浅析航道水深的测量方法

乔朋起

摘 要：船舶的实时运动以及河底的不可见性决定了航道水深测量不同于其它常规测量。本文着重介绍在航道水深测量中的测量方法及所使用的测量仪器。

关键词：航道水深测量；前方交会法；极坐标交会法；GPS后方交会法

引言

航道是指沿海、江河、湖泊、运河内船舶、排筏可以通航的水域。航道由可通航水域、助航设施和水域条件组成。按着形成原因可分为天然航道和人工航道。其中天然航道是指自然形成的江、河、湖、海等水域中的航道，包括水网地区在原有较小通道上拓宽加深的那一部分航道，如广东的东平水道、小榄水道等。人工航道是指在陆上人工开发的航道，包括人工开辟或开凿的运河和其他通航渠道，如平原地区开挖的运河，山区、丘陵地区开凿的沟通水系的越岭运河，可供船舶航行的排、灌渠道或其他输水渠道等。

航道要求有以下几个方面：有足够的航道深度；有足够的航道宽度；有适宜的航道转弯半径；有合理的航道许可流速以及有符合规定的水上外廓。对于不合乎航道要求的区段应开拓航道和改善航道航行条件的工程，常包括以下几个方面：①航道疏浚；②航道整治，如山区航道整治、平原航道整治、河口航道整治；③渠化工程及其他通航建筑物；④径流调节，利用在浅滩上游建造的水库调节流量，以满足水库下游航道水深的要求；⑤绞滩；⑥开挖运河。而这些常常需要航道水深测量。

正文 航道水深测量一般来说有三种方法。

1 前方交会法

该方法是一个二维坐标的施测方法。设有A、B、P三点，其中A、B为已知坐标的点，P为未知点，用仪器测得∠PAB和∠PBA，根据A、B的坐标可求得P点的坐标，这种测定未知点P的平面坐标的方法称为前方交会法（如图1）。

此方法需三组仪器共同配合进行水深测量（两组经纬仪，一组测深仪）。在一岸选取A、B两个互为通视的已知点作为测站点，分别架设经纬仪并互为后视。船上测量人员根据不同比例尺要求按照船行的距离通过对讲机或旗语的方式要求定位，三组仪器同时记录该点位点的平面位置和水深。即：陆地测量人员利用经纬仪分别记录船位的α及β角；船间测量人员利用测深仪记录该点位点的水深。内业处理时通过交会展点及量深，展汇成图。此种方法应用仪器简单，只用两台经纬仪、一台测深仪。但是对测区工况条件要求较高，控制点之间要互为通视，而且只适用区段较小的测区，根据经验双经纬仪观测角α及β角度应控制在30°-120°之间范围，如超出这个范围，在内业测深点展绘时会影响测点的平面精度。所以测区区段较大，会造成连续搬站的弊端。另外，在测深点定位时不能达到实时同步。运用此种方法外业仪器操作人员数量不低于六人，人工投入大。

2 极坐标交会法

该方法也是一个二维坐标的施测方法。是在控制点上测设一个角度和一段距离来确定求算点的平面位置。位置线是岸台（已知点）至船（待定点）的方向线和由岸台至船的距离形成的以岸台为圆心、以岸台至船的距离为半径的圆弧线.位置方向线与位置圆弧线相交即可确定船位平面坐标的一种，利用某点到原点的距离和角度来确定这一点位置的方法（如图2）。

此方法需两组仪器共同配合进行水深测量（一组经纬仪配激光测距仪，一组测深仪）。在一岸或选取A、B两个互为通视的已知点，在其中一点（A）架设经纬仪及激光测距仪，以另外一点（B）为后视。船上测量人员根据不同比例尺要求按照船行的距离通过对讲机或旗语的方式要求定位，两组仪器同时记录该点位点的平面位置和水深。即：陆地测量人员利用经纬仪、激光测距仪分别记录船位的α角及距离D；船间测量人员利用测深仪记录该点位点的水深。内业处理时通过交会展点及量深，展汇成图。此种方法应用仪器简单，只用一台经纬仪，一台激光测距仪以及一台测深仪。但是对测区工况条件也要求较高，控制点之间要互为通视，而且也不适用于区段较大的测区，根据经验，激光测距仪测距范围应控制在1.5千米以内，超出这个范围激光测距仪测量移动船舶距离难度极大。如遇区段较大的测区同样造成连续搬站的弊端。另外，在测深点定位时也不能达到实时同步。运用此种方法外业仪器操作人员数量不低于四人，人工投入相对大。

3 GPS三维后方交会法

GPS定位，实际上就是通过保证在任一时刻、任一地点高度角15度以上都能够观测到4颗以上的卫星来确定GPS接收器的位置。运行于宇宙空间的GPS卫星，每一个都在时刻不停地通过卫星信号向全世界广播自己的当前位置坐标信息。任何一个GPS接收器都可以通过天线很轻松地接收到这些信息，并且能够读懂这些信息。目前定位精度最高的是差分定位，或称相对定位。就是通过增加一个参考GPS接收器来提高定位精度。

采用GPS进行航道水深测量大幅度减少了外业工作强度，同时对测区的工况条件要求也降低了很多。在测区内选取A、B两个已知点（并不要求互为通视），在其中一点架设GPS基站，求取其单点三参数做为移动台的修改参数。移动台在另一已知点检校，如满足精度要求即可施测（如图3）。

该方法是一个四维坐标的施测方法。在船间配备GPS移动台、数字测深仪以及安装了测深软件的笔记本电脑（数字测深仪自带测量软件系统），通过连接线将其连接。根据测图的不同要求，可在测量外业软件内按比例尺或时间设定不同的定位点采集间隔。所采集的改点数据是四维格式：及X、Y-坐标；H-水深；T-时间。在测量界面直接显示出来并实时存入相应文件内。通过测量内业软件将所测得的外业数据整理编辑导入相应的绘图软件成图。此方法由软件自动定位，GPS测定的平面位置与数字测深仪测得的该点水深能同步进行，运用此种方法外业仪器操作人员数量两人，人工投入小。

结束语

随着科技的不断发展，航道水深测量将会越来越便捷准确。尤其中国自主研发北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗时代的到来会为航道水深测量带来更便利的测量方式。■