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水下地形测量技术方法应用分析

张吉毫孟震/ 河南省啄木鸟地下管线检测有限公司

【摘要】随着科技的进步与时代的发展,我国的水下地形测量技术已经被广泛应用到各个行业的各个领域当中.不管是城市的防洪还是河道的整治、港口的建设与海底的探矿都需要对水下的地形进行合理的勘测并进行准确定位.由于水域具有面积范围广、储量大、及区域连通强等特点,因此,在对海洋、湖泊、河流进行测量时所需克服的种种困难非常之多,同时,采用的测量方法不仅繁杂,而且所得到的测量数据精度要求越来越高,这就需要我们加大对地下地形测量技术方法的研究.文章通过对水下地形测量技术的阐述,分析了其技术的应用,希望对我国水下地形测量的发展有所帮助.

【关键词】水下地形测量；技术方法；应用

一、水下地形测量概念

所谓水下地形测量,是在水下运用一定的测量仪器对地形进行的测量,一般是通过确定三维坐标来实现测量.主要是水深测量,这是沿测深线方向,按一定间隔测取待测深度点（称测深点）的深度,即测定水底点至水面的高度的测量工作,是水下地形测量的一个中心环节；在水深测量工作中,还要精确地测定深度点的平面位置,这项工作简称为定位；水深测量需与陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘等实用价值,测深与高程系统的联系,一般通过水位观测的措施.

二、水下地形测量技术方法

(一)水深测量

根据使用的测量工具,测深方法主要有：人工测量、单波束声呐测深仪测量、多波束声呐测深系统测量等.

1. 人工测量主要利用测深锤、测深杆对水深进行测量.其中测深锤只适用于水深较小、流速不大的浅水区,且精度差、工作效率低,现已很少使用.这是较为传统的检测方法,在现阶段主要应用在浅滩水深少于100cm 的地区,因为这些地区水深过浅,声呐难以准确地反映出水下地形特征.

2. 单波束测深声呐（也称回声测深仪）是目前用途最广,国内外进行水深测量的最基本的仪器.声呐是仿生学的重大突破,其特点是能够发出特定频率的音频声波,声波在和物体接触的时候,会根据接触面材质的不同发生不同程度的回弹,而测探仪能够接收到回弹的声波,根据回弹的速度和声波在水域的速度综合分析研究,以确定仪器和前方物体之间的距离.若要求水面至水底的深度时,则应将测得的水深加上换能器的吃水,可得水面至水底的深度.

(二)导航定位

水下地形测量时,测量船须沿着预先设计的测线行驶,并且按照规定的时间或距离获取水深值和该水深值的平面位置.在20世纪90 年代以前,有多种定位方法用于水下地形测量,如交会法、极坐标法、微波测距系统和无线电定位系统等.目前,GPS 几乎完全取代了这些传统的定位方法,成为水下地形测量工作中最主要的定位手段,传统方法在实际工作中已经极少使用了.特别是离岸较近的情况下使用GPS 实时动态（简称RTK）测量方式使定位更加简便快捷.实时动态测量的基本思想是,在基准站上安置一台GPS 接收机,对所有可见GPS 卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站.在流动站上,GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度.

(三)水位观测

水深测量需与陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘等实用价值.测深与高程系统的联系,一般通过水位观测的措施.简单的水位观测站为立在岸边水中的标尺,标尺零点高程通过与水准点联测求得.水深测量期间,按一定时间间隔对标尺进行读数,并绘制成水位- 时间曲线,由此曲线即可得到测深时水面的瞬间高程,从而根据水深就可得到水底的高程.在落差较大的地区,应设置多个水位观测站,并利用其测值按距离或高差进行归算改正.

三、水下地形测量技术的应用

（一）RTK 技术在水下地形测量中的应用

1. 根据实际情况布设制定控制网的位置,RTK 技术通过差分技术分析实施测量,此时在数据传输系统的作用范围内达到相当的准确度与精度,通常情况下此技术并不需要铺设较多已知点.例如在2 平方公里范围内三个控制点就能达到预期标准,某一点作基准站的架设位置、其余两点进行转化参数的求算,通过校核就能复核相互关系是否准确,此外三个控制点如若分布在测量区域的周边位置就可用于求解其参数.控制点的架设位置的选择应该尽量集中在测量能达到的区域内,保障转换参数的顺利测绘.

2. 进行水下地形的全过程测量,此过程需要接收机、数据传输机和探测仪的组合使用：

第一,确认准基站的位置,在考虑布设环境的基础上,考虑GPS 的传输信号经过传输是否能达到接收机所在的位置、数据传输机作用时被影响的环境因素,发射台尽量布设至一定高度；

第二,采用RTK 技术测量时,GPS 测量得到了相关坐标数据,就能对相关坐标系进行转换,得到转换参数,当基准站开始工作后,相关连接仪器的测量工作也会随之开始,将已知点的坐标数据进行输入得到转换参数；

第三,在水域环境中导航仪器辅助GPS 的测量工作,由于水面上不存在参照物,只能根据事先准备的工作线进行操作,采用RTK 技术在测量区域内设置相关功能；

第四,RTK 技术的后续工作就是测探仪将传输得到的数据进行运算处理,这些实时监测的水深经过运算就可以得出相应位置的高程.成图软件就可以集中这些位点的高程数据,进而编辑出水下地形图.

(二)无人测量船测量水下地形

科技的发展使得测量行业也有了巨大变革,无人船也被投入到了现阶段的水域测量工作,能够将水下测量的设备装载到无人船上,通过精确的声呐、全球定位系统等遥感设备,结合新兴的远程控制软件设备,实现操作技术人员在岸上就能够时时的监控无人船只情况,并就无人测量船回传的测量数据进行分析研究.但在离岸较远或风浪较大的水域无法应用.

四、结束语

综上所述,对水底地形进行测绘,并绘制出相应的水下地形地貌图,对于我国水上运输、设计航行路线、水底资源探索开采及养殖而言,有着重大的实施意义及广阔的经济前进.随着我国经济水平的不断提高,水下地形测量的需求不断增加.水下地形测量的手段有很多种,其优点和缺点并存.因此,相关人员应当依据工程的具体情况而选择恰当的测量方法,除了对测量时的环境因素和精度进行全面考虑之外,还应当不断的创新,采取科学的手段来弥补测量手段的不足之处,从而在未来的道路上可以使水上测量事业的不断进步.

参考文献：

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