孫健 張濤 徐娜

[摘要]與普通地形測量相比，水下地形測量流程復(fù)雜。提出了使用數(shù)字測深系統(tǒng)進行水下地形測量的方法。數(shù)字測深系統(tǒng)由定位系統(tǒng)、測深系統(tǒng)、計算機控制集成系統(tǒng)等組成，其中定位系統(tǒng)一般采用GNSS-RTK，測量平面位置；測深系統(tǒng)進行水深測量；測量船是整個系統(tǒng)的載體。工程實踐證明，采用數(shù)字測深系統(tǒng)進行水下地形測量，工作效率高，精度可以滿足規(guī)范的要求。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字測深系統(tǒng) 水下地形測量 GNSS-RTK 測深儀

[中圖分類號] P2 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-188-2

1引言

水下地形測量是水利工程設(shè)計、施工的依據(jù)。傳統(tǒng)的水下地形測量常采用測深桿、測深錘、測深繩結(jié)合全站儀進行測量，可以滿足匯水面積小、水流速度慢、深度淺水域要求。但是對于水深較深的大面積水域，該方法難以滿足測量的要求。隨著GNSS-RTK定位技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字測深系統(tǒng)的集成，為大面積水下地形測量提供了新的方法。

2數(shù)字測深系統(tǒng)

2.1數(shù)字測深系統(tǒng)的組成和工作原理

數(shù)字測深系統(tǒng)由GNSS RTK、數(shù)字測深儀、計算機控制集成系統(tǒng)三部分組成，見圖1。

水下地形測量時，將GNSS RTK流動站和測深儀連接在一起，GNSS RTK接收機實時測量得到所在位置的坐標信息，根據(jù)吃水深度和測深儀測得的水深即可計算出總體水深，結(jié)合水面高程計算該處水底高程。將GNSS RTK測量得到的平面坐標與水底高程整合，即可得到水深點的三維坐標，完成水深測量工作。

2.2 GNSS RTK技術(shù)簡介

實施動態(tài)差分（Real - time kinematic，RTK）系統(tǒng)由基準站、數(shù)據(jù)鏈、移動站三部分組成。使用GNSS RTK技術(shù)進行測量時，基準站連續(xù)觀測，將觀測得到的數(shù)據(jù)進行處理，并通過數(shù)據(jù)鏈（移動通訊網(wǎng)絡(luò)或電臺）傳送給移動站，移動站同時接收來自衛(wèi)星和基準站的數(shù)據(jù)，在手簿上組成差分觀測值實時處理，獲得觀測點的三維坐標。在水下地形測量項目中，GNSS RTK主要用于測量水下地形點的平面位置及水面高程，其精度直接決定了水下地形測量的精度。

2.3數(shù)字測深儀

使用數(shù)字測深儀進行水深測量時，測深儀發(fā)出超聲波，超聲波在水中傳播然后被水底反射，根據(jù)超聲波在水中的傳播速度和時間，從而計算出水的深度。數(shù)字測深儀的使用，極大的方便了水下地形測量工作，提高了測量的效率和精度?？梢钥闯觯瑪?shù)字測深儀是水深測量的關(guān)鍵，但是數(shù)字測深儀的姿態(tài)、水底水藻、時間計算等因素直接影響水深測量的精度，在實際測量時，需要做好質(zhì)量控制工作。

2.4計算機控制集成系統(tǒng)

計算機控制集成系統(tǒng)是將數(shù)字測深儀與 GNSS RTK連接起來并組成統(tǒng)一整體的載體，它將GNSS RTK的定位數(shù)據(jù)與數(shù)字測深儀的測深數(shù)據(jù)進行匹配、取舍、計算、存儲， 將所測的數(shù)據(jù)輸入繪圖軟件生成數(shù)字水下地形圖。

3工程實踐

3.1測量準備工作

（1）水下地形測量設(shè)計。根據(jù)水域的特點，進行測繪網(wǎng)格設(shè)計，包括測線位置及間隔距離、測線上測深點的間隔等。在水下地形測量時沿設(shè)計好的測線進行測量。

（2）GNSS RTK基準站的架設(shè)及坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取。選擇地勢較高、上空開闊無遮擋、遠離電磁干擾的位置架設(shè)基準站，并進行設(shè)置。由于GNSS RTK測量得到的是WGS84坐標系，而工程建設(shè)采用1980西安坐標系或獨立坐標系，需要進行坐標轉(zhuǎn)換。到已知控制點進行坐標校正，并經(jīng)檢核無誤后，方可開始測量。

GNSS RTK校正后已知點精度檢查結(jié)果為平面位置偏差1.8cm，高程-2.2cm，可以滿足地形圖測量的精度要求。

3.2水底地形數(shù)據(jù)采集

檢查GNSS RTK流動站工作狀態(tài)，查看測深儀地理坐標、水深、聲速和波浪換能器吃水修正等參數(shù)，開始水下地形測量工作。

開始測量后，監(jiān)視計算機顯示屏和外接顯示器上顯示的測船的實時動態(tài)點位及水深數(shù)據(jù)，控制測船按預(yù)設(shè)的航速和測線航行。在施測過程中，利用GNSS RTK技術(shù)快速定位，指導(dǎo)測深儀根據(jù)設(shè)計好的間距進行觸發(fā)測深，按測圖要求同步采集水下地形測點的平面位置與高程數(shù)據(jù)，并存儲在文本文件中，完成湖底地形數(shù)據(jù)采集。

測量完成后，選擇46個水深點采用測深桿、測深繩等方式進行精度驗證，精度統(tǒng)計結(jié)果見表1。

可以看出，本次水深測量的精度較高，檢查點中有36點測量誤差在10-20cm，約占總數(shù)的78%，完全可以滿足GB50026-2007《工程測量規(guī)范》的精度要求。

3.3圖件整飾與檢查驗收

將GNSS RTK測量得到的平面數(shù)據(jù)與水底高程整合，得到水深點的三維坐標。將測量得到的數(shù)據(jù)展繪到南方CASS、清華山維等繪圖軟件中，按照GB/T20257.1-2007《國家基本比例尺地圖圖式第一部分：1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式》的要求繪制地形圖，然后進行資料整理，編寫技術(shù)總結(jié)和檢查報告。測量及繪圖過程中嚴格的執(zhí)行“兩級檢查，一級驗收”制度。

4水下地形測量的質(zhì)量控制措施

根據(jù)數(shù)字測深系統(tǒng)原理可以得知，水下地形測量的精度主要受到GNSS RTK精度、數(shù)字測深儀測深精度、GNSS RTK平面坐標與水深集成精度影響，需要從這三個方面做好質(zhì)量控制。

（1）GNSS RTK測量精度質(zhì)量控制措施。GNSS RTK測量精度主要受到基準站因素、坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)、作業(yè)條件及流動站作業(yè)環(huán)境的影響?；鶞收竞土鲃诱拘枰獫M足GNSS RTK的測量要求，盡量避開高大的建筑物，電磁干擾等因素；流動站的作業(yè)半徑需要控制在5km以內(nèi)，取得固定解后方可開始測量；坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取需要盡可能準確，經(jīng)精度檢查滿足要求后方可使用。這樣才能保證GNSS RTK的測量精度。

（2）數(shù)字測深儀精度質(zhì)量控制措施。采用數(shù)字測深儀進行測量時，要保證測深儀的參數(shù)設(shè)置正確，盡可能保證測深儀測量姿態(tài)端正，避免因為測深儀傾斜導(dǎo)致測量精度偏低，直接影響水下地形測量的高程精度。

（3）GNSS RTK平面坐標與水深集成精度質(zhì)量控制措施。盡可能選擇在風(fēng)浪較為平靜的時間段進行觀測。流動站接收機天線保持合適的高度以保證GNSS信號不受船體遮擋，流動站接收機姿態(tài)要保持垂直，以免因傾斜造成較大平面位置誤差。另外，水下地形測量時GNSS的天線與數(shù)字測深儀應(yīng)集成在同一位置，以便于高程數(shù)據(jù)計算，并避免因天線偏差改正對測量精度的影響。集成GNSS RTK數(shù)據(jù)時應(yīng)與數(shù)字測深儀的時標同步，避免GNSS RTK所測的平面位置與測深位置不一致造成的精度損失。

5結(jié)論

在水下地形測量時，采用由GNSS RTK、數(shù)字測深儀、計算機控制系統(tǒng)集成的數(shù)字測深系統(tǒng)，提高了測量效率，保證了測量精度，降低了勞動強度，經(jīng)過檢查，其精度可以滿足GB50026-2007《工程測量規(guī)范》的要求。但是，在進行水下地形測量時，也需要做好質(zhì)量控制措施，盡可能的降低GNSS RTK測量誤差，數(shù)字測深儀測量誤差，GNSS RTK與數(shù)字測深儀測量集成誤差，做好質(zhì)量控制措施，保證測量精度。當(dāng)然隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)的快速發(fā)展，CORS、多波束測深系統(tǒng)的出現(xiàn)，將會給水下地形測量帶來更多的方便。