關(guān)于水下地形測量技術(shù)的分析

李娜

摘 要：由于城市防洪、河道整治、港口建設(shè)、海底探礦等工作的開展均要依據(jù)具體的水下地形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行，所以，提升水下地形測量的準(zhǔn)確性和可操作性至關(guān)重要。在此背景下，在具體分析現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的多種水下地形測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體項目，對其實際應(yīng)用過程進(jìn)行了論述，以期為水下地形測量技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：水下地形測量技術(shù)；GPS；光學(xué)定位；測深桿

中圖分類號：P21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.140

水下地形測量即在對水下地質(zhì)地貌進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上，用圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行水下地形還原和描述的過程。在過去較長的一段時間內(nèi)，我國水下地形測量只能通過測深錘和測深桿實現(xiàn)，難以保證測量的精準(zhǔn)性，無法結(jié)合測量數(shù)據(jù)繪制地形圖、斷面圖，嚴(yán)重抑制了水下工程的開展，所以，在相關(guān)技術(shù)發(fā)展的過程中，對水下地形測量技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義。

1 水下地形測量特點分析

水下地形測量的結(jié)果既可以用水下地形圖、斷面圖等圖形形式展現(xiàn)，又可以利用存儲器數(shù)字存儲或表格的形式直接展示。但需要注意的是，水下地形圖與常規(guī)的海圖并不完全一致，在水下地形圖中需要利用水下等高線、高程等對水下地形的變化進(jìn)行描述，而非等深線。在水下地形測量進(jìn)行的過程中，需要直接在水上完成，所以，測量的難度比陸地地形測量大得多。在水下地形測量中，選用的測量方法要結(jié)合水體的流速、深度、水域的寬度等實際情況確定。通常情況下，如果對水域?qū)挾群土魉傧鄬^小的河流湖塘進(jìn)行水下地形測量，應(yīng)選用經(jīng)緯儀、標(biāo)尺、標(biāo)桿等測量工具，利用極坐標(biāo)法、斷面法等對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成定位過程；情況相反時，則需要利用斷面角度交會法等進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計算。

在實際選擇測量方法的過程中，也要考慮測量標(biāo)準(zhǔn)，比如測量任務(wù)對精度要求非常高，可選擇微波測距交會定位系統(tǒng)或電磁波測距極坐標(biāo)定位系統(tǒng)等；而在測量任務(wù)對精度要求較低的情況下，可直接通過無線電雙曲線測定法等進(jìn)行測量。

2 常見的水下地形測量技術(shù)

為了提升水下地形測量技術(shù)使用的靈活性和合理性，筆者針對現(xiàn)階段較常見的幾種水下地形測量技術(shù)展開了研究。

2.1 無線電定位測量技術(shù)

通常情況下，該技術(shù)需要利用雷達(dá)臺站、通訊衛(wèi)星、接收儀等設(shè)備對空間三維位置進(jìn)行分析和信號處理，獲取水下地形的相關(guān)數(shù)據(jù)。在具體應(yīng)用中，可以結(jié)合實際需要選用有源或無源定位方式，不同的定位方式使用的定位方法也存在差異。比如，前者可通過直接定位法、三角定位法、時差定位法實現(xiàn)，而后者通常只能通過輻射源輻射性能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。將此技術(shù)應(yīng)用于水下地形測量中，如果用于測距定位，則會受到作用距離和接收船數(shù)量的影響，只能保證近程定位的準(zhǔn)確性；如果應(yīng)用于測距差定位，則不僅可以降低對接收船數(shù)量的依賴程度，且可增大測程，但測量的精準(zhǔn)性會嚴(yán)重下降。因此，在使用過程中要結(jié)合測量任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體方法的選擇。

2.2 光學(xué)定位測量技術(shù)

受技術(shù)測量理論的影響，目前，該技術(shù)只能在視線可達(dá)到的地域進(jìn)行測距。在具體測量的過程中，經(jīng)緯儀、測距儀等均可以靈活選用。在獲取測量數(shù)據(jù)后，通常情況下要結(jié)合前、后方交會法實現(xiàn)對地形的判斷。但在實際應(yīng)用中，后方交會工作要在陸地上布置大量的測量標(biāo)志，且作用距離會直接影響測量效果，測量數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)直接讀取，所以，即使該技術(shù)的可操作性較強、測量儀器造價較低，但應(yīng)用范圍仍相對較小。

2.3 GPS定位測量技術(shù)

該技術(shù)分為控制、空間、用戶三個部分，前者包括接收監(jiān)控站數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定衛(wèi)星軌道參數(shù)的主控站、糾正衛(wèi)星軌道錯誤信息，向衛(wèi)星軌道提供有效指令的注入站、主控站提供數(shù)據(jù)。由此可見，該技術(shù)在應(yīng)用過程中不僅可以獲取水下地形測量的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且可以對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，所以，其測量的準(zhǔn)確性和可靠性較為理想。

2.4 深度定位測量技術(shù)

該技術(shù)利用水聲換能器先垂直向水下發(fā)送聲波，然后對水底反射的聲波進(jìn)行接收和整理，進(jìn)而判斷水下地形。相比探測錘、探測桿等深度測量工具，該技術(shù)在操作可行性和數(shù)據(jù)獲取效率方面具有明顯優(yōu)勢。但需要注意的是，此項技術(shù)的應(yīng)用受水下環(huán)境的影響較大，所以，在條件允許的情況下，要盡可能與其他水下地形測量技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。

3 水下地形測量技術(shù)的應(yīng)用

為了對水下地形測量技術(shù)有更加深入的了解，筆者以GPS定位測量技術(shù)為例，對水下地形測量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。水下地形測量技術(shù)的應(yīng)用需要將GPS與測深儀結(jié)合。GPS能實現(xiàn)精確定位，測深儀更加適合于水下作業(yè)，二者之間的有機結(jié)合能有效滿足水下地形測量的需要。

在應(yīng)用過程中，首先要完成測量準(zhǔn)備工作，比如準(zhǔn)備相應(yīng)的地圖、測量工具，包括GPS儀器、水下測深儀等，并聘請熟悉測量水域的相關(guān)人員等；要在測量天線上安裝GPS，調(diào)試測深儀，通過基準(zhǔn)站和流動站的建設(shè)形成差分記錄模式。

在水下地形縱面和橫斷面圖的測量過程中，測量船要保證在測量中心線移動，且移動的速度要一直低于10 km/h；在記錄測量數(shù)據(jù)時，要保證縱斷面數(shù)據(jù)每隔20 m保存一次，橫斷面測量數(shù)據(jù)每2 m保存一次；記錄航道標(biāo)志，具體的坐標(biāo)、水深等可以通過與GPS連接的計算機直接獲??；完成內(nèi)業(yè)整理工作，即水深的編輯、水位的調(diào)整等，在此過程中，主要工作通常由軟件直接完成，從而保證數(shù)據(jù)計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和整理效率。除此之外，要進(jìn)行測量結(jié)果的驗證，如果測量結(jié)果與已有的大比例尺測量圖的相關(guān)數(shù)據(jù)誤差在10 m以上，則說明測量結(jié)果不可信，需要利用其他方法復(fù)測。

4 結(jié)束語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國水下地形測量技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展的特點，且測量的精度、可操作性等方面都得到了優(yōu)化。在具體測量項目中，可以結(jié)合項目的實際需要靈活選擇，這是我國測繪水平提升的具體體現(xiàn)，為我國水下工程的開展提供了強大的技術(shù)支持。

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〔編輯：張思楠〕