淺談水下測量技術

摘 要：隨著時代的飛速發展，水下測量技術已經從傳統測繪，發展到數字測繪時代。結合水利工程測量的生產實踐，總結水下測量經驗，并簡要介紹了現代水下測量的方法，以期指導水利工程測量的生產實踐。

關鍵詞：水下測量；GPS；測深儀

中圖分類號：TV22 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772（2012）15-0148-02

1 概述

水下地形測繪作為測繪科學技術的重要組成部分，是海道測量，河流、湖泊測量的主要內容。隨著GFS定位技術、水聲測量技術和電子計算機技術的發展，水下地形測繪技術從傳統的光學定位、單波束測深、手工進行數據處理和繪圖、成果單一的時代跨入GPS定位、使用多種測深手段、數據處理和繪圖自動化、成果多樣化的嶄新時代。多年來，筆者在工作中參照規范的有關規定，結合自己的工作實踐，經過不斷總結積累，在水下測量方面取得了一些經驗。

2 傳統測量方法

水下地形測量最基本的工作是定位和測深。定位工作是水下地形測量的基礎。無論是測量地球的某一幾何量還是物理量，都必須把這些量固定在某一種坐標系統相應的格網中，否則是毫無意義的。傳統水下地形測量的載體為測量船。根據測量船離陸地的遠近和定位精度的要求可采用不同的定位方法。

2.1 經緯儀交會法

2臺經緯儀同時照準測船時開始測深，測深采用手投測深錘或測深桿的方法。定位的方法可使用前方交會、后方交會、側方交會、極距法。水下地形測量采用光學定位方法進行定位的原理和計算與陸地測量一致。工作中要求測站、測船、 測深密切配合，用對講機相互聯系，共同完成測量任務。

由于是對運動的載體進行定位，定位精度不及陸地測量精度高，讀數也容易出錯，該方法適用于流速較小，底面變化不大，無需測距儀或全站儀即可完成任務。

2.2 橫斷面法

首先，在兩岸布置大體相互平行的測深斷面，其兩端點按圖根點精度施測。測深時，在斷面的一端安放經緯儀、測距儀或全站儀。儀器前視另一端點，時刻注視并指揮測船方向；測距儀或全站儀跟蹤測距，根據比例尺不同，當點距差不多時，測站命令測船停船、測深，同時測出距離或坐標，各項記錄后，進行下一個地形點。如此反復完成測深任務。該方法適用于水面較窄的水域，遇到地形變化時，先試著測深后定位，能夠比較準確地測出地形變化的特征點。

2.3 散點法

水域面積較小、較窄的測區，或水陸交接處，宜采用該方法來完成測量任務。施測時，如果水較淺，可以采用直接立鏡，如果水較深時，可以借用測船在船上立鏡，確定其位置，同時量出立尺點到水底的距離，即可得出其高程。

2.4 簡易斷面索法

本方法適用于水面寬小于50m，且無水草的小水域。施測時，首先確定兩個端點的位置和高程（在橫斷面測量或地形測量中，分別測到兩個水邊并做一標記志），然后兩人各立一端，拉緊斷面索，由一岸開始，一人放，一人收而移動繩索。測點時，兩人應適當松索，讓測深錘自然下降，估計到底時（此時豎直的測深繩剛好不彎曲），根據測深繩上的標志讀取水深，距離根據岸上測繩的移動讀取。

人工河道比較規則，可根據實際情況選擇部分斷面測量，以便“摸”出水底變化情況，找出特征點位置，其他斷面測量時可以參考它，達到準確、省時的目的。

若水面較寬時，拉著繩索在水中極難行走，可以采用如下的施測辦法：首先預留兩個端點同前，然后兩人分別立于兩端并拉緊百米繩，施測時，由測船或其他代用品沿著斷面繩進行測深，距離可以從百米繩上直接讀取，水深用測船或其他代用品測量。

2.5 冰上測量

由于時間緊或其他原因，在我國北部地區入冬后可以進行冰上測量。測量時，在冰上鑿一小孔，測出其位置和冰面高程，然后量出冰面至水底距離即可確定水底高程。另外，也可直接立尺于水底。

同樣，其定位方法有散點法和斷面法：對于河道而言，應首先橫向探出坡腳、河底及深泓點位置，以下斷面和散點可以參考之，使立點準確并能很好地反映水下地形。有經驗時，可以根據不同顏色判斷水深，然后立尺、量深。該方法工作量大，但定位準確，測深精度高。工作中應注意人身、儀器安全。

2.6 回聲測深儀測深

回聲測深儀是一種應用回聲測距原理測量水深的儀器。其工作原理為：換能器從水面發射聲波，聲波傳到水底界面被反射，再回到換能器被接收。測定聲波從發射，經水底反射，到被接收所需時間T就可確定水深，即H= CT/2（其中H為水深，C為聲波在水中的傳播速度）。我們最初使用的是SDH - 13A型測深儀，該設備有精度校正裝置，使各擋發射時間得以精確控制，因此測深精度高。為便于良好工作，在機動橡皮舟的船底上鋪有面板，在船上固定有工作架，工作中將測深儀安放在工作架上。施測前，應作好斷面控制和儀器調試等工作。斷面控制：斷面布設為相互平行，個別地方布置成扇形，其兩端應按測站精度施測；儀器調試：主要包括如下內容：（1）調聲波微調R，使零線和校準線距離“XI”量程時為15cm，“X2”量程時為7.5cm；（2）按下定標鍵后應出現一條垂直于跡線的直線，否則更換打印針或皮帶及調緊固螺拴等；（3）有時很難將零線調到0處，可以將其調到0.5cm或1.0cm位置。

施測時，在斷面一端安放全站儀，當船離開水邊適當距離，方向準確速度均勻后，跟蹤定位，記錄的同時讓司儀員按下“定標”鍵，以后測站指揮測船勻速直線前進，當快到對岸時，雙方進行聯系，再跟蹤定位，記錄時通知司儀員按下“定標”鍵，這樣一個斷面就結束了。

當距離較遠無法跟蹤時，可以在按定標時仍下浮漂（其下懸有適當重錘），然后調頭停船定位。通過施測，我們發現嫻熟的駕駛技術和密切的配合是確保精度的關鍵。

內業工作中，通過實測距離和記錄紙上斷面長度換算比例尺，取跡線變化處并滿足規定間距處量取各點距離進行換算，最終確定其平面位置，高程由水面高程減去水深即可。

3 現代測量方法

3.1 測深儀配合GPS進行水下測量。

隨著時代的飛速發展，測繪技術不斷更新，GPS RTK已廣泛應用到工程測量中，測深儀出現了模擬數字信號和數字測深儀。測深儀能與GPS RTK配合使用，可與GPS全球定位系統及計算機直接進行通訊，很好地完成了一般的水下測量任務。

水下測量時在船上安置GPS接收機和天線，再配合測深儀和筆記本電腦聯合使用。GPS接收機測得的坐標和測深儀測得的水深以及斷面線方向實時顯示在計算機屏幕上，駕駛員按計算機顯示的斷面線方向行駛，測量員將計算機設為每30 m或其他固定間距自動記錄坐標和水深。同時測量當天水面高程，內業處理時由水面高程減去水深，即得斷面點的水底髙程。

由于回聲測深儀是通過聲納反射從而測得水深，因此當遇到水草或其他物質時，容易產生偏差，在水草稠密且面積較大時，單頻回聲測深儀無法正常測量，需改用雙頻回聲測深儀或其他測深工具測量。

隨著近幾年來水下地形測量技術的發展，單波束回聲儀已不能完全滿足需求，進而開發了多波束測深儀，國外發達國家早已經開始使用多波束測量技術。

多波束水下測量系統以其全覆蓋、無遺漏的測量方式，在效率、精度、分辨率及水下地形成圖質量上有了大幅度提高，整個系統從外業到內業全過程真正實現了自動化、智能化和數字化，徹底改變了傳統的水下測量手段，具有廣闊的應用前景。該系統適應于內河、水庫、湖泊及海洋等水域水下地形測量，水下目標搜尋及監視，特別適合江岸險工險段水下監測等。

3.2 水下攝影測量

除以上水下測量方法外，也可采用水下攝影測量對水底目標或局部地形進行測敏，以確定水下攝影目標的形狀、大小、位置和性質，或局部地形的起伏狀態。

4 結語

隨著時代的飛速發展，水下測量技術已經從傳統測繪發展到數字測繪時代。測深儀輸出信號由傳統的紙質信號，經過模擬信號，發展到全數字信號；測深儀由過去的單頻、雙頻，發展到目前的多波束水下測量系統。

據悉，我國已研制出具有自主知識產權的多波束測深儀，該儀器的研制成功將打破國外在該領域內的技術壟斷，在我國具有極大的推廣價值。（責任編輯：陳喜輝）</