浅析航道工程水下地形测量

黄楚羽　陈建辉　许锡河　李宇辉

摘要：随着工程观测技术的不断发展和应用，市场上出现了很多可用于工程水下地形观测的先进设备，如测深仪、流速仪、倾斜仪、GPS等。文章根据航道工程测量中所采用测深仪集合RTK的测量方式，主要介绍水下地形测量流程和注意问题。

关键词：航道工程；水下地形测量；RTK

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）04-0107-02

1 工作流程

1.1 断面线的布设

断面是与河道走势相交的有界竖平面，其下周界是与河床及岸坡相交的曲（折）线，上周界是与规定高程相交的直线。断面是作为水文泥沙观测的场地基准和作业实施的平台而体现其基本功能的。进行航道工程水下测量前，应先采用相关测量仪器在航道水下布设断面线，且布设的断面线应与航道水流方向一致，布线的间距为40米，在转弯处布线间距应适当紧密。

1.2 基准站设置与移动站设置

一是基准站设置。通常我们将基准站设置在GPS控制点上，此外，还能将基准站设置在临时固定点上。基准站应设置在较高的位置，以此为电台数据传输提供保障。设置完成后应将坐标点的相关信息输入计算机中，而后根据实际情况设置发射频率，最后对基准站进行检查，确保能够正常发射信号。

二是移动站设置。设置移动站的主要目的就是利用移动通信来传输数据，所以，移动站应设置在能够清楚接收到移动通信信息的地方。若是移动站准备长期使用，还应在旁边增设观测墩。完成移动站设置并确保能够正常接收信号后进行初始化形成固定解，然后对碎部进行测量，将测量所得数据记录并存储在电子手簿中，最后将存储在电子手簿中的测量数据传入微机，利用相关图像软件将测量数据编辑成图。

1.3 航道工程水下地形测量

航道工程水下地形测量环境、气候因素影响较大，因此，在具体测试前应充分了解测试地区的天气情况，而后选择合适的天气进行水下地形测量工作。若是大风、大雨天气，水面波浪较大，不仅会影响水下地形测量工作质量，稍有不慎甚至还会对测量人员的生命安全造成威胁，导致测量仪器设备。这种情况下严禁进行水下地形测量工作。

水下地形测量工作具有不可见性，水下地形具有不可选择性，所以在测量之前应对测区内的水流情况进行仔细了解，如果不了解测区水流情况，则极易发生漏测或重测情况。通常在进行水下地形点测量时，都是采用根据岸上确定的断面方向在水下布设断面线。以此确定水下地形点。但是该方法不适应测区水流速度过快的情况，若是测区水流速度过快，则容易冲散布设的断面线。针对水流速度过快情况，应采取散点法。水下地形点的间距为1.0～1.5厘米。

对航道水下地形进行测量前，应根据所了解的测区情况调整测量仪器设备上的相关参数，对GPS的参考站和流动站进行设置，确保流动站和通信端口为打开状态，设置好输出速率，通常设置的输出速率为0.1秒。在设置测深仪时，应设置好吃水深度、量程、档位、声速等。吃水深度能够直接通过测量获取，而声速则难以控制，这是由于声波在水里的传播速度容易发生变化。通过科学实验我们得知，淡水中的声波传播速度为每秒1450米，而海水中的声波传播速度为每秒1500米。

在测量前和测量结束后都应对测量仪器设备进行仔细的检查，确保其数据正常，从而为测量质量提供可靠地保障。GPS测量主要是利用流动站测量已知点，而后将测量结果同已知坐标进行比较，从而确保测量结果符合精度要求。测深仪主要是利用测绳测量实际水深，而后将测量结果同测深仪上显示的数据进行比较，以此确保测量结果正确无误。

水位观测方面需每隔15分钟观测一次，观测数值精确到厘米水下地形测量前需放好水尺，观测完成后方可进行水下地形数据的采集，数据采集完成后，需再次观测水位，确保水下地形数据采集的数据都有其相对应的水位数据。

为了确保水下测量精度符合标准，在进行水下观测时应充分注意以下几点：一是流动站中的接收机天线是否与换能器位于同一垂直线？测试时RTK是否处于固定解情况下？二进行断面线测量时，测量船只是否与断面位置处于同一垂直线？在进行测深和测点定位时是否按照要求的间距进行？

测量水下地形时，应分别测量地形点的高程和平面位置，且地形点高程和平面位置的测量应是同一时间进行，这样测量所获取的精度将会更加准确。通过上述能够得出航道工程水下地形测量的具体内容：同一时间分别对水下地形点的高程和平面位置进行测量，并进行水位观测。水下地形点的高程和平面位置以及水位观测质量直接影响着水下地形点测量精度。

1.4 数据处理

水下地形测量涉及的数据可以归纳为两个部分，一是原始数据，二是处理数据，处理数据是在原始数据的基础上产生的。原始数据主要包括：水位观测数据；利用RTK常规测量等测量手段获取野外数据；利用数字测深仪测量的水深数据等，处理数据主要包括水深点位的三维坐标，数字高程数据（DEM），水深值等。

在获取了大量数据之后，要针对这些数据进行加工处理，生成有用的信息，即是水下地形分析。水下地形测量常做的数据分析有：等值线生成。形成等高线进行水下地形图的绘制，并按要求输出不同比例尺的地形图。如图1所示：疏浚工程量宜采用水深测量法测量水下地形，并按开挖设计断面进行计算。工程量应包括设计工程量、计算平均超宽和超深工程量。

2 航道工程水下地形测量应注意的问题

第一，基准站应设置在视野开阔的地方，确保基准站视线15度角度内没有任何大型建筑物遮挡；设置的基准站周围应没有发射塔、高压线等干扰源；不能设置在具有大面积水域的地方；基准站应设置在地势较高、点位稳定且能够长期使用的地方，这样不仅能够将基准站的差分信号传播更远，还能为水下地形测量工作提供便利。

第二，特别注意水下地形点的高程和平面位置测量时间的同步性，以及GPS水面测点与测深仪水下点的重合性。所以，应在同一条垂直线上安装GPS接收天线和测深仪，并在同一时间打开GPS接收机和测深仪接收机，以此确保两者所接收到的信号是一致的。

第三，注意测量船的航速，这是影响测量结果的主要因素之一。测量船的航速过快，就会减弱接收到的测量信号的一致性，导致点位坐标精度快速下降，最终对水下地形测量精度产生严重的影响。而测量船的航速过慢，则会接收到大量的测量信号，使得测量数据“眼花缭乱”，大大降低了测量工作效率。因此，在测量过程中必须将测量船的航速控制在适当的范围，这样不仅能够为测量精度提供可靠地保障，还能确保测量数据能够真实有效的反映出水下实际地形。

参考文献

[1] 韦华.航道测量初探[J].城市建设理论研究，2012，（3）.

[2] 赵伟凯，王智杰.GIS在水下地形测量数据管理分析中的应用[J].东北水利水电，2009（2）.

[3] 王守彬，王新洲，刘晓东.GPS-RTK与数字测深集成技术在水下地形测量中的应用[J].测绘信息与工程，2004，（6）.

作者简介：黄楚羽（1981—），男，广东揭阳人，供职于广东省航道测绘中心，研究方向：航道测绘。endprint