海道测量步骤探讨

汪正纲

摘要：海道测量广泛服务于海上运输、港口建设、安全管理等领域，是牵涉部门多、涉及范围广和实施复杂的一项工程。为了有组织、有序、安全及保证质量地进行海道测量，探讨需要做好哪些步骤，通过程序控制保证海道测量按期完成，缩短测量周期，规避重测、漏测和错测以保证测量数据准确、真实、完整，有利于后期工作的开展。

关键词：海道测量；测深布线；传感器系数校正；数据采集

中图分类号x8 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0138-02

1.概述

1）海道测量意义。海道测量就是对海底与海岸进行测量，包括水深与地形。测量结果应用广泛，主要是港口建设，特别是航道的开挖。通过跟安全航行相关的海底地形、应急扫测及航行障碍等海道测量的开展，提供水文气象、助导航设施、图书资料，甚至是为当地大数据时代提供地理数据库。

2）海道测量标准。海道测量的精度必须满足相应的国家标准、行业标准或特定测量项目的精度要求。国际上权威和通行的测深精度标准是IHO制定的IHO S-445th Edition。IHO还对所测水深数据的传输、使用和存储制定了《数字海道测量数据传输标准》（857）、《电子海图显示及信息系统标准》（852）、《数据保护方案》（863）、《ENC产品规范》（S101）等。国内水深测量的国家标准主要有《海道测量规范GBl2327 1998））、《海洋工程地形测量规范GBl7501 1998}以及行业标准《水运工程测量规范JTSl31-2012））。

IHO S-44 5th Edition是国际通用的海道测量规范，主要用于海道测量、航道测量。规范没有对作业过程做具体技术规定，只是在原则上、宏观上对测量工作做出要求。我国的测量标准一般与IHO的要求一致，但我国的标准有较明确的强制性和可操作性，因此，测量标准同其他工程标准一样规定的较详细。

2.海道测量方法

水深测量最原始的技术就是距今已有2000年历史的测深杆和测深锤，其仅适用于浅水水域。1918年法国物理学家P·郎之万利用声波在水中传播的特性发明了回声测深仪。测深技术由点测量进步到线测量，大大提高了测深速度和精确度。多波束回声测深仪结合计算机技术，使面测量技术得到全新发展。

1）海道测量方法。单波束根据声波在船底与海底之间来回时间求得水深。单波束属于“点”状测量，其测深技术已经非常成熟，按指示形式可以分为模拟记录式和数字显示式两种。

多波束测深原理是利用发射的指向性和接收的指向性正交，获取垂直于航向的两组换能器阵正交的矩阵，该矩阵内窄波束一次可以得到上百个测深点。当测量船航向稳定、航速够快时就可以快速地测定沿航向一定宽度内的水深点。由于是面的测量，因此可以体现出水下目标特征，从而实现海底地形的面测量。

激光测深系统是根据不同色光穿透海水的能力不同，进而获取时间差求得水深。这可以利用飞行器探测，所以速度快、面积广是它的优点，缺点是浅水区域不适合使用。

无人水下航行器（Unmanned Undersea Vehicle，UUV）是一种新生事物，主要是由母体（舰船）携带至探测区域，根据软件设定的程序工作。通过自主航行收集或测量数据并传回母体，也可以暂时储存数据等返航后再下载数据。UUV无人水下航行器可根据需要装载多种传感器和侧扫声纳等探测设备，擅长在深海较短距离内定点查找及分辨目标。

2）海道测量外界影响因素。影响海道测量的主要因素有海道所处位置的地貌、水文和气象条件。海道测量不同于陆上测量，海上测量的对象是海洋，由于水体自身特性，增加了海测难度。海底地貌有不可视性，必须加密测量，这大大增加时间和经费。海上测量是动态的，必须用不同的仪器同步观测四维坐标。又由于受潮汐、海流和温度等影响，观测精度无法达到陆地测量的精度水平。因此，海上测量测绘周期短、成果更新快、资料实效性要求强，使得海上测量在仪器、方法上有更高、更严格的要求。测深仪对海水盐度和温度等的变化很敏感，直接影响测量精度。选择有利的测量时间，海上测量极易受天气的影响，要及时跟踪气象动态，避免数据质量降低，特别是当测量船处于泡旋、顺流、回流、翻水花的海况时。

3.海道测量的测深线

海道测量时，测量船舶是按照既定的航线前进进而测量水深，该航线就是测深线。测深线确定的依据是海道测量标准。测深线方向和测深线间隔是测深线2大要素。

首先确定测深线的走向。一般根据工程性质进行选择，比如航道测量可以依据航道轴线方向为测深线方向布设；若以海底形状为目的的测量可以依据等深线方向布设；若是测碍航物则可以顺潮流的方向。测深线布设完还应该设置检查线，检查线一般垂直测深线方向即可。其次确定测深线的间距。在海道测量标准要求全覆盖的前提下，测深线的间距取决于多波束的覆盖宽度。另外根据海底性质和测量需求确定两条测深线之间的重叠度确立测深线的间隔距离。

4.海道测量的准备工作

1）收集资料与勘探测区。测量设计必须先收集资料，主要收集测区控制成果、水文气象和已有海图资料等。主要是弄清楚水流、风影响，来往船只干扰、障碍物分布等。这些工作是观测布置和观测进行的主要依据，直接关系采用方法是否合理，测量结果是否与实际情况吻合。

2）校正传感器。对于固定安装在测量船上的测定与校准的周期一般为一年，对于非固定安装的一般每个工地施测前后应进行测定与校准。具体各传感器安装测试要根据系统随机技术手册进行。

3）潮汐改正及试验。海道测量是基于深度基准面到海底的水深，而实际测量时受海洋潮汐影响，测得数据是当时实际水深，应对当时潮汐进行改正，把测深数据换算成深度基准面为基准的水深数据。海道测量前还要进行海上试验。

5.海道测量的施工程序

1）编制计划，配置人员。假如施测前不做周密的工作计划，必然杂乱无序，将会出现重测、漏测、错测等现象，势必造成工期延误、数据失真等后果。制定一个周密、可行的测量计划可以保证航道测量工作快速开展，各部门配合密切，使完成的任务保质保量。制定计划要依靠群众、深入调查、收集资料、充分讨论。通过科学分工、互相配合、做到方便于工作，利于资料完整；2）声速剖面和吃水测量。声速剖面在使用前、后都需要测定一次。当发现声速剖面有明显变化时，则需要增加次数测定声速。多波束换能器的静态吃水是否精确，直接关系水位改正，最终影响测量水深值的可靠性；3）海况监测。海况的恶劣必定产生噪音，噪音必将影响声速剖面，从而影响测量数据质量。大风浪时不但产生很大噪音，而且使船舶发生剧烈摇晃，从而使得回波掺杂很多噪音或者接收不到，这时候应停止测量作业。当测区流速大于3m/s时，采集数据应逆流航行。为了保证采集数据的质量，测区范围里最好清爽，没有船只过往，若有不要在船只的后面测量。测量时最好是平静海面，泡沫、回转流、翻水花都会影响数据质量；4）监视采集数据过程。第一保证作业资料齐全，使用的软件为业务主管部门批准的软件，不同类型的接收机的记录数据可以转换成同一格式；第二认真检查设备，查看设备工作是否正常，正确定义测量船坐标系，查看设置的参数是否正确，以及正确导入设备安装偏移量；第三保证导入文件正确。工作中要保证系统各相关设备工作正常，严格监视各窗口数据质量。对于数据不足、观测时间不够或数据质量低于规范要求的要及时重测，对于未测或漏测部分要及时补测。整个测量过程必须按规范要求填写外业观测记录簿及其他记录，包括自然环境因素的变化情况。整个测量过程中必须严格按照布设的测线行驶，不可用大舵角做大幅度转向；5）内业数据处理。海道测量结果存在系统误差和随机误差。采集测深数据时存在各种各样的干扰以及噪声影响，产生多种测深误差，使得测深数据的可靠性、准确性大大降低。尽可能减小或消除测深误差，有利于提高测深精度。处理数据编辑时要客观，对待采集的数据实事求是，避免主观想当然。水深异常的数据要谨慎对待，有条件或有必要时应补测、重测，并对其处理结果必须记录，利于查证。

6.工作总结

所有工作完成后必须有一个总结，既是对本次任务的再次确认，也是为下次测量提供章法。首先查看实施方案是否符合规范和技术设计要求，各项技术指标是否达到要求，处理的项目是否齐全，起算数据是否正确，数据处理软件是否符合要求；其次检查联测方法、完成的各级点数与补测、重测情况，数据分析，误差来源分析以及存在问题的说明，最终形成成果评定和使用建议。

工作总结实际是为了提高航道测量精度，尽可能消除或缩小测量方法、测量仪器及安装带来的误差影响。海道测量步骤的设计是保证测量数据的可靠性，是一个监测和管理的过程。特别是测量数据的处理，直接影响后期施工或海图制作等。