數字化測繪技術在水下地形測量中的應用研究

萬飛

摘 要：近年來，數字化測繪技術廣泛應用于水下地形測量工作中，尤其是無人測量船結合CORS網的應用克服了傳統水下地形數字測繪技術的缺點。本文以引江濟淮工程菜子湖段水下地形測繪工程為例，針對航道水深測量環境效應的特點，提出了一些提高測量精度的方案和建議。

關鍵詞：數字化測繪;CORS網;水下地形;無人船

隨著空間技術的快速發展，水下測量技術也發生了根本性變化。在水下地形測量過程中，每個水域的實際情況都各有不同，例如在溝壑、池塘分布較密集區域的水下地形測量，如果繼續采用傳統測量方法會導致精度、效率達不到理想的要求，這就需要我們測繪人員結合水域的實際情況選取適合的測量方法，以提高施測精度和效率。近幾年，基于CORS網的GNSS RTK技術迅速的發展及無人船的普及，促進了水下地形數字化測繪技術的革新。

1 數字化水下地形測量技術介紹

1.1 數字化水下地形測量的概念

數字化水下地形測量技術是憑借先進的科學測繪方法和技術，集計算機軟件技術、數字化測探技術以及GNSS定位系統于一體，對水下地形進行測量和繪制的一種新技術。其具有高自動化、高精度化、高效率化、以及適應性強等特點[1]。因此，被我國廣泛應用于水路航線的開發與規劃、水下資源的開采與勘探以及水路運輸的發展等。

1.2 數字化水下地形測量技術的工作原理

數字化水下地形測量技術在實際應用的過程中，以水域測量為基礎，對水底控制點進行測繪，同時采用差分GNSS技術，并聯合各種測量水深儀器對水下地形進行測量和定位，然后通過繪圖自動系統、計算機自動系統以及電子記錄手薄進行系統性整理和測繪，從而形成一個具有繪圖功能和自動測量水下地形地貌的數字化測量系統[2]。

換能器發射超聲波，根據超聲波在不同水溫對應的傳遞速度v，超聲波發射到A點再返回換能器所用時間t，則s=vt/2，那么A點水深H=a+vt/2，由GNSS天線位置高程h0，可以換算出A點高程z=h0-h-H。

1.3 數字化水下地形測量技術的拓展

傳統水深測量，利用單波速換能器和GPS綁定在漁船上進行，近年來隨著內河、湖泊的禁漁，船只越來越難找，有些測區即使能找到船，但存在水下地形復雜，池塘、淺灘較多，普通民用船只無法或者無法及時到達測區的情況。智能測量無人船解決了內河、水庫、池塘水深難測的問題。它可以按照既定路線借助衛星定位自動行駛的船，遠程即可進行操控，可搭載多種測量傳感器替人完成各項任務。小巧的船體能貼岸作業，大幅提高監測效率和準確度，減少監測人員水上作業的危險;重量輕，攜帶方便。

2 數字化水下地形測量技術的應用

2.1 項目基本情況

引江濟淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區補水，是一項以城鄉供水和發展江淮航運為主，結合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態環境等綜合利用的大型跨流域調水工程，是集供水、航運、生態等效益的一項水資源綜合利用工程。本次安徽省引江濟淮工程菜子湖湖區航道整治工程施工圖測量全長27.1km，是為滿足該項目施工圖設計及預算編制需要，于2019年12月20日完成了對該航道規劃中線兩側各400m范圍內的水域進行水下地形測量。根據規范要求測圖比例尺為1：1000，水下地形點點位中誤差±0.3m，采用2000中國坐標系，高程中誤差±0.05m，1985國家高程基準，由于測區起點、終點附近魚塘，溝壑，淺水區較密集，宜采用智能測量無人船施測。測區中段為湖區，障礙物較少宜采用民用船只+南方SDE-280測深儀施測。由于該項目是施工圖測量，水下地形成果精度要求高，沿航道中線每30米間距布設一條垂直于航道方向的橫斷面，全線布設900多條斷面，沿設計斷面采集水下地形數據，按水運工程測量規范要求，采集間距為2米。

2.2 基于CORS的GNSS-RTK技術應用

傳統水下地形測量，平面定點位需要在測區附近岸上先架設GNSS基準站，再配置GNSS流動站，基本都是結合潮位改正模型來獲得測船處水位，然后再減掉水深探測儀獲得的水深，從而得到水底高程。但這種測量方法存在缺點，測得的水底高程精度容易受水位變化影響，需要定期的測量水位，這樣即增加了工作量，又增加了測量出來的水深存在瞬時誤差概率，并且這個瞬時誤差在最終的數據中也無法得到消除。解決上述問題的有效方法是實施無驗潮水深測量（也就是基于CORS網的動態實時實點潮位測量+水深測量）。它具有高效、快速、自動化、精準以及全天候使用等特點。CORS系統能實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供GNSS觀測值（載波相位，偽距），各種改正數、狀態信息，以及靈活多樣的定位服務，且很好的解決了長距離、大規模的從米級到毫米級別精度需求的GNSS定位問題。

在引江濟淮工程菜子湖湖區航道整治工程施工圖測量過程中，主要運用CORS技術代替傳統自己架設基準站的工作模式，使水位觀測與導航定位得到有效結合，消除測深時水位變化對測量精度的影響，縮短本項目外業測量工作周期，節省了人力物力。

2.3 測深技術及數據處理

在現階段的水下地形測繪工作，已經實現了自動化系統的操作，全過程都可以通過自動化技術來完成。引江濟淮工程菜子湖測區地勢平坦，90%的測區在0.4-4米之間，水深較淺區域宜用單頻測深儀來進行水深測量，這種測深儀由兩部分組成，分別為換能器和水深數字化輸出接口裝置。在進行水下地形測量工作時，設備安裝好后，首先，啟動對應測深儀導航軟件，對記錄定位參數和水深參數進行設置;將DGPS、測深儀輸出接口以及定位輸出接口連接在計算機通訊上;再將測量船引導到需要測量的位置，然后根據技術要求對需要測量的水域進行測深和定位，同時結合軟件的偏航數據，對測船的方向進行修正，保證測船能沿著斷面方向進行航行，從而實現測深數據的同步化采集。

數字化水下地形測量外業數據采集后，然后通過計算機程序將獲得的數據進行整理加工，可以快速的繪制出圖形，簡便了工作程序，減少了操作過程中人為操作的失誤，有效的提高了工作效率。

3 結語

CORS網及無人船在數字化測繪技術中的應用，在精密定位和水深測量方面更加精準，彌補了傳統測深技術的缺點，使水下地形測量變得更加智能化、高效化以及科學化，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]蒲煥堯.淺析水下地形測量中數字化測繪技術應用[J].建材與裝飾，2019（17）：121-122.

[2]李穎.數字化成圖在水下地形測量中的應用[J].科技資訊，2017（24）：222-223.