水下地形測量中存在的問題及對策研究

蔣寶平

（安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011）

在開展水下地形測量工作時，要測定水域下點的平面位置和高程，以此為條件構建DEM模型。水下地形測量工作所獲得的成果在水利工程建設和河道沖淤分析中都能發揮關鍵作用，水下地形測量工作要獲取平面位置，也要采集水深。此時需要用到多波束測量系統和單波束測量系統，該類儀器的測量精度受到換能器吃水量的影響，此外還會受到水下聲速改正工作的影響。

1 水下地形測量中存在的問題

1.1 最終繪制完成的圖紙存在較大誤差

水下地形測量需要完成繪圖和計算工作，由于測量條件不佳，水下地形測量所面臨的困難比較多，最終繪制完成的圖紙存在較大誤差。繪制任何形式的圖紙都會存在誤差，這是不可避免的。通常情況下，水下地形測量有一定時間要求，測量數據的時效性需保證在一定時間內有效。當超出了日期范圍，就需要重新測量。這是因為經過一段時間之后，水下的地形就會發生變化。測量水下地形的工作效率要盡可能高，保證縮短測繪時間。開展定位工作時，要注意將測繪圖紙的誤差控制在1.5 mm范圍內，如果是平坦的地質，要保證將測繪圖紙的誤差控制在2 mm范圍內。使用不同的比例尺，控制定位精度，得到的測量結果要包含海底深度、水流流速、測區的范圍。在定制不同的測量方案時，要密切結合現有的儀器設備和人員技術儲備情況。在測量完成之后，還需要比對、分析測量結果，最后得出較為精確的數據。

1.2 斷面索測量法效益過低

將斷面索法應用于水下地形測量工作，能夠得到精度較高的數據。在測量時要標記預先設置完備的橫跨河道兩岸的懸空斷面索。并使用經緯儀測量這些標記。從而確定各點位置。在測量水深時，也可以使用該方法，而且測量的步驟也基本相同。使用經緯儀進行測量的優勢是測量結果不會受到水流流動的影響，而且定位的精確度也非常高。但是其中存在的問題是測量效益過低。在完成懸空斷面索上的標記任務時，就需要耗費大量的人力物力，也要消耗大量的資金。正是因為如此，該方法的使用范圍有一定局限性，在水流湍急的地方，該方法比較適用。而在平原河道上或者是沿海水域中，就不會使用這種測量方法[1]。

1.3 GPS實時相位分差技術的信號時強時弱

GPS實時相位分差就是RTK技術，該方法的測量依據是載波相法觀測，該測量系統由測量技術和數據傳輸系統共同組成。在已知點上固定一臺接收機作為基準站，在運動載體上安置其他的接收機作為流動站，而流動站也能用來觀測衛星。在基準站上存有所有系統接收到的衛星信息，通過通信系統將這些信息傳輸到流動站。流動站在接收衛星數據的同時，也會接收到從基準站傳來的衛星數據。流動站完成初始化，會將接收到的信息傳遞至控制器。控制器會使用計算機計算出點位的位置，還能顯示計算的結果。在整個測量過程中，GPS流動站都要保持RTK固定解。正是因為如此，流動站和參考站可以實現對相同衛星的跟蹤，而且能達到四星以上。當存在遮擋物干擾其他信號的接收時，要提高GPS的對中桿，同時也要調高參考站的電臺發射功率，達到增強信號的目的。

2 提高水下地形測量技術應用效益的對策

2.1 聲速測量精度提升

要想提高水下地形測量的進度就要強化聲速測定的精度，而影響水深測量精度的因素主要是測量的水中傳播速度，速度與水體的溫度、水體的含鹽量、壓力、深度都有關系。而聲波的頻率、功率不會影響測量的精度。但是在計算聲速時使用的計算方式會在一定程度上影響測量深度，而導致測量結果存在誤差，如果使用的測深方法是單波束，就需要在作業現場利用已知水深比改正實測的聲速值。如果使用的是多波束測深方法，就要在現場的實測聲速剖面采用聲線跟蹤的方式，精確歸位波束。在情況特殊時，也可以采用聲速后處理改正的方式。所以要想避免出現誤差，在測量深度時使用聲速值時，就要做好深水區和淺水區的對比工作。

2.2 在測量水深時注意糾正動態吃水量

在開展換能器吃水動態測量工作時，要注意該項工作的本質就是測量作業船因航行所產生的船體吃水變化情況。要保證該項測量工作在靜態環境下完成。這里所說的變化就是船舶的下沉量，也被叫作動吃水。該參數會受到多種因素的影響，包括船只負載、船型、航速、船向等。船體從靜止轉向快速運動狀態時，在航行推水的作用下，船首會使水面局部升高。而船尾也會在推進器的排水作用下出現水面局部升高的情況。此時船體首尾就會形成高壓區，而船體的兩側會形成低壓區。形成局面是首尾水面高、水流速度低，水流的速度也會變大。在船型的影響作用下，船體首尾的水位就會上升，導致排水量減少，此時就要積極適應水位的分布變化，在船體上增加一個整體下沉量，保證船首位置的下沉量大于船首尾部的下沉量，此時測深系統換能器就會下沉。一般情況下船體的下沉量大約為幾厘米到幾十厘米。而如果是在潛水航道中，這一數值會更高。所以在潛水航道中，要特別注意糾正水深測量動態吃水量[2]。

2.2.1 直接量測法

糾正動態吃水量的方法有直接測量法，將標尺安裝在作業傳的船舷側。在船舶漂浮時，直接測取吃水讀數，在船舶保持一定行駛速度時也要測量吃水數。計算出這兩者的數值差，得到的便是船舶的下沉量。在開展測量工作之前，要選擇一塊海底平坦開闊的海域，水深約為船體吃水深度的七倍。如此一來，在測量時，就可以按照多種速度和多種航向進行。如果是在少于7倍船體吃水量的海域，在測量時，就應該增加淺水海區的比對工作。

2.2.2 固定值法

在測量水下深度時，使用GPS定位儀和換能器，二者的相位中心是豎直關系，而且二者的投影也是相互重合的，GPS定位儀和換能器在安裝之后，位置是固定的。所以說，換能器的吃水深度和GPS定位儀天線的高這二者之間存在著簡單的數學關系，換能器底部到天線相位中心的高度是一個固定值。在作業的過程中，作業傳播產生的吃水變化量會直接影響換能器的吃水變化情況，而且是正相關同步影響作用，對于天線高變化的影響是負相關同步。在測量GPS定位儀天線高和換能器吃水情況時，應保證二者的邏輯關系清晰，進而保證測量深度的精確度。

2.3 在RTK測量中應用似大地水準面精化模型

在開展水下地形測量工作時，測量水底地形點的高程要使用RTK進行高程定位和測深，并進行二者之間的計算。由此可見水下地形測量進度會受到RTK測量精度的影響。2001年，我國完成了對似大地水準面精化模型的建立，該模型覆蓋近海海域和專屬經濟區，包含我國全部國土。而且各個省也建立地方性局部高精度似大地水準面精化模型。所以要想提高RTK測量高程的進度，就要保證充分檢驗數據，并將似大地水準面精化模型應用在RTK測量工作中。

3 結語

綜上所述，本文研究水下地形測量中存在的問題，并探究應對策略。水下地形測量精度會受到船舶動態吃水量改正、聲速測算改正的影響。在測量工作中應用RTK技術在進行水面作業時也會受到多路徑效應和衛星觀測質量的影響。為此要提升測深儀的測量精度，也要優化RTK高程測量精度。盡可能削弱不利因素所產生的效應，切實提高水下地形測量精度。