現(xiàn)代海洋測繪及通信技術在港口航道疏浚工程測量中的應用

黎鈰圖

（廣西新港灣工程有限公司，廣西 防城港市 538001）

1 航道疏浚工程概況

某北方城市港口航道疏浚工程長度達千米（從7+0～44+0），航道底部寬度：210m,選擇自航耙吸式挖泥船來疏浚，然而，此疏浚工程面積大、范圍廣、有大量船舶通行，且通行頻繁，這就為測量帶來困難。傳統(tǒng)的測量技術和設備無法達到理想的精細度，還會拖延時間。為了提高測量效率，就要采用新型現(xiàn)代海洋測繪與通訊技術。

2 海洋測繪及通訊技術設備類型及特點

2.1 LRK測量技術

本航道疏浚工程測量選擇了Sagitta射手接收機，此機器是為海上測繪與通訊量身設計打造的，主要依靠UHF電臺數(shù)據(jù)鏈，實際使用中體現(xiàn)出高度集成化、靈活性、良好選擇性、功能安全、穩(wěn)定等優(yōu)點，而且此數(shù)據(jù)鏈所覆蓋的作業(yè)范圍最大、距離最遠，最大的作業(yè)范圍達到40km, 而且能夠全面提升平面定位的準確度和精度，達到1ppm。

2.2 潮位遙報系統(tǒng)

對于此航道疏浚工程測量來說，主要選擇潮位遙報驗潮儀，燈塔自動遙報驗潮儀，具體型號分別為：SAC5-1,KCYL-A，而且平面定位設備則要負責測出潮水位置。

2.3 多波束系統(tǒng)

測量水深的儀器主要采用來自于美國的多波束系統(tǒng)，此系統(tǒng)得益于高端現(xiàn)代化技術、智能技術，具體的性能參數(shù)如表1所示：

表1 水深測量儀參數(shù)

3 港口航道疏浚工程測量中現(xiàn)代測繪與通訊技術的運用

為了緩解此港口航道疏浚施工壓力，提高測繪、測量的效率和精度，就要采用現(xiàn)代測繪與通訊技術，對此決定選擇多波束技術、LRK技術、潮位遙測技術等，實際的使用情況如下：

圖1 航道疏浚范圍與應用技術

3.1 LRK測量技術

此技術別名：遠距離雙頻實時動態(tài)載波相位差分技術，將GPS信息接收器分別配設于運動載體，同時，配設于地面的若干基準點，它們相互配合、協(xié)調(diào)作業(yè)能夠發(fā)揮動態(tài)定位功能，可以準確地測出運動載體的空間定位，也能準確地提供載體的運動軌道、工作軌跡。這一定位系統(tǒng)的定位有著動態(tài)定位的性質(zhì)，參照各個時段定位的需要，靈活地進行定位服務。此動態(tài)定位系統(tǒng)又具體劃分為：實時差分動態(tài)定位、后處理差分動態(tài)定位。其中前者則須創(chuàng)建無線電DGPS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一邊觀測，一邊算出運行工具的定位。DGPS可以高效、遠距離地傳輸數(shù)據(jù)，實際的距離則受到多種因素影響，例如：設備數(shù)據(jù)鏈、基準臺數(shù)據(jù)鏈、運動載體電臺天線的裝配高度等。其中數(shù)據(jù)鏈電臺則選擇了超短波頻率，這一通訊設備一般局限于視距范圍，而且發(fā)射臺高度、接受臺的位置等也會影響視距，三者關系如下公式：

其中，D——視距，（km）h1——基準臺數(shù)據(jù)鏈電臺天線的配裝高度，h2——運動載體數(shù)據(jù)鏈電臺天線的配裝高度。

根據(jù)上面的公式，為了確保型號可以大范圍、遠距離傳遞，也就是在40km以外的距離傳遞，則要從基準臺、船臺兩大天線的高度加以把握，二者之和應該在94m以上，參照港口附近建筑物的實際情況，可以將VTS塔定位基準站，實際天線應該在88m以上。同時，以精準測量基準臺位置為目標，可以選擇RTKgps系統(tǒng)，憑借此系統(tǒng)來收集來自于控制點中GPS差分數(shù)據(jù)，對應準確地測量出基準臺的實際位置，并借助7參數(shù)進行轉換，則能獲得此點的坐標。

以上測量定位主要采用了LRK技術，一方面能夠全面提升測量精準度，另一方面也達到了動態(tài)的適時測量。基于以上特殊的功能，則適合用在距離驗潮站較遠的區(qū)域的測量。

3.2 基準臺站的自動化遙控裝置

此航道疏浚工程，主要通過GPS差分基準臺來對船舶加以遙測，通常測量操作應該在白天，這就需要晚上將電源關閉，這樣不僅節(jié)省能源，也能減少設備的損耗。因為LRKGPS基準臺站配設于VTS塔，這樣就難以人為地控制電源，對此引進自動化開關遙控設備，這一自動開關設備主要以GSM信號形式來傳遞信息，并借助移動通訊設備接受信息的方式來達到對電源的控制。

3.3 深度基準面的傳輸

傳統(tǒng)的測水深設備具有局限性，只能測出水體瞬間深度，然而，海洋表層不會永遠平靜，必然受到風浪、潮汐等的影響，要想獲得平穩(wěn)狀態(tài)下的海底地形水深值，則可以將各個瞬間測深值進行集中統(tǒng)計，而且要化歸至平穩(wěn)的深度基準面，具體依照下列公式： L(x,y)=MSL(x,y)-l(x,y)

L(x,y)——x,y位置的深度基準面高程，MSL(x,y)——平均海面，l(x,y)——平均海面和深度基準面二者之差。

從上面的關系式能夠算出平均海面，具體方法包括：回歸分析法、同步改正法等，對于此航道疏浚施工來說，可以選擇同步改正法來傳輸深度基準面，具體原理為：將測量船當做驗潮站，并對應標識相關的關鍵點坐標與數(shù)值。

3.4 潮位遙報系統(tǒng)

這一航道疏浚工程的最遠處和陸地之間相距37km，港口內(nèi)外的水位差別，主要影響因素就是潮汐差、潮汐時間等，也就是航道不同位置所測得的潮位值也不同，需要區(qū)別對待。根據(jù)試驗實踐得出：相同區(qū)域，各個潮汐時段的測量結果之間的差距達到半米。為了確保測量準確度，就要選擇科學的潮汐誤差控制法。對此，已經(jīng)潮位遙報系統(tǒng)，同步配合于LRK-DGPS系統(tǒng)來測出潮位。

（1）浮子式自動驗潮儀的使用。此驗潮儀器在水位測試、測量中有著較高的精準度，達到1厘米。而且能夠將一切測得數(shù)據(jù)憑借VHF來輸送至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)傳輸之間相隔5分鐘，數(shù)據(jù)中心安裝了數(shù)據(jù)接收設備，能夠獲取潮位信息，并途徑相關串口來同計算機系統(tǒng)相連，對應輸出數(shù)據(jù)。

（2）壓力感應式自動驗潮儀的使用。其潮位測量精準度也很高，達到1cm。

（3）LRK-DGPS測量系統(tǒng)的使用。主要應用范圍：30+0海里處的潮位，其測量精準度較高達到1ppm.但是其驗潮位的精準度卻相對欠缺，難以達到潮汐的準確測量。

3.5 多波束測量

（1）科學裝配換能器。實際安裝中要重點把握以下關鍵因素：安裝是否穩(wěn)定，必須確保換能器達到理想的校準狀態(tài)，確保運行安全。在確保測量船航行、停岸時處于高度安全狀態(tài)，不會對其他設備、裝置帶來影響，為了達到這一目標可以將各項測量成功進行后，提高換能器，達到水面上方，船舶范圍內(nèi)，是否方便拖放。要將換能器定位在易于拖放的位置。

（2）多波束的審核校對。必須切實根據(jù)相關規(guī)范來進行多波束的審核、校對，可以參照系統(tǒng)所供應的校準參數(shù)，把此參數(shù)利用數(shù)據(jù)處理軟件來加以傳輸處理。

（3）數(shù)據(jù)的采集與處理。準確測出聲速，而且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔y量軟件，在此基礎上來采集相關信息、數(shù)據(jù)，可以根據(jù)預先已經(jīng)設計成功的測量線來加以測量，為了對航道進行全方位的測量，可以設置若干測量線，達到全范圍測量的目標。

因為多波束測量需要大量的數(shù)據(jù)、信息，這其中容易受到一些內(nèi)外因素干擾。對此可以嘗試將數(shù)據(jù)處理計算機配設于測量船，而且要利用以太網(wǎng)來聯(lián)系數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，這樣就能達到數(shù)據(jù)、信息的交流、分享，從而提高數(shù)據(jù)采集與處理效率，提高測量數(shù)據(jù)的準確度。

測量數(shù)據(jù)的處理主要通過1x1m的方式展開，再將測量數(shù)據(jù)通過2x2m的水深網(wǎng)格來供應，這樣就能徹底達到航船的需要。實踐證實，此數(shù)據(jù)處理方法能夠有效確保施工作業(yè)效率，而且測量成功后能及時地供應測量數(shù)據(jù)。

4 測量效果分析

經(jīng)過多種現(xiàn)代化測繪技術的運用，特別是多波束測量技術，其所獲得的數(shù)據(jù)覆蓋面廣、范圍更大，而且測量精度更高，10km的航道，其測量數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮，形成一個壓縮包方便傳輸，提高了測繪工作效率。

港口航道疏浚工程測量中，多種現(xiàn)代測繪技術的協(xié)調(diào)利用能夠確保測量的精度和準確度，而且提高了測量工作效率，特別是數(shù)據(jù)信息的自動化傳輸，確保了測量準確度，然而，個別現(xiàn)代測繪技術實際使用中依然有待于發(fā)展與完善，需要不斷地深入研究，提高其使用效率。