淺析航道工程水下地形測量

黃楚羽　陳建輝　許錫河　李宇輝

摘要：隨著工程觀測技術的不斷發展和應用，市場上出現了很多可用于工程水下地形觀測的先進設備，如測深儀、流速儀、傾斜儀、GPS等。文章根據航道工程測量中所采用測深儀集合RTK的測量方式，主要介紹水下地形測量流程和注意問題。

關鍵詞：航道工程；水下地形測量；RTK

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）04-0107-02

1 工作流程

1.1 斷面線的布設

斷面是與河道走勢相交的有界豎平面，其下周界是與河床及岸坡相交的曲（折）線，上周界是與規定高程相交的直線。斷面是作為水文泥沙觀測的場地基準和作業實施的平臺而體現其基本功能的。進行航道工程水下測量前，應先采用相關測量儀器在航道水下布設斷面線，且布設的斷面線應與航道水流方向一致，布線的間距為40米，在轉彎處布線間距應適當緊密。

1.2 基準站設置與移動站設置

一是基準站設置。通常我們將基準站設置在GPS控制點上，此外，還能將基準站設置在臨時固定點上。基準站應設置在較高的位置，以此為電臺數據傳輸提供保障。設置完成后應將坐標點的相關信息輸入計算機中，而后根據實際情況設置發射頻率，最后對基準站進行檢查，確保能夠正常發射信號。

二是移動站設置。設置移動站的主要目的就是利用移動通信來傳輸數據，所以，移動站應設置在能夠清楚接收到移動通信信息的地方。若是移動站準備長期使用，還應在旁邊增設觀測墩。完成移動站設置并確保能夠正常接收信號后進行初始化形成固定解，然后對碎部進行測量，將測量所得數據記錄并存儲在電子手簿中，最后將存儲在電子手簿中的測量數據傳入微機，利用相關圖像軟件將測量數據編輯成圖。

1.3 航道工程水下地形測量

航道工程水下地形測量環境、氣候因素影響較大，因此，在具體測試前應充分了解測試地區的天氣情況，而后選擇合適的天氣進行水下地形測量工作。若是大風、大雨天氣，水面波浪較大，不僅會影響水下地形測量工作質量，稍有不慎甚至還會對測量人員的生命安全造成威脅，導致測量儀器設備。這種情況下嚴禁進行水下地形測量工作。

水下地形測量工作具有不可見性，水下地形具有不可選擇性，所以在測量之前應對測區內的水流情況進行仔細了解，如果不了解測區水流情況，則極易發生漏測或重測情況。通常在進行水下地形點測量時，都是采用根據岸上確定的斷面方向在水下布設斷面線。以此確定水下地形點。但是該方法不適應測區水流速度過快的情況，若是測區水流速度過快，則容易沖散布設的斷面線。針對水流速度過快情況，應采取散點法。水下地形點的間距為1.0～1.5厘米。

對航道水下地形進行測量前，應根據所了解的測區情況調整測量儀器設備上的相關參數，對GPS的參考站和流動站進行設置，確保流動站和通信端口為打開狀態，設置好輸出速率，通常設置的輸出速率為0.1秒。在設置測深儀時，應設置好吃水深度、量程、檔位、聲速等。吃水深度能夠直接通過測量獲取，而聲速則難以控制，這是由于聲波在水里的傳播速度容易發生變化。通過科學實驗我們得知，淡水中的聲波傳播速度為每秒1450米，而海水中的聲波傳播速度為每秒1500米。

在測量前和測量結束后都應對測量儀器設備進行仔細的檢查，確保其數據正常，從而為測量質量提供可靠地保障。GPS測量主要是利用流動站測量已知點，而后將測量結果同已知坐標進行比較，從而確保測量結果符合精度要求。測深儀主要是利用測繩測量實際水深，而后將測量結果同測深儀上顯示的數據進行比較，以此確保測量結果正確無誤。

水位觀測方面需每隔15分鐘觀測一次，觀測數值精確到厘米水下地形測量前需放好水尺，觀測完成后方可進行水下地形數據的采集，數據采集完成后，需再次觀測水位，確保水下地形數據采集的數據都有其相對應的水位數據。

為了確保水下測量精度符合標準，在進行水下觀測時應充分注意以下幾點：一是流動站中的接收機天線是否與換能器位于同一垂直線？測試時RTK是否處于固定解情況下？二進行斷面線測量時，測量船只是否與斷面位置處于同一垂直線？在進行測深和測點定位時是否按照要求的間距進行？

測量水下地形時，應分別測量地形點的高程和平面位置，且地形點高程和平面位置的測量應是同一時間進行，這樣測量所獲取的精度將會更加準確。通過上述能夠得出航道工程水下地形測量的具體內容：同一時間分別對水下地形點的高程和平面位置進行測量，并進行水位觀測。水下地形點的高程和平面位置以及水位觀測質量直接影響著水下地形點測量精度。

1.4 數據處理

水下地形測量涉及的數據可以歸納為兩個部分，一是原始數據，二是處理數據，處理數據是在原始數據的基礎上產生的。原始數據主要包括：水位觀測數據；利用RTK常規測量等測量手段獲取野外數據；利用數字測深儀測量的水深數據等，處理數據主要包括水深點位的三維坐標，數字高程數據（DEM），水深值等。

在獲取了大量數據之后，要針對這些數據進行加工處理，生成有用的信息，即是水下地形分析。水下地形測量常做的數據分析有：等值線生成。形成等高線進行水下地形圖的繪制，并按要求輸出不同比例尺的地形圖。如圖1所示：疏浚工程量宜采用水深測量法測量水下地形，并按開挖設計斷面進行計算。工程量應包括設計工程量、計算平均超寬和超深工程量。

2 航道工程水下地形測量應注意的問題

第一，基準站應設置在視野開闊的地方，確保基準站視線15度角度內沒有任何大型建筑物遮擋；設置的基準站周圍應沒有發射塔、高壓線等干擾源；不能設置在具有大面積水域的地方；基準站應設置在地勢較高、點位穩定且能夠長期使用的地方，這樣不僅能夠將基準站的差分信號傳播更遠，還能為水下地形測量工作提供便利。

第二，特別注意水下地形點的高程和平面位置測量時間的同步性，以及GPS水面測點與測深儀水下點的重合性。所以，應在同一條垂直線上安裝GPS接收天線和測深儀，并在同一時間打開GPS接收機和測深儀接收機，以此確保兩者所接收到的信號是一致的。

第三，注意測量船的航速，這是影響測量結果的主要因素之一。測量船的航速過快，就會減弱接收到的測量信號的一致性，導致點位坐標精度快速下降，最終對水下地形測量精度產生嚴重的影響。而測量船的航速過慢，則會接收到大量的測量信號，使得測量數據“眼花繚亂”，大大降低了測量工作效率。因此，在測量過程中必須將測量船的航速控制在適當的范圍，這樣不僅能夠為測量精度提供可靠地保障，還能確保測量數據能夠真實有效的反映出水下實際地形。

參考文獻

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作者簡介：黃楚羽（1981—），男，廣東揭陽人，供職于廣東省航道測繪中心，研究方向：航道測繪。endprint