蔣寶平

（安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230011）

在開展水下地形測(cè)量工作時(shí)，要測(cè)定水域下點(diǎn)的平面位置和高程，以此為條件構(gòu)建DEM模型。水下地形測(cè)量工作所獲得的成果在水利工程建設(shè)和河道沖淤分析中都能發(fā)揮關(guān)鍵作用，水下地形測(cè)量工作要獲取平面位置，也要采集水深。此時(shí)需要用到多波束測(cè)量系統(tǒng)和單波束測(cè)量系統(tǒng)，該類儀器的測(cè)量精度受到換能器吃水量的影響，此外還會(huì)受到水下聲速改正工作的影響。

1 水下地形測(cè)量中存在的問題

1.1 最終繪制完成的圖紙存在較大誤差

水下地形測(cè)量需要完成繪圖和計(jì)算工作，由于測(cè)量條件不佳，水下地形測(cè)量所面臨的困難比較多，最終繪制完成的圖紙存在較大誤差。繪制任何形式的圖紙都會(huì)存在誤差，這是不可避免的。通常情況下，水下地形測(cè)量有一定時(shí)間要求，測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)效性需保證在一定時(shí)間內(nèi)有效。當(dāng)超出了日期范圍，就需要重新測(cè)量。這是因?yàn)榻?jīng)過一段時(shí)間之后，水下的地形就會(huì)發(fā)生變化。測(cè)量水下地形的工作效率要盡可能高，保證縮短測(cè)繪時(shí)間。開展定位工作時(shí)，要注意將測(cè)繪圖紙的誤差控制在1.5 mm范圍內(nèi)，如果是平坦的地質(zhì)，要保證將測(cè)繪圖紙的誤差控制在2 mm范圍內(nèi)。使用不同的比例尺，控制定位精度，得到的測(cè)量結(jié)果要包含海底深度、水流流速、測(cè)區(qū)的范圍。在定制不同的測(cè)量方案時(shí)，要密切結(jié)合現(xiàn)有的儀器設(shè)備和人員技術(shù)儲(chǔ)備情況。在測(cè)量完成之后，還需要比對(duì)、分析測(cè)量結(jié)果，最后得出較為精確的數(shù)據(jù)。

1.2 斷面索測(cè)量法效益過低

將斷面索法應(yīng)用于水下地形測(cè)量工作，能夠得到精度較高的數(shù)據(jù)。在測(cè)量時(shí)要標(biāo)記預(yù)先設(shè)置完備的橫跨河道兩岸的懸空斷面索。并使用經(jīng)緯儀測(cè)量這些標(biāo)記。從而確定各點(diǎn)位置。在測(cè)量水深時(shí)，也可以使用該方法，而且測(cè)量的步驟也基本相同。使用經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量的優(yōu)勢(shì)是測(cè)量結(jié)果不會(huì)受到水流流動(dòng)的影響，而且定位的精確度也非常高。但是其中存在的問題是測(cè)量效益過低。在完成懸空斷面索上的標(biāo)記任務(wù)時(shí)，就需要耗費(fèi)大量的人力物力，也要消耗大量的資金。正是因?yàn)槿绱耍摲椒ǖ氖褂梅秶幸欢ň窒扌?，在水流湍急的地方，該方法比較適用。而在平原河道上或者是沿海水域中，就不會(huì)使用這種測(cè)量方法[1]。

1.3 GPS實(shí)時(shí)相位分差技術(shù)的信號(hào)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱

GPS實(shí)時(shí)相位分差就是RTK技術(shù)，該方法的測(cè)量依據(jù)是載波相法觀測(cè)，該測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)共同組成。在已知點(diǎn)上固定一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，在運(yùn)動(dòng)載體上安置其他的接收機(jī)作為流動(dòng)站，而流動(dòng)站也能用來觀測(cè)衛(wèi)星。在基準(zhǔn)站上存有所有系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星信息，通過通信系統(tǒng)將這些信息傳輸?shù)搅鲃?dòng)站。流動(dòng)站在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)，也會(huì)接收到從基準(zhǔn)站傳來的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。流動(dòng)站完成初始化，會(huì)將接收到的信息傳遞至控制器?？刂破鲿?huì)使用計(jì)算機(jī)計(jì)算出點(diǎn)位的位置，還能顯示計(jì)算的結(jié)果。在整個(gè)測(cè)量過程中，GPS流動(dòng)站都要保持RTK固定解。正是因?yàn)槿绱?，流?dòng)站和參考站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相同衛(wèi)星的跟蹤，而且能達(dá)到四星以上。當(dāng)存在遮擋物干擾其他信號(hào)的接收時(shí)，要提高GPS的對(duì)中桿，同時(shí)也要調(diào)高參考站的電臺(tái)發(fā)射功率，達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)的目的。

2 提高水下地形測(cè)量技術(shù)應(yīng)用效益的對(duì)策

2.1 聲速測(cè)量精度提升

要想提高水下地形測(cè)量的進(jìn)度就要強(qiáng)化聲速測(cè)定的精度，而影響水深測(cè)量精度的因素主要是測(cè)量的水中傳播速度，速度與水體的溫度、水體的含鹽量、壓力、深度都有關(guān)系。而聲波的頻率、功率不會(huì)影響測(cè)量的精度。但是在計(jì)算聲速時(shí)使用的計(jì)算方式會(huì)在一定程度上影響測(cè)量深度，而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在誤差，如果使用的測(cè)深方法是單波束，就需要在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)利用已知水深比改正實(shí)測(cè)的聲速值。如果使用的是多波束測(cè)深方法，就要在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)聲速剖面采用聲線跟蹤的方式，精確歸位波束。在情況特殊時(shí)，也可以采用聲速后處理改正的方式。所以要想避免出現(xiàn)誤差，在測(cè)量深度時(shí)使用聲速值時(shí)，就要做好深水區(qū)和淺水區(qū)的對(duì)比工作。

2.2 在測(cè)量水深時(shí)注意糾正動(dòng)態(tài)吃水量

在開展換能器吃水動(dòng)態(tài)測(cè)量工作時(shí)，要注意該項(xiàng)工作的本質(zhì)就是測(cè)量作業(yè)船因航行所產(chǎn)生的船體吃水變化情況。要保證該項(xiàng)測(cè)量工作在靜態(tài)環(huán)境下完成。這里所說的變化就是船舶的下沉量，也被叫作動(dòng)吃水。該參數(shù)會(huì)受到多種因素的影響，包括船只負(fù)載、船型、航速、船向等。船體從靜止轉(zhuǎn)向快速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在航行推水的作用下，船首會(huì)使水面局部升高。而船尾也會(huì)在推進(jìn)器的排水作用下出現(xiàn)水面局部升高的情況。此時(shí)船體首尾就會(huì)形成高壓區(qū)，而船體的兩側(cè)會(huì)形成低壓區(qū)。形成局面是首尾水面高、水流速度低，水流的速度也會(huì)變大。在船型的影響作用下，船體首尾的水位就會(huì)上升，導(dǎo)致排水量減少，此時(shí)就要積極適應(yīng)水位的分布變化，在船體上增加一個(gè)整體下沉量，保證船首位置的下沉量大于船首尾部的下沉量，此時(shí)測(cè)深系統(tǒng)換能器就會(huì)下沉。一般情況下船體的下沉量大約為幾厘米到幾十厘米。而如果是在潛水航道中，這一數(shù)值會(huì)更高。所以在潛水航道中，要特別注意糾正水深測(cè)量動(dòng)態(tài)吃水量[2]。

2.2.1 直接量測(cè)法

糾正動(dòng)態(tài)吃水量的方法有直接測(cè)量法，將標(biāo)尺安裝在作業(yè)傳的船舷側(cè)。在船舶漂浮時(shí)，直接測(cè)取吃水讀數(shù)，在船舶保持一定行駛速度時(shí)也要測(cè)量吃水?dāng)?shù)。計(jì)算出這兩者的數(shù)值差，得到的便是船舶的下沉量。在開展測(cè)量工作之前，要選擇一塊海底平坦開闊的海域，水深約為船體吃水深度的七倍。如此一來，在測(cè)量時(shí)，就可以按照多種速度和多種航向進(jìn)行。如果是在少于7倍船體吃水量的海域，在測(cè)量時(shí)，就應(yīng)該增加淺水海區(qū)的比對(duì)工作。

2.2.2 固定值法

在測(cè)量水下深度時(shí)，使用GPS定位儀和換能器，二者的相位中心是豎直關(guān)系，而且二者的投影也是相互重合的，GPS定位儀和換能器在安裝之后，位置是固定的。所以說，換能器的吃水深度和GPS定位儀天線的高這二者之間存在著簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系，換能器底部到天線相位中心的高度是一個(gè)固定值。在作業(yè)的過程中，作業(yè)傳播產(chǎn)生的吃水變化量會(huì)直接影響換能器的吃水變化情況，而且是正相關(guān)同步影響作用，對(duì)于天線高變化的影響是負(fù)相關(guān)同步。在測(cè)量GPS定位儀天線高和換能器吃水情況時(shí)，應(yīng)保證二者的邏輯關(guān)系清晰，進(jìn)而保證測(cè)量深度的精確度。

2.3 在RTK測(cè)量中應(yīng)用似大地水準(zhǔn)面精化模型

在開展水下地形測(cè)量工作時(shí)，測(cè)量水底地形點(diǎn)的高程要使用RTK進(jìn)行高程定位和測(cè)深，并進(jìn)行二者之間的計(jì)算。由此可見水下地形測(cè)量進(jìn)度會(huì)受到RTK測(cè)量精度的影響。2001年，我國完成了對(duì)似大地水準(zhǔn)面精化模型的建立，該模型覆蓋近海海域和專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，包含我國全部國土。而且各個(gè)省也建立地方性局部高精度似大地水準(zhǔn)面精化模型。所以要想提高RTK測(cè)量高程的進(jìn)度，就要保證充分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將似大地水準(zhǔn)面精化模型應(yīng)用在RTK測(cè)量工作中。

3 結(jié)語

綜上所述，本文研究水下地形測(cè)量中存在的問題，并探究應(yīng)對(duì)策略。水下地形測(cè)量精度會(huì)受到船舶動(dòng)態(tài)吃水量改正、聲速測(cè)算改正的影響。在測(cè)量工作中應(yīng)用RTK技術(shù)在進(jìn)行水面作業(yè)時(shí)也會(huì)受到多路徑效應(yīng)和衛(wèi)星觀測(cè)質(zhì)量的影響。為此要提升測(cè)深儀的測(cè)量精度，也要優(yōu)化RTK高程測(cè)量精度。盡可能削弱不利因素所產(chǎn)生的效應(yīng)，切實(shí)提高水下地形測(cè)量精度。