水下地形測量技術方法應用分析

李學恒

摘 要：本文基于水下地形測量技術進行分析，先介紹了幾種常見的水下地形測量技術，包括人工水深測量技術、單波束聲吶測深技術、多波束聲吶測深技術、GPS定位測量技術，然后探討了無驗潮水下地形測量和無人測量船測深的具體應用，以期為水下地形測量工作提供有益參考。

關鍵詞：水下地形測量；GPS-RTK技術；方法選用；技術分析

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A

水下地形測量和陸地地形測量較為相似，在水域開發的初始階段都需要做好測圖工作，但和陸地測量不同，海洋、河流、湖泊所要測量的是水下地形圖。水下地形圖有著廣泛的應用，在遠洋貨運、港灣籌建、海域邊界劃分、都有著重要作用。也是監控大陸板塊運動等任務不可或缺的基礎資料之一。筆者基于水下地形測量技術進行分析，介紹最主要的幾種測量方法，總結相關內容，提供給相關人士，供以借鑒。

1.水下地形測量概念

所謂水下地形測量，是在水下運用一定的測量儀器對地形進行的測量，一般是通過確定三維坐標來實現測量。主要是水深測量，這是沿測深線方向，按一定間隔測取待測深度點（稱測深點）的深度，即測定水底點至水面的高度的測量工作，是水下地形測量的一個中心環節；在水深測量工作中，還要精確地測定深度點的平面位置，這項工作簡稱為定位；水深測量需與陸地上平面位置與高程聯系起來才具有水下地形測繪等實用價值，測深與高程系統的聯系，一般通過水位觀測的措施。

2.水下地形測量技術方法

2.1 水深測量

根據使用的測量工具，測深方法主要有：人工測量、單波束聲吶測深儀測量、多波束聲吶測深系統測量等。

（1）人工測量主要利用測深錘、測深桿對水深進行測量。其中測深錘只適用于水深較小、流速不大的淺水區，且精度差、工作效率低，現已很少使用。這是較為傳統的檢測方法，在現階段主要應用在淺灘水深少于100cm的地區，因為這些地區水深過淺，聲吶難以準確地反映出水下地形特征。

（2）單波束測深聲吶（也稱回聲測深儀）是目前用途最廣，國內外進行水深測量的最基本的儀器。聲吶是仿生學的重大突破，其特點是能夠發出特定頻率的音頻聲波，聲波在和物體接觸的時候，會根據接觸面材質的不同發生不同程度的回彈，而測探儀能夠接收到回彈的聲波，根據回彈的速度和聲波在水域的速度綜合分析研究，以確定儀器和前方物體之間的距離。若要求水面至水底的深度時，則應將測得的水深加上換能器的吃水，可得水面至水底的深度。

2.2 導航定位

水下地形測量時，測量船須沿著預先設計的測線行駛，并且按照規定的時間或距離獲取水深值和該水深值的平面位置。在20世紀90年代以前，有多種定位方法用于水下地形測量，如交會法、極坐標法、微波測距系統和無線電定位系統等。目前，GPS幾乎完全取代了這些傳統的定位方法，成為水下地形測量工作中最主要的定位手段，傳統方法在實際工作中已經極少使用了。特別是離岸較近的情況下使用GPS實時動態（簡稱RTK）測量方式使定位更加簡便快捷。實時動態測量的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在流動站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示流動站的三維坐標及其精度。

2.3 水位觀測

水深測量需與陸地上平面位置與高程聯系起來才具有水下地形測繪等實用價值。測深與高程系統的聯系，一般通過水位觀測的措施。簡單的水位觀測站為立在岸邊水中的標尺，標尺零點高程通過與水準點聯測求得。水深測量期間，按一定時間間隔對標尺進行讀數，并繪制成水位-時間曲線，由此曲線即可得到測深時水面的瞬間高程，從而根據水深就可得到水底的高程。在落差較大的地區，應設置多個水位觀測站，并利用其測值按距離或高差進行歸算改正。

3.水下地形測量技術應用

3.1 無驗潮（水位觀測）水下地形測量

水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作（RTK方式）。基本原理是將GPS流動站的天線與測深儀的換能器安置在同一平面位置，作業時流動站根據基準站通過電臺發送的改正數實時改正自身的測量值，獲得點位的厘米級精度的平面坐標和高程坐標，同時數字測深儀獲取該平面位置處的水深數據，根據觀測的水面高程計算出該平面位置處水下點的高程坐標，與RTK獲得的平面坐標一起組成水下點的三維坐標。然后將數據導入數字成圖軟件就可以編輯生成需要的水下地形圖。RTK無驗潮測深能消除波浪和潮位（水位）變化的影響，是一種理想的水上測量方法。

3.2 無人測量船測量水下地形

科技的發展使得測量行業也有了巨大變革，無人船也被投入到了現階段的水域測量工作，能夠將水下測量的設備裝載到無人船上，通過精確的聲吶、全球定位系統等遙感設備，結合新興的遠程控制軟件設備，實現操作技術人員在岸上就能夠時時的監控無人船只情況，并就無人測量船回傳的測量數據進行分析研究。但在離岸較遠或風浪較大的水域無法應用。

結語

綜上所述，隨著我國經濟水平的不斷提高，水下地形測量的需求不斷增加。水下地形測量的手段有很多種，其優點和缺點并存。因此，相關人員應當依據工程的具體情況而選擇恰當的測量方法，除了對測量時的環境因素和精度進行全面考慮之外，還應當不斷的創新，采取科學的手段來彌補測量手段的不足之處，從而在未來的道路上可以使水上測量事業的不斷進步。

參考文獻

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