董光明++宋琦齊

[摘 ?要]水下地形測(cè)量離不開(kāi)測(cè)深儀，而水深測(cè)線的間距會(huì)因比例尺的不同發(fā)生變化。對(duì)測(cè)深儀定位控制中，在近岸或者江河測(cè)量時(shí)可使用全站儀或者光學(xué)儀器進(jìn)行交會(huì)法定位，在較遠(yuǎn)地方主要以無(wú)線電定位為主。通過(guò)應(yīng)用GPS定位技術(shù)，能夠快速、較精準(zhǔn)地將測(cè)深儀位置測(cè)定出來(lái)。在大比例尺測(cè)圖中，應(yīng)用差分GPS可實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位。鑒于此，本文主要對(duì)數(shù)字化技術(shù)在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]水下地形測(cè)量;數(shù)字化技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0041 -01

水域的面積范圍廣、區(qū)域連通強(qiáng)、儲(chǔ)量大，故在河流、湖泊與海洋等水域中開(kāi)展測(cè)量工作時(shí)難度往往較大。同時(shí)，加上測(cè)量方法多種多樣及各種條件限制，雖投入了大量人力、財(cái)力、物力，但獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)依然精度不夠理想，無(wú)法提供有用價(jià)值。對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)繪，并將相應(yīng)水下地形地貌圖繪制出來(lái)，對(duì)我國(guó)設(shè)計(jì)航行路線、水上運(yùn)輸及水底資源探索等具有重要意義。隨著科技技術(shù)的發(fā)展，差分GPS技術(shù)在水域測(cè)量中的應(yīng)用日益廣泛，并聯(lián)合水深儀器進(jìn)行儀器的定位與水深測(cè)量，最后和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子記錄手簿及繪圖自動(dòng)系統(tǒng)相統(tǒng)一，形成了一個(gè)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。

1.數(shù)字化技術(shù)的工作原理介紹

在實(shí)際應(yīng)用中，GPS測(cè)量技術(shù)主要包括動(dòng)態(tài)與靜態(tài)側(cè)量，在解算了數(shù)據(jù)后，即可獲得精度相對(duì)較高的測(cè)量結(jié)果。RTK技術(shù)主要是利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，對(duì)厘米級(jí)均可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。一般來(lái)說(shuō)，RTK技術(shù)在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)中，基準(zhǔn)站是用來(lái)獲取各種觀測(cè)值與測(cè)站信息及數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)流動(dòng)站傳輸數(shù)據(jù)，最后由流動(dòng)站實(shí)時(shí)處理各種差分觀測(cè)值，并將定位結(jié)果計(jì)算出來(lái)，精確度可達(dá)到厘米級(jí)別[1]。GPS與RTK技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，在很大程度上降低了操作強(qiáng)度，作業(yè)人數(shù)也明顯減少，且精確度較高，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.數(shù)字化技術(shù)在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用分析

在某電廠擴(kuò)建工程建設(shè)中，需要對(duì)1：1000測(cè)區(qū)內(nèi)的水下地形與岸線進(jìn)行測(cè)量。結(jié)合電廠周邊的控制點(diǎn)情況，考慮使用單基準(zhǔn)站RTK技術(shù)與測(cè)深儀技術(shù)完成水下地形測(cè)量工作。在對(duì)1：1000、1：25000及1：50000測(cè)區(qū)內(nèi)的水下地形測(cè)量時(shí)，則選用GPS與測(cè)深儀技術(shù)共同完成。

2.1 GPS定位技術(shù)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS，是一種能夠?qū)！㈥?、空三維空間實(shí)時(shí)定位與導(dǎo)航的控制技術(shù)[2]。該技術(shù)主要是利用衛(wèi)星，實(shí)時(shí)定位與監(jiān)控信息接收終端，有著自動(dòng)化、快速、精準(zhǔn)及高效、全天候等優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)的應(yīng)用，為水深測(cè)量與精密定位帶來(lái)了巨大前景，因?yàn)樗芨珳?zhǔn)地探測(cè)出水下地形，進(jìn)一步提高了水下地形測(cè)量工作的精準(zhǔn)性、高效性，推動(dòng)了水域地形測(cè)量向信息化、科學(xué)化、高效方向發(fā)展。

在對(duì)工程外海的海域地形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定位時(shí)，該項(xiàng)目使用DGPS技術(shù)進(jìn)行了施測(cè)，所用的導(dǎo)航軟件是海達(dá)測(cè)量軟件haida。利用DGPS采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)，故開(kāi)始測(cè)量工作前，應(yīng)先將測(cè)區(qū)范圍的坐標(biāo)以及坐標(biāo)系的換換參數(shù)求出來(lái)。在測(cè)量之前，先測(cè)定已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并將固定差求取出來(lái)，然后開(kāi)始穩(wěn)定性測(cè)試，經(jīng)過(guò)4小時(shí)左右，便可得出各GPS測(cè)試結(jié)果。實(shí)踐表明，利用該技術(shù)對(duì)定點(diǎn)點(diǎn)位的測(cè)量誤差較小，符合項(xiàng)目要求，但多數(shù)實(shí)測(cè)位置與已知點(diǎn)偏離約達(dá)0.5～1m，甚至在1m以上，故必須對(duì)定位進(jìn)行歸心改正處理，以保持定位和測(cè)深的一致性。

2.2 RTK技術(shù)

在以往的水下地形測(cè)量中，主要是通過(guò)潮位改正模式求取出測(cè)船處的水位，接著用該處水位值減掉測(cè)深儀獲得的水深值，結(jié)果即為水底高程[3]。但是，潮位會(huì)因海洋環(huán)境的變化而發(fā)生變化，得到的水深值也會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)誤差，而最終的數(shù)據(jù)中不能消除，故潮位資料的可靠性一直受到質(zhì)疑。RTK技術(shù)技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，測(cè)高精度進(jìn)一步提高，而導(dǎo)航技術(shù)也不斷成熟，使RTK技術(shù)與測(cè)深儀器聯(lián)合應(yīng)用的水下地形測(cè)量技術(shù)，逐漸成為當(dāng)前進(jìn)行大比例尺測(cè)圖的一種主要技術(shù)。在該項(xiàng)目中，RTK技術(shù)測(cè)高技術(shù)通過(guò)GPS基準(zhǔn)站以及流動(dòng)站，實(shí)現(xiàn)了對(duì)平面與高程的同時(shí)觀測(cè)，使水位觀測(cè)和導(dǎo)航定位結(jié)合在一起，故能較準(zhǔn)確地獲得了測(cè)點(diǎn)平面位置與高程，具有操作便捷、工作效率快等特點(diǎn)。

RTK技術(shù)還能克服潮位站帶來(lái)的麻煩。在水下地形測(cè)量時(shí)，用RTK三維水深技術(shù)對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)水位進(jìn)行控制，在對(duì)測(cè)得的正常高坐標(biāo)進(jìn)行七參數(shù)換換后，采用寬距解的數(shù)據(jù)采集模式，并將流動(dòng)站的天線高設(shè)置高，即可將測(cè)點(diǎn)平面位置與瞬時(shí)水位高度測(cè)量出來(lái)，達(dá)到測(cè)點(diǎn)定位及水位控制的目標(biāo)。

2.3 測(cè)深技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，多波束側(cè)身技術(shù)、側(cè)掃聲吶與遙感技術(shù)在水域測(cè)深領(lǐng)域的應(yīng)用如果廣泛，因?yàn)槟軌颢@取到較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)的應(yīng)用，可探測(cè)到潮汐、水域的水準(zhǔn)面與重力異常等情況，然后能詳細(xì)分析與比較這些測(cè)量得出的數(shù)據(jù)。

在該項(xiàng)目中的水深測(cè)量中，選用了測(cè)深儀。在測(cè)深儀中，一般會(huì)有水深數(shù)字化輸出接口與熱敏打印記錄裝置，在開(kāi)展水下地形測(cè)量工作時(shí)，選用Haida與HyPack導(dǎo)航軟件，將定位參與與記錄參數(shù)設(shè)置好之后，連接測(cè)深儀的輸出接口、計(jì)算機(jī)通訊以及定位輸出接口，將測(cè)船引入到需測(cè)量的斷面處，結(jié)合測(cè)點(diǎn)間距完成定位與測(cè)深工作。之后，結(jié)合軟件偏航數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)船方向進(jìn)行修正，保證測(cè)船和斷面線航行方向一致，即可同步采集定位與測(cè)深數(shù)據(jù)。

2.4 水下地形測(cè)量系統(tǒng)集成

數(shù)字化水下地形測(cè)量技術(shù)主要由兩部分組成，分別為外業(yè)數(shù)據(jù)采集與業(yè)內(nèi)成圖[4]。外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要是集成測(cè)深及定位等系統(tǒng)，工作內(nèi)容包括對(duì)地形數(shù)據(jù)的采集，而業(yè)內(nèi)圖主要是利用測(cè)繪軟件對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將地形圖繪制出來(lái)。GPS與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步和發(fā)展，定位技術(shù)也朝數(shù)字化方向發(fā)展，并可獲取到測(cè)深儀探頭所在地方的平面位置與高程H1。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則可以將定位系統(tǒng)和測(cè)深技術(shù)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使之形成一個(gè)整體，然后輸入所得的數(shù)據(jù)，最后生成地形圖，便可求出水下地形點(diǎn)高程。在傳統(tǒng)水下地形測(cè)量技術(shù)中，定位與測(cè)深為分離進(jìn)行，而數(shù)字化水下測(cè)量技術(shù)則可將定位與測(cè)深結(jié)合成一個(gè)整體，具有高自動(dòng)化水平、高精度、低出錯(cuò)率及低誤差等優(yōu)勢(shì)。

2.5 水下地形圖的繪制技術(shù)

對(duì)于觀測(cè)采集到的水深數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)其動(dòng)態(tài)吃水、水位及聲速進(jìn)行改正處理，才能符合成圖要求。然后，在圖中調(diào)入處理得到的水深數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)篩選與整理后，用軟件生成等高線或等深線，再加入必要地形與地物符號(hào)、標(biāo)注及圖框，則可得到較完整、較規(guī)范的水下地形圖。

2.6 數(shù)據(jù)誤差及解決策略

由于當(dāng)前GPS獲取的七參數(shù)仍受到一定范圍控制，這在一定程度上影響了定位與測(cè)深儀器設(shè)備獲取更高精度的水底高程，而系統(tǒng)誤差、偶然誤差等數(shù)據(jù)誤差，也成為制約測(cè)深精度提高的主要因素?；谶@些情況，測(cè)量人員只可借助修正系數(shù)或者憑經(jīng)驗(yàn)修正測(cè)繪數(shù)據(jù)的方法盡可能減小誤差，以提高測(cè)量精度。

3.小結(jié)

由上述可知，數(shù)字化技術(shù)在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用，可做到定位準(zhǔn)確，得到較精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，具有操作方便、快捷、精度高、自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，為我國(guó)河流、湖泊與海洋事業(yè)發(fā)展提供了可靠依據(jù)，逐漸成為當(dāng)前水下地形測(cè)量的一種有效技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 顧飛艇，王靈鋒.數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016（17）：76-77.

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