水下地形測量技術(shù)方法應(yīng)用分析

張吉毫++孟震

【摘 要】隨著科技的進步與時代的發(fā)展，我國的水下地形測量技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個行業(yè)的各個領(lǐng)域當(dāng)中。不管是城市的防洪還是河道的整治、港口的建設(shè)與海底的探礦都需要對水下的地形進行合理的勘測并進行準(zhǔn)確定位。由于水域具有面積范圍廣、儲量大、及區(qū)域連通強等特點，因此，在對海洋、湖泊、河流進行測量時所需克服的種種困難非常之多，同時，采用的測量方法不僅繁雜，而且所得到的測量數(shù)據(jù)精度要求越來越高，這就需要我們加大對地下地形測量技術(shù)方法的研究。文章通過對水下地形測量技術(shù)的闡述，分析了其技術(shù)的應(yīng)用，希望對我國水下地形測量的發(fā)展有所幫助。

【關(guān)鍵詞】水下地形測量；技術(shù)方法；應(yīng)用

一、水下地形測量概念

所謂水下地形測量，是在水下運用一定的測量儀器對地形進行的測量，一般是通過確定三維坐標(biāo)來實現(xiàn)測量。主要是水深測量，這是沿測深線方向，按一定間隔測取待測深度點（稱測深點）的深度，即測定水底點至水面的高度的測量工作，是水下地形測量的一個中心環(huán)節(jié)；在水深測量工作中，還要精確地測定深度點的平面位置，這項工作簡稱為定位；水深測量需與陸地上平面位置與高程聯(lián)系起來才具有水下地形測繪等實用價值，測深與高程系統(tǒng)的聯(lián)系，一般通過水位觀測的措施。

二、水下地形測量技術(shù)方法

（一）水深測量

根據(jù)使用的測量工具，測深方法主要有：人工測量、單波束聲吶測深儀測量、多波束聲吶測深系統(tǒng)測量等。

1.人工測量主要利用測深錘、測深桿對水深進行測量。其中測深錘只適用于水深較小、流速不大的淺水區(qū)，且精度差、工作效率低，現(xiàn)已很少使用。這是較為傳統(tǒng)的檢測方法，在現(xiàn)階段主要應(yīng)用在淺灘水深少于100cm的地區(qū)，因為這些地區(qū)水深過淺，聲吶難以準(zhǔn)確地反映出水下地形特征。

2.單波束測深聲吶（也稱回聲測深儀）是目前用途最廣，國內(nèi)外進行水深測量的最基本的儀器。聲吶是仿生學(xué)的重大突破，其特點是能夠發(fā)出特定頻率的音頻聲波，聲波在和物體接觸的時候，會根據(jù)接觸面材質(zhì)的不同發(fā)生不同程度的回彈，而測探儀能夠接收到回彈的聲波，根據(jù)回彈的速度和聲波在水域的速度綜合分析研究，以確定儀器和前方物體之間的距離。若要求水面至水底的深度時，則應(yīng)將測得的水深加上換能器的吃水，可得水面至水底的深度。

（二）導(dǎo)航定位

水下地形測量時，測量船須沿著預(yù)先設(shè)計的測線行駛，并且按照規(guī)定的時間或距離獲取水深值和該水深值的平面位置。在20世紀(jì)90年代以前，有多種定位方法用于水下地形測量，如交會法、極坐標(biāo)法、微波測距系統(tǒng)和無線電定位系統(tǒng)等。目前，GPS幾乎完全取代了這些傳統(tǒng)的定位方法，成為水下地形測量工作中最主要的定位手段，傳統(tǒng)方法在實際工作中已經(jīng)極少使用了。特別是離岸較近的情況下使用GPS實時動態(tài)（簡稱RTK）測量方式使定位更加簡便快捷。實時動態(tài)測量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在流動站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計算并顯示流動站的三維坐標(biāo)及其精度。

（三）水位觀測

水深測量需與陸地上平面位置與高程聯(lián)系起來才具有水下地形測繪等實用價值。測深與高程系統(tǒng)的聯(lián)系，一般通過水位觀測的措施。簡單的水位觀測站為立在岸邊水中的標(biāo)尺，標(biāo)尺零點高程通過與水準(zhǔn)點聯(lián)測求得。水深測量期間，按一定時間間隔對標(biāo)尺進行讀數(shù)，并繪制成水位-時間曲線，由此曲線即可得到測深時水面的瞬間高程，從而根據(jù)水深就可得到水底的高程。在落差較大的地區(qū)，應(yīng)設(shè)置多個水位觀測站，并利用其測值按距離或高差進行歸算改正。

三、水下地形測量技術(shù)的應(yīng)用

（一）RTK技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用

1.根據(jù)實際情況布設(shè)制定控制網(wǎng)的位置，RTK技術(shù)通過差分技術(shù)分析實施測量，此時在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的作用范圍內(nèi)達到相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度與精度，通常情況下此技術(shù)并不需要鋪設(shè)較多已知點。例如在2平方公里范圍內(nèi)三個控制點就能達到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，某一點作基準(zhǔn)站的架設(shè)位置、其余兩點進行轉(zhuǎn)化參數(shù)的求算，通過校核就能復(fù)核相互關(guān)系是否準(zhǔn)確，此外三個控制點如若分布在測量區(qū)域的周邊位置就可用于求解其參數(shù)?？刂泣c的架設(shè)位置的選擇應(yīng)該盡量集中在測量能達到的區(qū)域內(nèi)，保障轉(zhuǎn)換參數(shù)的順利測繪。

2.進行水下地形的全過程測量，此過程需要接收機、數(shù)據(jù)傳輸機和探測儀的組合使用：

第一，確認(rèn)準(zhǔn)基站的位置，在考慮布設(shè)環(huán)境的基礎(chǔ)上，考慮GPS的傳輸信號經(jīng)過傳輸是否能達到接收機所在的位置、數(shù)據(jù)傳輸機作用時被影響的環(huán)境因素，發(fā)射臺盡量布設(shè)至一定高度；

第二，采用RTK技術(shù)測量時，GPS測量得到了相關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，就能對相關(guān)坐標(biāo)系進行轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換參數(shù)，當(dāng)基準(zhǔn)站開始工作后，相關(guān)連接儀器的測量工作也會隨之開始，將已知點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行輸入得到轉(zhuǎn)換參數(shù)；

第三，在水域環(huán)境中導(dǎo)航儀器輔助GPS的測量工作，由于水面上不存在參照物，只能根據(jù)事先準(zhǔn)備的工作線進行操作，采用RTK技術(shù)在測量區(qū)域內(nèi)設(shè)置相關(guān)功能；

第四，RTK技術(shù)的后續(xù)工作就是測探儀將傳輸?shù)玫降臄?shù)據(jù)進行運算處理，這些實時監(jiān)測的水深經(jīng)過運算就可以得出相應(yīng)位置的高程。成圖軟件就可以集中這些位點的高程數(shù)據(jù)，進而編輯出水下地形圖。

（二）無人測量船測量水下地形

科技的發(fā)展使得測量行業(yè)也有了巨大變革，無人船也被投入到了現(xiàn)階段的水域測量工作，能夠?qū)⑺聹y量的設(shè)備裝載到無人船上，通過精確的聲吶、全球定位系統(tǒng)等遙感設(shè)備，結(jié)合新興的遠(yuǎn)程控制軟件設(shè)備，實現(xiàn)操作技術(shù)人員在岸上就能夠時時的監(jiān)控?zé)o人船只情況，并就無人測量船回傳的測量數(shù)據(jù)進行分析研究。但在離岸較遠(yuǎn)或風(fēng)浪較大的水域無法應(yīng)用。

四、結(jié)束語

綜上所述，對水底地形進行測繪，并繪制出相應(yīng)的水下地形地貌圖，對于我國水上運輸、設(shè)計航行路線、水底資源探索開采及養(yǎng)殖而言，有著重大的實施意義及廣闊的經(jīng)濟前進。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，水下地形測量的需求不斷增加。水下地形測量的手段有很多種，其優(yōu)點和缺點并存。因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程的具體情況而選擇恰當(dāng)?shù)臏y量方法，除了對測量時的環(huán)境因素和精度進行全面考慮之外，還應(yīng)當(dāng)不斷的創(chuàng)新，采取科學(xué)的手段來彌補測量手段的不足之處，從而在未來的道路上可以使水上測量事業(yè)的不斷進步。

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