浅析水下地形测量技术

李　峰（天津市测绘院，天津 300070）

浅析水下地形测量技术

李峰
（天津市测绘院，天津 300070）

近年来，我国水下地形测量技术获得了长足发展，广泛应用于生产实践，并取得了比较理想的应用效果。本文基于水下地形测量技术进行分析，先介绍了几种常见的水下地形测量技术，包括无线电定位测量技术、光学定位测量技术、深度定位测量技术、GPS定位测量技术，然后结合实例讨论了GPS定位测量技术的具体应用，以期为GPS定位测量技术更好地服务于水下地形测量工作提供有益参考。

水下地形；测量；GPS定位测量技术

1 水下地形测量技术

1.1 无线电定位测量技术

该技术大多应用于海洋测量定位工作，将岸台用作定位参考以开展测距定位工作，拥有比较理想的精确度，然而其作用距离不长，另外，需要配置一定数量的信号接收船，因而大多应用于近程定位领域。

1.2 光学定位测量技术

该技术通常仅适用于视线能够触及的范围的测距工作，涉及多种光学仪器的使用，常见的如测距仪、经纬仪以及六分仪等，并综合运用后方、前方交会法以实现对水下地形的有效测量。光学定位测量技术不仅容易实施，而且无需较大成本，然而其在后方交会作业时一般要在陆地上布设3个甚至更多的测量标志，再加上作用距离有限，导致定位精度不理想，另外，测量读数难的问题也比较突出。

1.3 深度定位测量技术

在回声探测仪发明之前，人们一般通过探测锤以及探测杆来开展水深测量工作，自回声探测仪投入使用之后，水下地形测量工作变得简单、高效很多，即通过水声换能器以垂直形式发出声波，并对水底回波予以接收和分析，从而准确确定目标测点的水位深度。

1.4 GPS定位测量技术

GPS定位测量系统由三大部分构成，一是控制部分，二是空间部分，三是用户部分。控制部分又可细分为三大部分，分别是主控站、监控站以及注入站。主控站的核心工作是接收监控站提供的数据，并予以相应计算，从而实现对卫星轨道参数的有效确定；注入站的核心工作是对卫星轨道信息进行有效纠正，并向其提供相应的控制指令[3]。GPS定位测量不仅拥有较理想的精确度，同时还拥有较理想的可靠性，因而在水下地形测量工作中得以广泛应用。

2 GPS定位测量技术的具体应用

某航道普查测量项目，运用GPS定位测量技术以实现对航道各项数据的收集和计算，主要涉及下述工作环节：

2.1 测量前准备工作

搜集和目标航道相关的最新地图，准备好相应的工具。应安排对目标航道较熟悉的船长负责测量船的驾驶。

2.2 安装、调试及解算模式

先按规范将测深杆设置在测量船的一侧，并将GPS接收天线有效固定在测深杆的上方。接下来，将GPS卫星信号接收装置、数字测深仪以及笔记本电脑三者的数据线连接到一起，并保证其正确性。对测深仪进行有效调试，合理设定吃水深度改正数，并通过测杆进行校对。若采用的是差分解，则需要使用2台GPS卫星信号接收装置，一个设为基准站，另一个设为流动站，将基准站和发射电台相连到一起，并利用手提笔记本在基准站对坐标进行采集，接下来将手提笔记本和流动站连接到一起，流动站和基准站分别接收、发射信号，采用差分记录模式，精度控制为5mm±2ppm。

2.3 航道纵、横断面图测量

要求测量船始终在航道中心线上行驶，速度控制在10km/h以内，纵断面、横断面点之间的距离可参考实际情况进行设置，通常纵断面要求每隔20m记录1点，横断面要求每隔2m记录1点，待设置完成之后计算机对数据进行自动记录，如点位N和E的各自坐标以及水深数据。参考外业软件提供的纵、横断面图，辅以内业软件对水深点进行系统分析，这样能够快速且准确地获得航道最小宽度以及水深。

2.4 航道标志记录

在测量工作中，计算机以自动方式记录各点的坐标N、E以及水深。当GPS天线靠近特殊地段（如有高压电线）时，应记下点号，并采用对应图例在计算机提供的航迹图上对正确位置进行明确标记。

2.5 内业整理

通过外业软件对数据予以处理，包括水深编辑、水位调整、标记水深点等，然后进行后续的内业编辑。依据航迹线上明确标识的地物位置，借助软件自带的标尺功能测得目标航段的里程，还可测得建筑物、航段起点之间的距离等，然后通过作图法计算出航道拐弯部位的弯曲半径。参考外业资料，通过内插法以获得各处所对应通航水位的上限和下限，立足于测时水位以及水深，便能够计算出目标航段的水深以及底宽。对相关数据进行整理，并准确填入调查表。

2.6 测量结果验证

为检验GPS水下地形测量的质量，可挑选出若干条航道，将它和既有的大比例尺航道测图作对比，结果发现，在航段起讫点均固定的条件下，两者的里程误差全部控制在5m～10m；通过GPS测量航段纵、横断面航道测得的水深以及宽度等和测量图纸提供的数据几乎完全相同。

结语

总之，GPS定位测量技术在水下地形测量工作中具有良好的应用优势，可以快速、准确地计算出航道宽度、水深以及里程等一系列重要参数，为工程实践提供了有益参考。GPS系统具有诸多优点，包括技术先进、功能齐全、容易携带、工作效率高、稳定性良好、精确度高等，表现出了良好的推广和应用价值。可以预见，GPS定位测量技术将会在水下地形测量工作中扮演更为重要的角色。

[1]吕继书，万仕平，李玮.GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用[J].天然气与石油，2010（02）：50-51.

[2]马成武，赵红旭，陈和权，豆泽军.GPSRTK技术联合数字化测深仪在水下地形测量中的应用[J].东北水利水电，2010（07）：49-51.

[3]何广源，吴迪军，李剑坤.GPS无验潮多波束水下地形测量技术的分析与应用[J].地理空间信息，2013（02）：155-156.

[4]朱昆鹏，陈强，赵彦，田雨.水下地形测量方法的选用及对比研究[J].山西科技，2012（03）：78-79.

[5]祝锋.水下地形测量技术方案的若干探讨[J].科技致富向导，2015（17）：271.

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