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(duì)水深測(cè)量技術(shù)研究，詳細(xì)介紹了海洋里面的水深測(cè)量中的基本原理、誤差來源與分析、水深施工測(cè)量、水深后處理等。該技術(shù)流程已經(jīng)在水深測(cè)量中廣泛應(yīng)用，具有普遍代表性.

關(guān)鍵詞：水深測(cè)量；RTK-GPS；HYPACK

前 言

海洋里的作圖以及繪制測(cè)量是作以測(cè)繪技術(shù)為根基的，從海洋測(cè)繪的工作特點(diǎn)來看，定位和測(cè)深是海洋測(cè)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(hào)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(cè)量的方法卻相差甚大 水下地形測(cè)量主要使用水聲儀器，全覆蓋測(cè)量水底深度 本文從水深測(cè)量的實(shí)踐出發(fā)，使用RTK - GPS技術(shù)和測(cè)深儀聯(lián)合測(cè)量，大大減少了測(cè)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(cè)量成果的精度，提高了工作效率。

一、測(cè)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(zhǎng)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(cè)量原理與方法

1.測(cè)量原理

1.1水深測(cè)量基本原理

水底下的探測(cè)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(hào)； 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(cè)得的水深為：[Hm=12VmT]；在設(shè)計(jì)制造回聲測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)深采取單點(diǎn)連續(xù)的測(cè)量方法，沿測(cè)線上的測(cè)深數(shù)據(jù)十分密集，而在兩測(cè)線之間沒有數(shù)據(jù)，單波束測(cè)量是一種非覆蓋測(cè)量方法多波束測(cè)深是利用同時(shí)發(fā)射和同時(shí)接收多個(gè)波束，對(duì)海底進(jìn)行條帶式全覆蓋測(cè)量 多波束系統(tǒng)和傳統(tǒng)的單波束回聲測(cè)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(duì)海底進(jìn)行條帶式測(cè)量。

2.測(cè)量方法

水位深度的深測(cè)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(cè)深方法不同分為： 測(cè)深錘測(cè)深桿回聲測(cè)深法等目前航道疏浚測(cè)量主要采用GPS配合回聲測(cè)深進(jìn)行，小比例尺（ 1∶ 2 000以下的測(cè)圖） 多用RBN - DGPS方式進(jìn)行，大比例尺采用RTK - DGPS方式 水深測(cè)量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)數(shù)字化測(cè)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(cè)量作業(yè)分外業(yè)和后處理兩部分，外業(yè)包括測(cè)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(cè)量誤差分析

當(dāng)潮位有所改變后的主要測(cè)定?；蛘吆拥纳疃鹊奈募?以下簡(jiǎn)稱主要測(cè)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(cè)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(cè)線文件中。通過單波束水深測(cè)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(cè)深線水深互差的批量自動(dòng)計(jì)算，便于測(cè)深精度的評(píng)定。

三、水深測(cè)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(cè)量方式進(jìn)行，測(cè)量和平差過程按照交通部頒布的《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》和《水利水電工程施工測(cè)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(cè)區(qū)較近落潮不會(huì)露灘位置。在水深測(cè)量前10min記錄水位，施測(cè)結(jié)束后10 min記錄水位； 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)施測(cè)過程中未滿足規(guī)范要求的測(cè)線及時(shí)進(jìn)行重測(cè)或補(bǔ)測(cè)，保證測(cè)量成果符合交通部水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范和招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)格書的要求。

2.施工測(cè)量

2.1測(cè)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(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jí)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(cè)量范圍主要包括水位的深度測(cè)量與潮汐的位置控制并泥塘浚后標(biāo)高等的測(cè)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(cè)試成功保存 進(jìn)入測(cè)量查看數(shù)據(jù)窗口 修改改正增量開始測(cè)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(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，形成所需要的測(cè)量成果水深圖及其統(tǒng)計(jì)報(bào)告等。

四、結(jié)束語

本文對(duì)海洋的深度測(cè)量的基本方法以及水位深測(cè)量應(yīng)用技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用作了簡(jiǎn)單的論述，并介紹了單波束水深測(cè)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(cè)試與應(yīng)用 單波束水深測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在航道工程測(cè)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(cè)量的應(yīng)用研究[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2014，37（ 9） ：60 - 62.