蔣斌

摘要：通過在在日常生活中我們往往會(huì)依據(jù)實(shí)際對水深測量技術(shù)研究，詳細(xì)介紹了海洋里面的水深測量中的基本原理、誤差來源與分析、水深施工測量、水深后處理等。該技術(shù)流程已經(jīng)在水深測量中廣泛應(yīng)用，具有普遍代表性.

關(guān)鍵詞：水深測量；RTK-GPS；HYPACK

前 言

海洋里的作圖以及繪制測量是作以測繪技術(shù)為根基的，從海洋測繪的工作特點(diǎn)來看，定位和測深是海洋測繪的兩大主題，兩者共同構(gòu)建海洋空間的三維坐標(biāo)，是一切海洋工程的基礎(chǔ) 水下地形圖在投影坐標(biāo)系統(tǒng)基準(zhǔn)面分幅編號內(nèi)容表示綜合原則以及比例尺確定等方面都與陸地地形圖相一致，但二者測量的方法卻相差甚大 水下地形測量主要使用水聲儀器，全覆蓋測量水底深度 本文從水深測量的實(shí)踐出發(fā)，使用RTK - GPS技術(shù)和測深儀聯(lián)合測量，大大減少了測量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使自動(dòng)化程度得到提高，并確保了測量成果的精度，提高了工作效率。

一、測區(qū)概況

改區(qū)域是在廣東省的溫州市三角帶，朝北緊北靠歐非一期北堤段，相鄰呼吁南口，西與海濱為坑區(qū)相接，東鄰規(guī)劃碧海歐非區(qū)域溫州市歐非一期圍區(qū)生產(chǎn)配套區(qū)塊涂面整理工程總占地面積3099200平方米，其中預(yù)留河道水域面積199600平方米，形成陸域面積2899600平方米，地坪標(biāo)高為+ 3.5 m 通過新建總長8878米的隔堤及圍埝將工程造地區(qū)分為2個(gè)吹填區(qū)和一個(gè)棄土回填區(qū)，其中W1吹填區(qū)面積675600平方米，W2吹填區(qū)面積1613000平方米，棄土回填區(qū)面積474800平方米，外圍隔堤占用區(qū)域面積173000平方米。

二、水深測量原理與方法

1.測量原理

1.1水深測量基本原理

水底下的探測水深的儀器的發(fā)射聲波的機(jī)器向水或者海底發(fā)射聲波，由接收換能器接收回聲波信號； 在實(shí)際作業(yè)中，水聲速可以取自海面至海底的聲波平均傳播速度[Vm]來代替，則測得的水深為：[Hm=12VmT]；在設(shè)計(jì)制造回聲測深儀時(shí)，一般設(shè)計(jì)聲速[V0]代替實(shí)際聲速，即：[H0=12V0T]。

1.2單波束和多波束測深系統(tǒng)的基本原理

航船如果是在比較理想狀態(tài)下，探測深度的儀器的發(fā)射器能夠垂直向江湖河海每隔一定的時(shí)間發(fā)射短脈沖聲波，當(dāng)脈沖聲波遇到水底時(shí)發(fā)生發(fā)射，反射回波返回?fù)Q能器，被換能器接受 其水深值由聲波在水底的往返雙程傳播時(shí)間和介質(zhì)的平均聲速確定，即：[D=12CT]式中，D為換能器至水底之間的距離； C為水體的平均速度； T是聲波往返雙程傳播時(shí)間在實(shí)際生產(chǎn)中，由于換能器的吃水深度和潮位的影響，需加改正值才得到實(shí)際的水深值H，即：[H=D+ΔDd+ΔDt]式中， [ΔDd]為換能器吃水深度改正值；[ΔDt]為潮位改正值。單波束測深采取單點(diǎn)連續(xù)的測量方法，沿測線上的測深數(shù)據(jù)十分密集，而在兩測線之間沒有數(shù)據(jù)，單波束測量是一種非覆蓋測量方法多波束測深是利用同時(shí)發(fā)射和同時(shí)接收多個(gè)波束，對海底進(jìn)行條帶式全覆蓋測量 多波束系統(tǒng)和傳統(tǒng)的單波束回聲測深儀從原理上講沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是多波束系統(tǒng)的換能器是由多個(gè)換能器單元組成的陣列，工作時(shí)能同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束和接收多個(gè)波束，對海底進(jìn)行條帶式測量。

2.測量方法

水位深度的深測量是我們可以按照他們的工作模式分成： 橫斷面繩法導(dǎo)向標(biāo)法及GPS定位法等按測深方法不同分為： 測深錘測深桿回聲測深法等目前航道疏浚測量主要采用GPS配合回聲測深進(jìn)行，小比例尺（ 1∶ 2 000以下的測圖） 多用RBN - DGPS方式進(jìn)行，大比例尺采用RTK - DGPS方式 水深測量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)數(shù)字化測深儀數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件等組成 水深測量作業(yè)分外業(yè)和后處理兩部分，外業(yè)包括測前準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集導(dǎo)航（ 航跡斷面等顯示） 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換設(shè)備監(jiān)控格式轉(zhuǎn)換，后處理包括潮位改正姿態(tài)改正外業(yè)數(shù)據(jù)編輯數(shù)字地面模型工程量計(jì)算等深線圖。

3.水深測量誤差分析

當(dāng)潮位有所改變后的主要測定海或者河的深度的文件（ 以下簡稱主要測線文件） 包括定位及水深兩個(gè)文件，其中水深文件是連續(xù)采集的水深點(diǎn)（ 一般每秒采集10～20個(gè)） ， 間距小，只需求出主測線與取樣線的交點(diǎn)，通過交點(diǎn)的位置和定位文件計(jì)算交點(diǎn)時(shí)間，通過交點(diǎn)時(shí)間在水深文件中計(jì)算水深，把生成后的交點(diǎn)水深數(shù)據(jù)（ 帶有普通取樣，定點(diǎn)取樣線取樣，特征線取樣的屬性標(biāo)志） 按照時(shí)間順序保存到原主測線文件中。通過單波束水深測量定點(diǎn)取樣技術(shù)在AutoCAD平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，解決了準(zhǔn)確標(biāo)注特征點(diǎn)水深問題，實(shí)現(xiàn)了航道港池等港口基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計(jì)坡腳線變坡線等重要位置的精確水深標(biāo)注，并且標(biāo)注的水深整齊美觀，受到用圖單位的歡迎 使用同樣原理，實(shí)現(xiàn)邊坡上欠超挖高差標(biāo)注（ 只需取樣線節(jié)點(diǎn)設(shè)置高程）以便指導(dǎo)挖泥船邊坡疏浚； 實(shí)現(xiàn)檢查線與主測深線水深互差的批量自動(dòng)計(jì)算，便于測深精度的評定。

三、水深測量技術(shù)在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用

1.高程控制

1.1高程點(diǎn)解算

使用Lecika公司最近制造出來的高精度電子水準(zhǔn)儀DNA10型按水準(zhǔn)測量方式進(jìn)行，測量和平差過程按照交通部頒布的《水運(yùn)工程測量規(guī)范》和《水利水電工程施工測量規(guī)范》的要求進(jìn)行

1.2水位控制

水位控制采用RTK-WGPS人工智能來驗(yàn)算潮汐的方式進(jìn)行，每10 min驗(yàn)潮一次 驗(yàn)潮位站設(shè)立在距離測區(qū)較近落潮不會(huì)露灘位置。在水深測量前10min記錄水位，施測結(jié)束后10 min記錄水位； 現(xiàn)場測量作業(yè)及成果數(shù)據(jù)處理和成圖均服從監(jiān)理工程師的監(jiān)督，對現(xiàn)場施測過程中未滿足規(guī)范要求的測線及時(shí)進(jìn)行重測或補(bǔ)測，保證測量成果符合交通部水運(yùn)工程測量規(guī)范和招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)格書的要求。

2.施工測量

2.1測前準(zhǔn)備

根據(jù)相關(guān)部門已經(jīng)提供的現(xiàn)有控制點(diǎn)（ 天津78坐標(biāo)系，98中國高程基準(zhǔn)） ，即平面高程控制點(diǎn)應(yīng)檢查控制點(diǎn)的保存情況，并校核其精度； 主要步驟如下：1.求轉(zhuǎn)換參數(shù)；2.構(gòu)建恰當(dāng)?shù)腉PS基準(zhǔn)站，對于這種基準(zhǔn)站的構(gòu)建來說，主要就是參照于原有的已知控制點(diǎn)進(jìn)行架設(shè)，這樣才能夠保障其更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并且在基準(zhǔn)站設(shè)置完成之后，還應(yīng)該針對其相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)試，保障其數(shù)據(jù)格式以及相應(yīng)的參數(shù)準(zhǔn)確性具備著較好的效果，這一點(diǎn)對于基準(zhǔn)站的構(gòu)建來說也是極為關(guān)鍵的； 3.構(gòu)建GPS移動(dòng)站，在已知點(diǎn)上還應(yīng)該準(zhǔn)確的架設(shè)相應(yīng)的移動(dòng)站，這種移動(dòng)站的構(gòu)建同樣需要針對具體的參數(shù)進(jìn)行校正和審查，保障其具體作用的呈現(xiàn)；4. 求得轉(zhuǎn)換參數(shù)，該環(huán)節(jié)主要就是利用AB兩點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化，進(jìn)而得到我們所需要的結(jié)果；5.建立任務(wù)，設(shè)置好坐標(biāo)系投影一級變換及圖定義。6.作計(jì)劃線。

2.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)的處理

施工以及測量范圍主要包括水位的深度測量與潮汐的位置控制并泥塘浚后標(biāo)高等的測量； 利用HYPACK進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯，其具體步驟如下： 在HYPACK軟件中設(shè)置外業(yè)數(shù)據(jù)采集橢球參數(shù) 設(shè)備管理中設(shè)置驅(qū)動(dòng)類型串口波特率，并測試成功保存 進(jìn)入測量查看數(shù)據(jù)窗口 修改改正增量開始測量數(shù)據(jù)后處理是指利用相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)處理軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，形成所需要的測量成果水深圖及其統(tǒng)計(jì)報(bào)告等。

四、結(jié)束語

本文對海洋的深度測量的基本方法以及水位深測量應(yīng)用技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用作了簡單的論述，并介紹了單波束水深測量的過程中應(yīng)用的配套硬件設(shè)備數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理軟件HYPACK的連接測試與應(yīng)用 單波束水深測量技術(shù)已經(jīng)在航道工程測量中得到了普遍應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王增軍.RTK 在沙灘修復(fù)中高程高精度地形測量的應(yīng)用研究[J]. 測繪與空間地理信息，2014，37（ 9） ：60 - 62.