水下地形測量技術方法應用分析

張吉毫++孟震

【摘 要】隨著科技的進步與時代的發展，我國的水下地形測量技術已經被廣泛應用到各個行業的各個領域當中。不管是城市的防洪還是河道的整治、港口的建設與海底的探礦都需要對水下的地形進行合理的勘測并進行準確定位。由于水域具有面積范圍廣、儲量大、及區域連通強等特點，因此，在對海洋、湖泊、河流進行測量時所需克服的種種困難非常之多，同時，采用的測量方法不僅繁雜，而且所得到的測量數據精度要求越來越高，這就需要我們加大對地下地形測量技術方法的研究。文章通過對水下地形測量技術的闡述，分析了其技術的應用，希望對我國水下地形測量的發展有所幫助。

【關鍵詞】水下地形測量；技術方法；應用

一、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。

二、水下地形測量技術方法

（一）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。

（二）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。

（三）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。

三、水下地形測量技術的應用

（一）RTK技術在水下地形測量中的應用

1.根據實際情況布設制定控制網的位置，RTK技術通過差分技術分析實施測量，此時在數據傳輸系統的作用范圍內達到相當的準確度與精度，通常情況下此技術并不需要鋪設較多已知點。例如在2平方公里范圍內三個控制點就能達到預期標準，某一點作基準站的架設位置、其余兩點進行轉化參數的求算，通過校核就能復核相互關系是否準確，此外三個控制點如若分布在測量區域的周邊位置就可用于求解其參數。控制點的架設位置的選擇應該盡量集中在測量能達到的區域內，保障轉換參數的順利測繪。

2.進行水下地形的全過程測量，此過程需要接收機、數據傳輸機和探測儀的組合使用：

第一，確認準基站的位置，在考慮布設環境的基礎上，考慮GPS的傳輸信號經過傳輸是否能達到接收機所在的位置、數據傳輸機作用時被影響的環境因素，發射臺盡量布設至一定高度；

第二，采用RTK技術測量時，GPS測量得到了相關坐標數據，就能對相關坐標系進行轉換，得到轉換參數，當基準站開始工作后，相關連接儀器的測量工作也會隨之開始，將已知點的坐標數據進行輸入得到轉換參數；

第三，在水域環境中導航儀器輔助GPS的測量工作，由于水面上不存在參照物，只能根據事先準備的工作線進行操作，采用RTK技術在測量區域內設置相關功能；

第四，RTK技術的后續工作就是測探儀將傳輸得到的數據進行運算處理，這些實時監測的水深經過運算就可以得出相應位置的高程。成圖軟件就可以集中這些位點的高程數據，進而編輯出水下地形圖。

（二）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。

四、結束語

綜上所述，對水底地形進行測繪，并繪制出相應的水下地形地貌圖，對于我國水上運輸、設計航行路線、水底資源探索開采及養殖而言，有著重大的實施意義及廣闊的經濟前進。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：

[1]羅忠.GPSRTK技術在地形測量中的應用分析[J].科技創新與應用，2017，07：294.

[2]鐘會華.水下地形測量中的GPS誤差分析及控制策略[J].珠江水運，2017，03：74-75.

[3]秦昌杰，謝敏真.CORSRTK無驗潮水下地形測量技術在上海潮灘測量中的應用[J].上海國土資源，2017，01：96-99.endprint