水下地形测量的几种方法

高登山 王小琴

【摘 要】伴随着我国经济与科技发展，在水下地形测量方面已经取得了较为突出的成就，水下地形测量有助于掌握水下地质结构，对航运、水下石油、矿山开采有很大帮助。笔者总结实际工作经验对几种常用的水下地形测量方法进行阐述，同时结合GPS技术对水下地形的测量提供强大的理论支撑，希望能够为我国河道湖泊的治理提供正确的方法。

【关键词】水下地形 测量方法 GPS 技术

水下地形测量是通过测量仪确定水底坐标，从而提高对海洋、湖泊等的治理效率，我国对于水下地形测量的重视程度正逐渐的提升，尤其是水下设计与施工更是目前我国急需解决的重要问题，通过采用先进的科学技术提高水下地形测量的准确度，而测量方法的选择将极大的影响水下施工的效率与治理，因此，本研究将对水下地形测量的原理及要点进行探究，并对水下地形测量工作的前景进行展望。

1 水下地形测量的原理

目前，我国的水下地形测量大多使用GPS定位技术以及GPS-RTK技术，传统的测量方法具有很多的局限性，不能够适用于宽度较大、河流汇集较多的河床，而回升探测仪能够进行多角度的测量，不仅能够提供准确、清晰的图像信息，还能够确定出水下的高度等。与此同时，GPS-RTK测量技术是通过基准站设置的接收设备来直接获取水下坐标的信息，并对接收的信息进行统计与计算，确定观测值，实际上，水下地形的测量是通过三维直角坐标系决定的，而GPS定位技术能够将这些数据坐标准确的求出。还可以使用免验潮的方法进行水下地形测量，也就是将GPS的天线设置在探测仪的正下方，这样能够便于较高程度的模型计算，使得水下地形的信息更加准确，需要注意的是对于仪器设备的选择要根据实际的水文信息而定，对观测点的选择也要在经验丰富的技术人员的指导下进行。另一方面，深测仪的工作原理是通过声纳的探测获得与水底深度、温度、盐度以及仪器误差等因素，笔者参考了深测仪数据的计算公式，总结出测度测量的准确度受制于水深比例的误差，因此，在选择测量仪器时要注意量程的大小以及灵敏度的高低等。

2几种常见的水下地形测量方法简介

2.1水位监测法

此种方法可细分为自动与人工监测两种，使用期限比较长，属于水下地形测量的传统方法。监测站通常采取自动监测法，仪器按照6小时至12小时一次的频率记录数据。因此，自动监测的优势在于资料较为全面、查阅方便。但结合目前情况来看，此种方法的局限性与滞后性也非常明显，主要体现在下述几个方面：一、采样间隔长。由于间隔过长，记录下来的数据无法对水面状况进行实时反映，如果在海拔高程计算中采用此种方法，极易导致偏差过大、数据不准。二、监测站距离远。通常来讲，每两个监测站的距离一般都大于50千米，远远大于测量工作的实际范围，在这样的情况下，反映出来的水位状况有效性不会太高。

人工监测通常只能在临时测量中应用，使用过程中需架设水尺，水位值观测时间间隔为15分钟至30分钟。此种方法的优势在于能够如实、准确的反应实际情况，但是不足之处也非常明显：适用范围有限、操作麻烦、工作进度得不到保障。总而言之，传统的水位监测法都有一个共性，即观测准确度较低，在这样的情况下，为了保证水下地形测量工作的实效，具体工作中要注意积极采用新的测量技术和方法。

2.2前方交汇法

前方交汇法适用于大多数的水域测量，其包括中分大平板仪方向交汇法和经纬仪方向交汇法。大平板仪方向交汇法能找准测量船上的标记对于测图板的设置及透明纸的编制起到积极促进作用，具体的操作方法就是将透明纸图放在测图板上再按照控制点的位置逐步推移，如果方向相同就将其延长，两线相交的位置就可以作为定位点，由此可见，此法是利用图解定位从而减少实地测量所产生的误差，需要注意这种方法限制在一比五千比例尺下的测量。另一种方法是经纬仪方向交汇法，其能够消除传统方法所具有的一切误差，尤其是将三维坐标以图表的形式呈现在分析人员面前，使得水下地形测量工作的效率得到极大的提高，绘图人员只需要将测得的数据输入计算机编好的程序中，就可以显示坐标定位点，从而进行水下测量、施工工作。

2.3断面索法

断面索法就是使用经纬仪将河岸上空的断面索做好标记，确保水下施工能够拥有准确的定位，这种方式具有稳定性高的特点，适用于水流湍急河段的水下测量及施工，尽管断面索法的精确度比较高，但是所耗费的成本较高，需要技术过硬的施工人员才能完成，一些经济欠发达的地区还没有能力使用此法进行水下测量，而且，如果河道过宽将很难确定悬空索的标定位置，因此，沿海的区域不建议使用这种方法。

2.4电磁波测距极坐标定位法

电磁波测距极坐标定位法是一种现代化的水下测量技术，利用经纬仪的跟踪功能将测量船的信息反馈到反光棱镜上，这样就能够将坐标信息直接反映到计算机系统中，不极大的提高了测量的准确度，还使得定位的准确度同比于传统方法有所增强，另一方面，电磁波测距极坐标定位法不会受到海域、环境等因素的影响，即便是量程很大的海域也能够反馈真实的数据，因此，此法在一定程度上减轻了测量人员的工作量，还使得水下交汇的盲区问题得以解决，能够产生较大的经济效益。

3 GPS技术在水下地形测量中的应用

3.1GPS系统的选择

随着我国全球定位系统的发展与完善，其在水下地形测量中有着越来越广泛的应用，但是，GPS系统的选择直接影响水下地形测量工作的质量，测量设备需要GPS完成水上的定位与导航，需要数字记录仪对水深进行准确的测量，还要有计算机系统对数据进行统计和分析，实时的定位数据对于整个测量工作是至关重要的，应该根据实际的水下情况进行静态差分定位以及动态差分定位。与此同时，RTK技术能够实现野外的厘米级准确定位，不仅使得每一个定位的结果与观测数值统一，更为GPS测量的准确性提供保障。

3.2利用GPS确定水面高程法

通过GPS的RTK工作模式能够在实测之前准确地设定基准站的平面和高程坐标，进入差分工作状态后，将流动站GPS接收机架设于水边，测得GPS天线几何中心的高程数据，再加上GPS天线到水面的高度，即可反算得水面高程。将GPS RTK与深测仪方法结合在一起不仅能够补充水位测量的资料，还能够提高测量的精确度，也就是说，GPS在水边进行静态观测的同时采用RTK工作模式就能够使得水文站的测量误差控制在五厘米以内。另一方面，利用GPS确定水面高程还具有一定的局限性，如果遇到水面起伏波动很大时就会影响GPS天线的接收，可以通过多次测量取平均值的方法加以改进，从而获得较为理想的水面高程。

3.3基准站的布设

在应用GPS技术进行水下地形测量时基准站的布置起到至关重要的作用，一般情况下都是在水上测量之前先在河岸上设置控制点，如果能够将这两道工序同时进行就可以极大的提高测量工作的效率，而GPS的RTK工作模式恰好是采用载波技术奖这种实时的差分得以实现，只要满足在既定的差分信号范围内使GPS接受设备持续测量三分钟左右，就能够完成RTK的工作，因此，布置合理的基准站位置能够使得勘察工作变得异常简便，节约了测量工作的时间，目前一般的双频GPS收机如果能实现RTK工作模式，都能达到厘米级甚至毫米级精度。

4案例分析

以云南澜沧江糯扎渡电站为例，电站总库容蓄水量为237亿立方米。测量中采用了GPS-RTK技术，使用的地形图比例为1：1000。测量区域的最大宽度为2.1千米，测量中使用了高精度测深仪，获得了较为精确的测量数据。测量过程中使用的测深仪型号为HD3800，其能够实现0.3米至600米范围内的准确测量，声速调整在1370m/s至1700m/s范围内，分辨率约为1m/s。此次测量中，Leical230的位置延迟在0.03秒以下，在以8m/s的速度航行时，由于库区均深在50米以下，声速在1450m/s左右，位置误差在0.07米以下，高程误差不超过0.01米，与测量要求的精度相符。

5水下地形测量的前景展望

我国对于水下地形测量工作的要求越来越高，需要先进的技术与设备来实现水下地形测量的自动数字化，而GPS的RTK工作模式结合深测仪以及遥控船等设备能够将水下地形测量更好的完善，这种方法能够实现情况特殊的水下地形测量任务，还可以提高面积大的水域的防御，对于我国沿海地区的安全监测起到一定的帮助。另一方面，测量设备小型集成化的应用使得水下测量工作更具自动化，不仅节约了大量的人力、物力，更使测量的精确度不断提高，尤其是最近研制的深测仪自动存储功能，使得勘测设备携带更为方便，而遥控船的灵活性更是将水下测量工作更加全面、准确的完成。

6结语

综上所述，本研究对水下地形测量的方法进行探究，主要对GPS的RTK工作模式进行介绍，强调了其在水下测量工作中的重要意义，对于提高水下测量的效率和准确度起到至关重要的作用。随着我国科学技术的进步，GPS技术会更好的应用于各项测量工作当中，而水下测量工作的成熟对于我国航运、水利以及资源的调查等都有积极的促进作用，促进我国经济建设的发展与进步。

参考文献：

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