董光明++宋琦齊

[摘 ?要]水下地形測量離不開測深儀，而水深測線的間距會因比例尺的不同發(fā)生變化。對測深儀定位控制中，在近岸或者江河測量時可使用全站儀或者光學儀器進行交會法定位，在較遠地方主要以無線電定位為主。通過應用GPS定位技術，能夠快速、較精準地將測深儀位置測定出來。在大比例尺測圖中，應用差分GPS可實現(xiàn)相對定位。鑒于此，本文主要對數(shù)字化技術在水下地形測量中的應用及相關問題進行了探討。

[關鍵詞]水下地形測量;數(shù)字化技術;應用

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）24-0041 -01

水域的面積范圍廣、區(qū)域連通強、儲量大，故在河流、湖泊與海洋等水域中開展測量工作時難度往往較大。同時，加上測量方法多種多樣及各種條件限制，雖投入了大量人力、財力、物力，但獲得的測量數(shù)據(jù)依然精度不夠理想，無法提供有用價值。對水下地形進行測繪，并將相應水下地形地貌圖繪制出來，對我國設計航行路線、水上運輸及水底資源探索等具有重要意義。隨著科技技術的發(fā)展，差分GPS技術在水域測量中的應用日益廣泛，并聯(lián)合水深儀器進行儀器的定位與水深測量，最后和計算機系統(tǒng)、電子記錄手簿及繪圖自動系統(tǒng)相統(tǒng)一，形成了一個自動化測量系統(tǒng)。

1.數(shù)字化技術的工作原理介紹

在實際應用中，GPS測量技術主要包括動態(tài)與靜態(tài)側量，在解算了數(shù)據(jù)后，即可獲得精度相對較高的測量結果。RTK技術主要是利用載波相位動態(tài)實時差分技術，對厘米級均可實現(xiàn)實時定位。一般來說，RTK技術在實際作業(yè)環(huán)節(jié)中，基準站是用來獲取各種觀測值與測站信息及數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)流動站傳輸數(shù)據(jù)，最后由流動站實時處理各種差分觀測值，并將定位結果計算出來，精確度可達到厘米級別[1]。GPS與RTK技術的聯(lián)合應用，在很大程度上降低了操作強度，作業(yè)人數(shù)也明顯減少，且精確度較高，具有顯著的應用優(yōu)勢。

2.數(shù)字化技術在水下地形測量中的應用分析

在某電廠擴建工程建設中，需要對1：1000測區(qū)內(nèi)的水下地形與岸線進行測量。結合電廠周邊的控制點情況，考慮使用單基準站RTK技術與測深儀技術完成水下地形測量工作。在對1：1000、1：25000及1：50000測區(qū)內(nèi)的水下地形測量時，則選用GPS與測深儀技術共同完成。

2.1 GPS定位技術

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS，是一種能夠對海、陸、空三維空間實時定位與導航的控制技術[2]。該技術主要是利用衛(wèi)星，實時定位與監(jiān)控信息接收終端，有著自動化、快速、精準及高效、全天候等優(yōu)勢。該技術的應用，為水深測量與精密定位帶來了巨大前景，因為它能更精準地探測出水下地形，進一步提高了水下地形測量工作的精準性、高效性，推動了水域地形測量向信息化、科學化、高效方向發(fā)展。

在對工程外海的海域地形測點進行定位時，該項目使用DGPS技術進行了施測，所用的導航軟件是海達測量軟件haida。利用DGPS采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標，故開始測量工作前，應先將測區(qū)范圍的坐標以及坐標系的換換參數(shù)求出來。在測量之前，先測定已知控制點的坐標，并將固定差求取出來，然后開始穩(wěn)定性測試，經(jīng)過4小時左右，便可得出各GPS測試結果。實踐表明，利用該技術對定點點位的測量誤差較小，符合項目要求，但多數(shù)實測位置與已知點偏離約達0.5～1m，甚至在1m以上，故必須對定位進行歸心改正處理，以保持定位和測深的一致性。

2.2 RTK技術

在以往的水下地形測量中，主要是通過潮位改正模式求取出測船處的水位，接著用該處水位值減掉測深儀獲得的水深值，結果即為水底高程[3]。但是，潮位會因海洋環(huán)境的變化而發(fā)生變化，得到的水深值也會出現(xiàn)瞬時誤差，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技術技術的出現(xiàn)與應用，測高精度進一步提高，而導航技術也不斷成熟，使RTK技術與測深儀器聯(lián)合應用的水下地形測量技術，逐漸成為當前進行大比例尺測圖的一種主要技術。在該項目中，RTK技術測高技術通過GPS基準站以及流動站，實現(xiàn)了對平面與高程的同時觀測，使水位觀測和導航定位結合在一起，故能較準確地獲得了測點平面位置與高程，具有操作便捷、工作效率快等特點。

RTK技術還能克服潮位站帶來的麻煩。在水下地形測量時，用RTK三維水深技術對測點進行定位，對水位進行控制，在對測得的正常高坐標進行七參數(shù)換換后，采用寬距解的數(shù)據(jù)采集模式，并將流動站的天線高設置高，即可將測點平面位置與瞬時水位高度測量出來，達到測點定位及水位控制的目標。

2.3 測深技術

隨著科學技術的快速進步，多波束側身技術、側掃聲吶與遙感技術在水域測深領域的應用如果廣泛，因為能夠獲取到較精準的數(shù)據(jù)。同時，衛(wèi)星測高技術的應用，可探測到潮汐、水域的水準面與重力異常等情況，然后能詳細分析與比較這些測量得出的數(shù)據(jù)。

在該項目中的水深測量中，選用了測深儀。在測深儀中，一般會有水深數(shù)字化輸出接口與熱敏打印記錄裝置，在開展水下地形測量工作時，選用Haida與HyPack導航軟件，將定位參與與記錄參數(shù)設置好之后，連接測深儀的輸出接口、計算機通訊以及定位輸出接口，將測船引入到需測量的斷面處，結合測點間距完成定位與測深工作。之后，結合軟件偏航數(shù)據(jù)，對測船方向進行修正，保證測船和斷面線航行方向一致，即可同步采集定位與測深數(shù)據(jù)。

2.4 水下地形測量系統(tǒng)集成

數(shù)字化水下地形測量技術主要由兩部分組成，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)采集主要是集成測深及定位等系統(tǒng)，工作內(nèi)容包括對地形數(shù)據(jù)的采集，而業(yè)內(nèi)圖主要是利用測繪軟件對地形數(shù)據(jù)進行處理，并將地形圖繪制出來。GPS與計算機技術的快速進步和發(fā)展，定位技術也朝數(shù)字化方向發(fā)展，并可獲取到測深儀探頭所在地方的平面位置與高程H1。計算機系統(tǒng)則可以將定位系統(tǒng)和測深技術系統(tǒng)有機結合起來，使之形成一個整體，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高程。在傳統(tǒng)水下地形測量技術中，定位與測深為分離進行，而數(shù)字化水下測量技術則可將定位與測深結合成一個整體，具有高自動化水平、高精度、低出錯率及低誤差等優(yōu)勢。

2.5 水下地形圖的繪制技術

對于觀測采集到的水深數(shù)據(jù)，應對其動態(tài)吃水、水位及聲速進行改正處理，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、標注及圖框，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深儀器設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，也成為制約測深精度提高的主要因素?；谶@些情況，測量人員只可借助修正系數(shù)或者憑經(jīng)驗修正測繪數(shù)據(jù)的方法盡可能減小誤差，以提高測量精度。

3.小結

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

參考文獻：

[1] 閆永輝，徐建新，吳文強，彭文啟.GPS-PPK結合測深儀在水下地形測量中的應用[J].人民黃河，2013，35（05）：128-130.

[2] 夏龍.GPS-RTK 技術在水庫水下地形測量中的應用[J].價值工程，2013（35）：212-213.

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

[4] 程新春.GPS-RTK 技術在水下地形測量中的應用觀察[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（27）：297.