對(duì)內(nèi)河航道水深測(cè)量質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

上海光華巖土工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 上海 201701

當(dāng)下我國(guó)航道測(cè)量技術(shù)的發(fā)展呈逐年上升趨勢(shì)，作為保障我國(guó)內(nèi)河航道工作合理有序進(jìn)行的重要前提受到國(guó)內(nèi)航道測(cè)量領(lǐng)域?qū)W者的高度重視。通過對(duì)內(nèi)河航道的地理?xiàng)l件進(jìn)行測(cè)繪、對(duì)內(nèi)河河床進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，為內(nèi)河航道日常維護(hù)、船舶航道規(guī)劃與保障航道安全提供了依據(jù)。隨著航道測(cè)繪領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，各類新型技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用，使內(nèi)河航道測(cè)繪工作日趨科學(xué)化。

1 我國(guó)航道測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歷史

內(nèi)河航道測(cè)量技術(shù)的發(fā)展是由不同領(lǐng)域多項(xiàng)技術(shù)的共同應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)的，而非單一的門類學(xué)科的技能。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，可將此項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)化的分為兩部分：航道定位與航道測(cè)探。而航道測(cè)繪工作中包含的內(nèi)河水文觀測(cè)環(huán)節(jié)由于觀測(cè)技術(shù)與測(cè)量?jī)x器的更新?lián)Q代，產(chǎn)生了較大的技術(shù)與儀器的變化。航道測(cè)量中的定位與測(cè)探的區(qū)分定義在航道測(cè)量領(lǐng)域的文獻(xiàn)中沒有明確的分類，而是通過其測(cè)量?jī)x器與相關(guān)技術(shù)的歷史脈絡(luò)與實(shí)際應(yīng)用的年限進(jìn)行區(qū)分并進(jìn)行系統(tǒng)化闡述。

1.1 內(nèi)河航道測(cè)量工作中的定位技術(shù)

定位技術(shù)，即對(duì)內(nèi)河航道內(nèi)的水面高度、最高與最低水深高度差、水下深度數(shù)值最大的位置進(jìn)行測(cè)量與定位，并且對(duì)航道內(nèi)的具體地形、特點(diǎn)進(jìn)行歸類。

航道測(cè)量工作之初是采用六分儀技術(shù)與光學(xué)儀設(shè)備進(jìn)行交會(huì)測(cè)量定位的手段，通過角度觀測(cè)的方式對(duì)船舶所處位置進(jìn)行定位，能夠有效保障測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。但值得注意的是，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用限制較多，既要保證測(cè)繪工作者的專業(yè)技能，充分掌握儀器實(shí)用技術(shù)，同時(shí)對(duì)測(cè)繪的地理環(huán)境、測(cè)量溫度、測(cè)繪能見度有著嚴(yán)格的要求。因此，此項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中存在著諸多不足與缺陷。此后，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了內(nèi)河航道測(cè)量工作的發(fā)展，新型航道測(cè)繪設(shè)備與衛(wèi)星定位技術(shù)的逐步應(yīng)用為航道測(cè)量工作帶來了新契機(jī)。新型測(cè)距設(shè)備在使用過程中對(duì)測(cè)繪人員有了具體的要求，嚴(yán)格規(guī)定了在進(jìn)行測(cè)繪時(shí)須有兩名以上測(cè)繪人員同時(shí)使用測(cè)繪設(shè)備。全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)測(cè)量工作對(duì)時(shí)間、光照、能見度的要求，可利用科學(xué)儀器進(jìn)行全天候全地形作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)領(lǐng)域的革新。

（1）測(cè)距經(jīng)緯儀極坐標(biāo)法。光電測(cè)距技術(shù)的問世，推動(dòng)了航道測(cè)量工作的進(jìn)步，通過將測(cè)量中所使用的經(jīng)緯儀與廣電測(cè)距設(shè)備及技術(shù)的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)層面的飛躍，在降低工作強(qiáng)度的同時(shí)，降低了測(cè)繪人員與測(cè)繪設(shè)備的工作強(qiáng)度。

測(cè)距經(jīng)緯儀極坐標(biāo)法主要是采用架設(shè)于已知點(diǎn)以另一控制點(diǎn)作為參照點(diǎn)對(duì)未知點(diǎn)（測(cè)船點(diǎn)處）進(jìn)行測(cè)角測(cè)距來確定點(diǎn)位的方法。該方法比較于經(jīng)緯儀交會(huì)法，只需要一處架站即可進(jìn)行觀測(cè)，減少了觀測(cè)所需最少技術(shù)人員。測(cè)距經(jīng)緯儀極坐標(biāo)法相比經(jīng)緯儀交會(huì)法減少了觀測(cè)所需技術(shù)人員和架站數(shù)，僅需一臺(tái)測(cè)距經(jīng)緯儀即可工作，觀測(cè)控制范圍受測(cè)距儀距離控制，一般為20-30km。但兩方法都需要在非雨天、視線良好的情況下進(jìn)行，而全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)讓航道測(cè)量實(shí)現(xiàn)了全天候作業(yè)化。

（2）全球衛(wèi)星系統(tǒng)定位法。90年代中后期，以美國(guó)GPS（Global Positioning System）為代表的GNSS進(jìn)入了成熟的商業(yè)化應(yīng)用，我國(guó)海洋測(cè)繪領(lǐng)域迅速引入這一技術(shù)并開展了相關(guān)應(yīng)用研究，交通部下屬海事局、長(zhǎng)江航道局等單位，大量引進(jìn)了國(guó)外GPS儀器并開展了規(guī)模化應(yīng)用。近二十年來，航道測(cè)量先后經(jīng)歷了差分定位，連續(xù)參考站、精密單點(diǎn)定位幾個(gè)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展階段，GPS儀器從純粹國(guó)外引進(jìn)、國(guó)內(nèi)組裝，再到現(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)多品牌。以下依次以差分定位、精密單點(diǎn)定位技術(shù)的階段性發(fā)展對(duì)其進(jìn)行探討，并以近年來出現(xiàn)的雙系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)對(duì)GNSS技術(shù)在航道測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

（3）前方交會(huì)法。此方法需三組儀器共同配合進(jìn)行水深測(cè)量（兩組經(jīng)緯儀，一組測(cè)深儀）。在一岸選取A、B兩個(gè)互為通視的已知點(diǎn)作為測(cè)站點(diǎn)，分別架設(shè)經(jīng)緯儀并互為后視。船上測(cè)量人員根據(jù)不同比例尺要求按照船行的距離通過對(duì)講機(jī)或旗語(yǔ)的方式要求定位，三組儀器同時(shí)記錄該點(diǎn)位點(diǎn)的平面位置和水深。即：陸地測(cè)量人員利用經(jīng)緯儀分別記錄船位的α及β角；船間測(cè)量人員利用測(cè)深儀記錄該點(diǎn)位點(diǎn)的水深。內(nèi)業(yè)處理時(shí)通過交會(huì)展點(diǎn)及量深，展匯成圖。此種方法應(yīng)用儀器簡(jiǎn)單，只用兩臺(tái)經(jīng)緯儀、一臺(tái)測(cè)深儀。但是對(duì)測(cè)區(qū)工況條件要求較高，控制點(diǎn)之間要互為通視，而且只適用區(qū)段較小的測(cè)區(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)雙經(jīng)緯儀觀測(cè)角α及β角度應(yīng)控制在30 120°之間范圍，如超出這個(gè)范圍，在內(nèi)業(yè)測(cè)深點(diǎn)展繪時(shí)會(huì)影響測(cè)點(diǎn)的平面精度。所以測(cè)區(qū)區(qū)段較大，會(huì)造成連續(xù)搬站的弊端。另外，在測(cè)深點(diǎn)定位時(shí)不能達(dá)到實(shí)時(shí)同步。運(yùn)用此種方法外業(yè)儀器操作人員數(shù)量不低于六人，人工投入大。

1.2 航道測(cè)深技術(shù)要點(diǎn)分析

航道測(cè)深，以桿式和測(cè)深錘的直接法、單波束或多波束的聲學(xué)測(cè)深、機(jī)載激光的光學(xué)測(cè)深的發(fā)展為脈絡(luò)進(jìn)行梳理。并對(duì)聲學(xué)與光學(xué)測(cè)深進(jìn)行詳述。

（1）桿式和測(cè)深錘的直接探測(cè)法。測(cè)深桿是以長(zhǎng)5-6m、直徑粗4-6cm竹桿或木桿制成，距頭部奇偶以dm為單位漆以不同顏色進(jìn)行區(qū)分，逢五、十用綠、黃進(jìn)行區(qū)分，適用于4-5m內(nèi)的水深內(nèi)進(jìn)行，桿測(cè)測(cè)不透則采用錘測(cè)，即用帶有長(zhǎng)度標(biāo)記的測(cè)深繩與測(cè)深錘相連向水底投擲，根據(jù)手感確定測(cè)深錘落到水底感覺并計(jì)繩尺碼長(zhǎng)度得出水深，一般以不同重量的測(cè)深錘應(yīng)用不同流速的水域。兩種方法都受水流、水深影響，自回聲測(cè)深儀80年代在我國(guó)廣泛應(yīng)用以來，僅桿測(cè)在進(jìn)行測(cè)深比對(duì)時(shí)有用到，航道測(cè)量已不在以桿測(cè)錘測(cè)為主。

（2）機(jī)載激光的光學(xué)探測(cè)法。機(jī)載激光以直升機(jī)或固定翼飛機(jī)為平臺(tái)，從空中向海面或地面發(fā)射激光束來測(cè)量水深和地面高程的空間測(cè)量系統(tǒng)，突破了船載系統(tǒng)效率低、受海況和航行條件等限制，具有高效率、高精度等優(yōu)點(diǎn)。

2 當(dāng)代航道測(cè)量定位及探測(cè)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)述

綜上可見，定位技術(shù)方面：CORS和實(shí)時(shí)的精密單點(diǎn)定位PPP技術(shù)是定位發(fā)展的兩大方向，隨著國(guó)家推廣，北斗CORS也即將開展建設(shè)并進(jìn)入應(yīng)用；測(cè)深方面：多波束測(cè)深系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化、商業(yè)化是我國(guó)海洋儀器裝備的努力方向，其儀器成本降低將帶來更多應(yīng)用，機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)將是下一代測(cè)深技術(shù)，內(nèi)河航道測(cè)量應(yīng)進(jìn)行該方向的應(yīng)用探索。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)生產(chǎn)力的發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)航道測(cè)量工作發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的飛躍。測(cè)量技術(shù)與儀器設(shè)備由傳統(tǒng)的單一、具有局限性逐步轉(zhuǎn)型為多樣化、科學(xué)化的技術(shù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)國(guó)家航道測(cè)繪相關(guān)作業(yè)規(guī)定與測(cè)繪人員逐步更新，對(duì)以往的測(cè)繪工作進(jìn)行總結(jié)歸納，分析其規(guī)律性。在保障航道測(cè)量工作合理有序開展的同時(shí)，日趨嚴(yán)謹(jǐn)化、合理化，河道測(cè)量發(fā)展前景光明。