自主航行收集或測量數(shù)據(jù)并傳回母體，也可以暫時儲存數(shù)據(jù)等返航后再下載數(shù)據(jù)。UUV無人水下航行器可根據(jù)需要裝載多種傳感器和側(cè)掃聲納等探測設備，擅長在深海較短距離內(nèi)定點查找及分辨目標。

2）海道測量外界影響因素。影響海道測量的主要因素有海道所處位置的地貌、水文和氣象條件。海道測量不同于陸上測量，海上測量的對象是海洋，由于水體自身特性，增加了海測難度。海底地貌有不可視性，必須加密測量，這大大增加時間和經(jīng)費。海上測量是動態(tài)的，必須用不同的儀器同步觀測四維坐標。又由于受潮汐、海流和溫度等影響，觀測精度無法達到陸地測量的精度水平。因此，海上測量測繪周期短、成果更新快、資料實效性要求強，使得海上測量在儀器、方法上有更高、更嚴格的要求。測深儀對海水鹽度和溫度等的變化很敏感，直接影響測量精度。選擇有利的測量時間，海上測量極易受天氣的影響，要及時跟蹤氣象動態(tài)，避免數(shù)據(jù)質(zhì)量降低，特別是當測量船處于泡旋、順流、回流、翻水花的海況時。

3.海道測量的測深線

海道測量時，測量船舶是按照既定的航線前進進而測量水深，該航線就是測深線。測深線確定的依據(jù)是海道測量標準。測深線方向和測深線間隔是測深線2大要素。

首先確定測深線的走向。一般根據(jù)工程性質(zhì)進行選擇，比如航道測量可以依據(jù)航道軸線方向為測深線方向布設；若以海底形狀為目的的測量可以依據(jù)等深線方向布設；若是測礙航物則可以順潮流的方向。測深線布設完還應該設置檢查線，檢查線一般垂直測深線方向即可。其次確定測深線的間距。在海道測量標準要求全覆蓋的前提下，測深線的間距取決于多波束的覆蓋寬度。另外根據(jù)海底性質(zhì)和測量需求確定兩條測深線之間的重疊度確立測深線的間隔距離。

4.海道測量的準備工作

1）收集資料與勘探測區(qū)。測量設計必須先收集資料，主要收集測區(qū)控制成果、水文氣象和已有海圖資料等。主要是弄清楚水流、風影響，來往船只干擾、障礙物分布等。這些工作是觀測布置和觀測進行的主要依據(jù)，直接關(guān)系采用方法是否合理，測量結(jié)果是否與實際情況吻合。

2）校正傳感器。對于固定安裝在測量船上的測定與校準的周期一般為一年，對于非固定安裝的一般每個工地施測前后應進行測定與校準。具體各傳感器安裝測試要根據(jù)系統(tǒng)隨機技術(shù)手冊進行。

3）潮汐改正及試驗。海道測量是基于深度基準面到海底的水深，而實際測量時受海洋潮汐影響，測得數(shù)據(jù)是當時實際水深，應對當時潮汐進行改正，把測深數(shù)據(jù)換算成深度基準面為基準的水深數(shù)據(jù)。海道測量前還要進行海上試驗。

5.海道測量的施工程序

1）編制計劃，配置人員。假如施測前不做周密的工作計劃，必然雜亂無序，將會出現(xiàn)重測、漏測、錯測等現(xiàn)象，勢必造成工期延誤、數(shù)據(jù)失真等后果。制定一個周密、可行的測量計劃可以保證航道測量工作快速開展，各部門配合密切，使完成的任務保質(zhì)保量。制定計劃要依靠群眾、深入調(diào)查、收集資料、充分討論。通過科學分工、互相配合、做到方便于工作，利于資料完整；2）聲速剖面和吃水測量。聲速剖面在使用前、后都需要測定一次。當發(fā)現(xiàn)聲速剖面有明顯變化時，則需要增加次數(shù)測定聲速。多波束換能器的靜態(tài)吃水是否精確，直接關(guān)系水位改正，最終影響測量水深值的可靠性；3）海況監(jiān)測。海況的惡劣必定產(chǎn)生噪音，噪音必將影響聲速剖面，從而影響測量數(shù)據(jù)質(zhì)量。大風浪時不但產(chǎn)生很大噪音，而且使船舶發(fā)生劇烈搖晃，從而使得回波摻雜很多噪音或者接收不到，這時候應停止測量作業(yè)。當測區(qū)流速大于3m/s時，采集數(shù)據(jù)應逆流航行。為了保證采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，測區(qū)范圍里最好清爽，沒有船只過往，若有不要在船只的后面測量。測量時最好是平靜海面，泡沫、回轉(zhuǎn)流、翻水花都會影響數(shù)據(jù)質(zhì)量；4）監(jiān)視采集數(shù)據(jù)過程。第一保證作業(yè)資料齊全，使用的軟件為業(yè)務主管部門批準的軟件，不同類型的接收機的記錄數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成同一格式；第二認真檢查設備，查看設備工作是否正常，正確定義測量船坐標系，查看設置的參數(shù)是否正確，以及正確導入設備安裝偏移量；第三保證導入文件正確。工作中要保證系統(tǒng)各相關(guān)設備工作正常，嚴格監(jiān)視各窗口數(shù)據(jù)質(zhì)量。對于數(shù)據(jù)不足、觀測時間不夠或數(shù)據(jù)質(zhì)量低于規(guī)范要求的要及時重測，對于未測或漏測部分要及時補測。整個測量過程必須按規(guī)范要求填寫外業(yè)觀測記錄簿及其他記錄，包括自然環(huán)境因素的變化情況。整個測量過程中必須嚴格按照布設的測線行駛，不可用大舵角做大幅度轉(zhuǎn)向；5）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。海道測量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差和隨機誤差。采集測深數(shù)據(jù)時存在各種各樣的干擾以及噪聲影響，產(chǎn)生多種測深誤差，使得測深數(shù)據(jù)的可靠性、準確性大大降低。盡可能減小或消除測深誤差，有利于提高測深精度。處理數(shù)據(jù)編輯時要客觀，對待采集的數(shù)據(jù)實事求是，避免主觀想當然。水深異常的數(shù)據(jù)要謹慎對待，有條件或有必要時應補測、重測，并對其處理結(jié)果必須記錄，利于查證。

6.工作總結(jié)

所有工作完成后必須有一個總結(jié)，既是對本次任務的再次確認，也是為下次測量提供章法。首先查看實施方案是否符合規(guī)范和技術(shù)設計要求，各項技術(shù)指標是否達到要求，處理的項目是否齊全，起算數(shù)據(jù)是否正確，數(shù)據(jù)處理軟件是否符合要求；其次檢查聯(lián)測方法、完成的各級點數(shù)與補測、重測情況，數(shù)據(jù)分析，誤差來源分析以及存在問題的說明，最終形成成果評定和使用建議。

工作總結(jié)實際是為了提高航道測量精度，盡可能消除或縮小測量方法、測量儀器及安裝帶來的誤差影響。海道測量步驟的設計是保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，是一個監(jiān)測和管理的過程。特別是測量數(shù)據(jù)的處理，直接影響后期施工或海圖制作等。