海道測量步驟探討

汪正綱

摘要：海道測量廣泛服務于海上運輸、港口建設、安全管理等領域，是牽涉部門多、涉及范圍廣和實施復雜的一項工程。為了有組織、有序、安全及保證質量地進行海道測量，探討需要做好哪些步驟，通過程序控制保證海道測量按期完成，縮短測量周期，規避重測、漏測和錯測以保證測量數據準確、真實、完整，有利于后期工作的開展。

關鍵詞：海道測量；測深布線；傳感器系數校正；數據采集

中圖分類號x8 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0138-02

1.概述

1）海道測量意義。海道測量就是對海底與海岸進行測量，包括水深與地形。測量結果應用廣泛，主要是港口建設，特別是航道的開挖。通過跟安全航行相關的海底地形、應急掃測及航行障礙等海道測量的開展，提供水文氣象、助導航設施、圖書資料，甚至是為當地大數據時代提供地理數據庫。

2）海道測量標準。海道測量的精度必須滿足相應的國家標準、行業標準或特定測量項目的精度要求。國際上權威和通行的測深精度標準是IHO制定的IHO S-445th Edition。IHO還對所測水深數據的傳輸、使用和存儲制定了《數字海道測量數據傳輸標準》（857）、《電子海圖顯示及信息系統標準》（852）、《數據保護方案》（863）、《ENC產品規范》（S101）等。國內水深測量的國家標準主要有《海道測量規范GBl2327 1998））、《海洋工程地形測量規范GBl7501 1998}以及行業標準《水運工程測量規范JTSl31-2012））。

IHO S-44 5th Edition是國際通用的海道測量規范，主要用于海道測量、航道測量。規范沒有對作業過程做具體技術規定，只是在原則上、宏觀上對測量工作做出要求。我國的測量標準一般與IHO的要求一致，但我國的標準有較明確的強制性和可操作性，因此，測量標準同其他工程標準一樣規定的較詳細。

2.海道測量方法

水深測量最原始的技術就是距今已有2000年歷史的測深桿和測深錘，其僅適用于淺水水域。1918年法國物理學家P·郎之萬利用聲波在水中傳播的特性發明了回聲測深儀。測深技術由點測量進步到線測量，大大提高了測深速度和精確度。多波束回聲測深儀結合計算機技術，使面測量技術得到全新發展。

1）海道測量方法。單波束根據聲波在船底與海底之間來回時間求得水深。單波束屬于“點”狀測量，其測深技術已經非常成熟，按指示形式可以分為模擬記錄式和數字顯示式兩種。

多波束測深原理是利用發射的指向性和接收的指向性正交，獲取垂直于航向的兩組換能器陣正交的矩陣，該矩陣內窄波束一次可以得到上百個測深點。當測量船航向穩定、航速夠快時就可以快速地測定沿航向一定寬度內的水深點。由于是面的測量，因此可以體現出水下目標特征，從而實現海底地形的面測量。

激光測深系統是根據不同色光穿透海水的能力不同，進而獲取時間差求得水深。這可以利用飛行器探測，所以速度快、面積廣是它的優點，缺點是淺水區域不適合使用。

無人水下航行器（Unmanned Undersea Vehicle，UUV）是一種新生事物，主要是由母體（艦船）攜帶至探測區域，根據軟件設定的程序工作。通過自主航行收集或測量數據并傳回母體，也可以暫時儲存數據等返航后再下載數據。UUV無人水下航行器可根據需要裝載多種傳感器和側掃聲納等探測設備，擅長在深海較短距離內定點查找及分辨目標。

2）海道測量外界影響因素。影響海道測量的主要因素有海道所處位置的地貌、水文和氣象條件。海道測量不同于陸上測量，海上測量的對象是海洋，由于水體自身特性，增加了海測難度。海底地貌有不可視性，必須加密測量，這大大增加時間和經費。海上測量是動態的，必須用不同的儀器同步觀測四維坐標。又由于受潮汐、海流和溫度等影響，觀測精度無法達到陸地測量的精度水平。因此，海上測量測繪周期短、成果更新快、資料實效性要求強，使得海上測量在儀器、方法上有更高、更嚴格的要求。測深儀對海水鹽度和溫度等的變化很敏感，直接影響測量精度。選擇有利的測量時間，海上測量極易受天氣的影響，要及時跟蹤氣象動態，避免數據質量降低，特別是當測量船處于泡旋、順流、回流、翻水花的海況時。

3.海道測量的測深線

海道測量時，測量船舶是按照既定的航線前進進而測量水深，該航線就是測深線。測深線確定的依據是海道測量標準。測深線方向和測深線間隔是測深線2大要素。

首先確定測深線的走向。一般根據工程性質進行選擇，比如航道測量可以依據航道軸線方向為測深線方向布設；若以海底形狀為目的的測量可以依據等深線方向布設；若是測礙航物則可以順潮流的方向。測深線布設完還應該設置檢查線，檢查線一般垂直測深線方向即可。其次確定測深線的間距。在海道測量標準要求全覆蓋的前提下，測深線的間距取決于多波束的覆蓋寬度。另外根據海底性質和測量需求確定兩條測深線之間的重疊度確立測深線的間隔距離。

4.海道測量的準備工作

1）收集資料與勘探測區。測量設計必須先收集資料，主要收集測區控制成果、水文氣象和已有海圖資料等。主要是弄清楚水流、風影響，來往船只干擾、障礙物分布等。這些工作是觀測布置和觀測進行的主要依據，直接關系采用方法是否合理，測量結果是否與實際情況吻合。

2）校正傳感器。對于固定安裝在測量船上的測定與校準的周期一般為一年，對于非固定安裝的一般每個工地施測前后應進行測定與校準。具體各傳感器安裝測試要根據系統隨機技術手冊進行。

3）潮汐改正及試驗。海道測量是基于深度基準面到海底的水深，而實際測量時受海洋潮汐影響，測得數據是當時實際水深，應對當時潮汐進行改正，把測深數據換算成深度基準面為基準的水深數據。海道測量前還要進行海上試驗。

5.海道測量的施工程序

1）編制計劃，配置人員。假如施測前不做周密的工作計劃，必然雜亂無序，將會出現重測、漏測、錯測等現象，勢必造成工期延誤、數據失真等后果。制定一個周密、可行的測量計劃可以保證航道測量工作快速開展，各部門配合密切，使完成的任務保質保量。制定計劃要依靠群眾、深入調查、收集資料、充分討論。通過科學分工、互相配合、做到方便于工作，利于資料完整；2）聲速剖面和吃水測量。聲速剖面在使用前、后都需要測定一次。當發現聲速剖面有明顯變化時，則需要增加次數測定聲速。多波束換能器的靜態吃水是否精確，直接關系水位改正，最終影響測量水深值的可靠性；3）海況監測。海況的惡劣必定產生噪音，噪音必將影響聲速剖面，從而影響測量數據質量。大風浪時不但產生很大噪音，而且使船舶發生劇烈搖晃，從而使得回波摻雜很多噪音或者接收不到，這時候應停止測量作業。當測區流速大于3m/s時，采集數據應逆流航行。為了保證采集數據的質量，測區范圍里最好清爽，沒有船只過往，若有不要在船只的后面測量。測量時最好是平靜海面，泡沫、回轉流、翻水花都會影響數據質量；4）監視采集數據過程。第一保證作業資料齊全，使用的軟件為業務主管部門批準的軟件，不同類型的接收機的記錄數據可以轉換成同一格式；第二認真檢查設備，查看設備工作是否正常，正確定義測量船坐標系，查看設置的參數是否正確，以及正確導入設備安裝偏移量；第三保證導入文件正確。工作中要保證系統各相關設備工作正常，嚴格監視各窗口數據質量。對于數據不足、觀測時間不夠或數據質量低于規范要求的要及時重測，對于未測或漏測部分要及時補測。整個測量過程必須按規范要求填寫外業觀測記錄簿及其他記錄，包括自然環境因素的變化情況。整個測量過程中必須嚴格按照布設的測線行駛，不可用大舵角做大幅度轉向；5）內業數據處理。海道測量結果存在系統誤差和隨機誤差。采集測深數據時存在各種各樣的干擾以及噪聲影響，產生多種測深誤差，使得測深數據的可靠性、準確性大大降低。盡可能減小或消除測深誤差，有利于提高測深精度。處理數據編輯時要客觀，對待采集的數據實事求是，避免主觀想當然。水深異常的數據要謹慎對待，有條件或有必要時應補測、重測，并對其處理結果必須記錄，利于查證。

6.工作總結

所有工作完成后必須有一個總結，既是對本次任務的再次確認，也是為下次測量提供章法。首先查看實施方案是否符合規范和技術設計要求，各項技術指標是否達到要求，處理的項目是否齊全，起算數據是否正確，數據處理軟件是否符合要求；其次檢查聯測方法、完成的各級點數與補測、重測情況，數據分析，誤差來源分析以及存在問題的說明，最終形成成果評定和使用建議。

工作總結實際是為了提高航道測量精度，盡可能消除或縮小測量方法、測量儀器及安裝帶來的誤差影響。海道測量步驟的設計是保證測量數據的可靠性，是一個監測和管理的過程。特別是測量數據的處理，直接影響后期施工或海圖制作等。