水下地形測量中數(shù)字化測繪技術(shù)的實踐應(yīng)用

侯先棟

江蘇誠泰測繪科技有限公司 江蘇 泰州 225300

1 數(shù)字化測繪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀概述

數(shù)字化水下地形測量技術(shù)的內(nèi)涵，即是指依據(jù)先進的數(shù)字化測量測繪技術(shù)，對水下地形地貌進行勘測，結(jié)合相應(yīng)的GPS定位、CORS數(shù)字化測繪技術(shù)以及計算機軟件通信技術(shù)等，對復(fù)雜的水下地形地貌進行數(shù)據(jù)測量，并通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸接口，將收集數(shù)據(jù)傳送到測繪工作人員的數(shù)據(jù)處理中心，繪制相應(yīng)的水下地形地貌圖，為實際的工程項目施工提供線路以及施工流程上的指導(dǎo)。

從實際出發(fā)，目前我國數(shù)字化測繪技術(shù)在多個領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍較廣，在目前我國現(xiàn)階段的經(jīng)濟發(fā)展背景下，水下的數(shù)字化測繪是資源開發(fā)工程項目的重要組成，通過水下測量能夠為相應(yīng)的水下項目工程提供數(shù)據(jù)支撐，尤其是通過數(shù)字化測繪技術(shù)的水下測量，能夠探索出很多自然資源并進行開發(fā)，從而推動我國經(jīng)濟的發(fā)展[1]。從實際出發(fā)，在部分水域面積廣、深度大的水域當(dāng)中，進行測量工作的工作量大，難度較大，且由于這些水域環(huán)境的復(fù)雜性，往往會導(dǎo)致在水下測量的過程中，存在著一定的誤區(qū)和偏差，而應(yīng)用數(shù)字化測繪技術(shù)，目前已經(jīng)成為水下地形測量中的重要趨勢，通過數(shù)字化測量技術(shù)進行水下地形環(huán)境的數(shù)據(jù)收集，其準(zhǔn)確性較高且工作量小，與實際的水下地形環(huán)境相差較小。但總體來看，數(shù)字化測繪技術(shù)在應(yīng)用于水下地形測量的實踐中，依舊存在著一定的不足，其環(huán)境復(fù)雜性、潮水位的變化以及數(shù)據(jù)處理上的問題，依舊是數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測繪應(yīng)用中的重要問題，因此，為了推動我國數(shù)字化測繪技術(shù)在水下測繪實踐工作中的應(yīng)用更加完善，需要更好地克服水下測量過程中所存在的環(huán)境復(fù)雜多樣、水位變化以及數(shù)據(jù)處理不完善等問題，從而使數(shù)字化測繪技術(shù)能夠在水下工程施工項目的測繪工作中發(fā)揮更大的作用。

2 數(shù)字化測繪技術(shù)在水下測量應(yīng)用中存在的問題

2.1 環(huán)境復(fù)雜多樣，測繪工作難度大

在實際的數(shù)字化測繪技術(shù)的水下測量實踐中，環(huán)境復(fù)雜多樣，會導(dǎo)致水下測量工作難度加大，這是目前數(shù)字化測繪技術(shù)應(yīng)用于水下測量工作中必須面對的問題。從實際出發(fā)，在相應(yīng)的溝壑、池塘等分布較為密集的水域，如果采用傳統(tǒng)方法進行測繪，往往會導(dǎo)致相應(yīng)的測繪收集數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，而數(shù)字化測繪技術(shù)在面對水下復(fù)雜地形時，相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，往往表現(xiàn)較好，但在實際的應(yīng)用過程中，需要對水體的控制點進行科學(xué)合理的分布，在科學(xué)化布點的基礎(chǔ)上，才能夠?qū)ζ渌碌匦芜M行準(zhǔn)確的測量和定位，而分布點如何選擇，便是整個數(shù)字化測繪技術(shù)進行水下測量的關(guān)鍵所在[2]。從實際出發(fā)，在實際的應(yīng)用數(shù)字化測繪技術(shù)進行水下探測的過程中，其控制點的位置往往沒有優(yōu)化，在對控制點的選擇上缺乏相應(yīng)的科學(xué)性，導(dǎo)致通過數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測量的過程中，其測量結(jié)果較差，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也不足，整個水下地形的繪制出現(xiàn)變形等問題。

例如：在傳統(tǒng)的水下地形地貌的勘測過程中，如何對水下地形地貌深度進行勘測，是工程項目勘測過程中的關(guān)鍵方面，而在實際的水下地形勘測工作過程中，往往其水下地形地貌復(fù)雜多樣，多種溝壑交織、潮汐、重力異常等問題依舊存在，使得通過單純的測深儀在進行水下地形地貌測量之后，需要根據(jù)相應(yīng)的軟件進行數(shù)據(jù)矯正，結(jié)合測量船只航行方向和位置來進行偏航數(shù)據(jù)的修改，方可使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，加大了測繪工作的工作難度，尤其是在測繪船只受到水流流速、方向等因素的影響后，會導(dǎo)致測繪船只偏離航線，使得對水下地形地貌的測深數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，需要進行數(shù)據(jù)矯正，加大了工作難度。

2.2 潮水位的變化，影響水下地形的測繪

從實際出發(fā)，通過數(shù)字化測繪技術(shù)進行水下地形測量的過程中，往往需要根據(jù)潮水位改正模型，進而進行相應(yīng)的水下地形測繪數(shù)據(jù)的收集，要根據(jù)潮水位分析其水下地形測繪控制點的分布，然后再進行相應(yīng)的優(yōu)化和分析，取得相應(yīng)的控制點，但是潮起潮落的水位變化不同，而潮水位的觀測又受到相應(yīng)的海洋環(huán)境的影響，往往潮起潮落的位置難以確定，使得測量出來的水深位置，往往會出現(xiàn)一定的誤差，尤其是當(dāng)在水下地形測繪工作持續(xù)一段時間后，不同時間的水位瞬時變化有著一定的誤差，這也是在整個水下地形測繪過程中所不可避免的問題。就數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測繪中的實際而言，需要對其控制點進行確定，同時測量相應(yīng)的高程，隨后通過技術(shù)手段獲取和收集數(shù)據(jù)，但一旦潮水位發(fā)生變化之后，會使得數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測量的過程中，出現(xiàn)一定的偏差。

2.3 數(shù)據(jù)處理不完善，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

在數(shù)字化測繪技術(shù)進行水下測量的實際中，數(shù)據(jù)處理不完善，也會一定程度上影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過數(shù)字化技術(shù)進行相應(yīng)的水下測量工作，往往需要采用GPS定位技術(shù)，所謂GPS定位技術(shù)是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的支撐下，對探測者所處位置進行相應(yīng)的定位，通過目前的GPS技術(shù)，在水下測繪的過程中，能夠為其提供較大的幫助，使其能夠確定其監(jiān)測對象的具體位置[3]。但在實際的應(yīng)用過程中，往往由于GPS存在一定的誤差，會使得應(yīng)用數(shù)字化測繪技術(shù)進行水下測量存在一定的誤差，尤其是在數(shù)據(jù)收集處理過后，由于GPS存在的誤差在后期的處理過程中，其誤差影響會加大，使得水下地形測繪成品出現(xiàn)一定的不足。同時在水下地形測繪的過程中，通過數(shù)字化測繪技術(shù)，往往需要對相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)收集和對內(nèi)部圖形圖像的處理，在實際的應(yīng)用中，其比例尺的不同也會一定程度上影響收集數(shù)據(jù)和現(xiàn)實之間存在誤差。

3 數(shù)字化測繪技術(shù)在水下測量應(yīng)用中的應(yīng)用策略

3.1 科學(xué)化控制分布點，采用智能化測量無人船

對于應(yīng)用數(shù)字化測繪技術(shù)在水下測量的實踐中，需要科學(xué)地控制其分布點，使數(shù)字化測繪工作的能夠更加科學(xué)，尤其是當(dāng)面對復(fù)雜多樣的水下地形環(huán)境時，需要對數(shù)字化測繪點進行相應(yīng)的科學(xué)分布，確保能夠通過優(yōu)化觀測點的分布，使得在水下地形測繪的過程中，其測量結(jié)果能夠更加科學(xué)，避免陰影、溝壑等自然環(huán)境所帶來的影響。例如：從實際出發(fā)，當(dāng)水下出現(xiàn)溝壑等地形時，其水下測量工作應(yīng)該從溝壑的兩端展開，對溝壑的深度、形狀、走向等進行數(shù)據(jù)收集，保障水下測量地形的準(zhǔn)確性。

此外，在傳統(tǒng)的水下地形地貌測繪工作中，往往采用單波速換能器和GPS綁定在漁船上進行水下地形地貌的測繪，而近些年伴隨著部分內(nèi)河湖泊的禁航，使得在湖泊、內(nèi)河中船只越來越少見，而部分民用船只即使能夠進行水下地形的測繪，往往也會由于測繪區(qū)所存在的水下地形復(fù)雜多樣等因素，出現(xiàn)船只無法到達的問題。因此，采用智能化測量無人船，能夠有效避免內(nèi)河、水庫，在測量過程中船只航行所帶來的問題，智能化測量無人船采用GPS定位導(dǎo)航技術(shù)，能夠按照既定路線進行準(zhǔn)確無誤的行駛，同時結(jié)合相應(yīng)的水下地形測繪設(shè)備，能夠最大程度完成測區(qū)的水下地形地貌測繪工作，同時智能化測量無人船其設(shè)計體積往往較小，對于測區(qū)復(fù)雜地形地貌的適用性較強，能夠大幅度的提升在測量過程中的測量精度和任務(wù)完成度，減少測繪人員在進行水下地形測量過程中船只航行所出現(xiàn)的危險。

3.2 注意處理潮水位的變化，保障水下地形測繪的準(zhǔn)確性

對于在水下地形測量過程中，所出現(xiàn)的潮水位變化，可以應(yīng)用相應(yīng)的RTK技術(shù)，在進行水下地形測量的過程中，根據(jù)潮水位的變化進行模型更正，得到相應(yīng)的測船處的水深程度，然后再減掉水深探測儀進行探測到的水深，就能夠避免潮起潮落所帶來的水位瞬時變化，從而減小潮水位變化對水下地形測繪工作的誤差影響[4]。但在實際的應(yīng)用過程中，通過RTK技術(shù)來進行傳統(tǒng)的水下地形測量，往往需要進行在測繪岸邊架設(shè)GNSS基準(zhǔn)站和流動站，在測得相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，結(jié)合潮位的變化來得到相應(yīng)的水底高程，這一測量方法的缺點是測得的數(shù)據(jù)精度容易受到水位的瞬時變化影響，同時由于水位的潮漲潮退變化，需要進行不斷的測量和檢驗，工作難度和工作量大大提升，測出來的水深數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也難以得到保障。而解決這一問題的有效方法是實施無驗潮水深測量法，即通過CORS網(wǎng)的數(shù)字化動態(tài)檢測技術(shù)來進行水下地形的探測，CORS網(wǎng)系統(tǒng)能夠向客戶提供動態(tài)的觀測數(shù)據(jù)，同時對于觀測目標(biāo)在不同時間的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)變化也能夠進行及時的傳輸，通過CORS數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用，有效提升了水下測量過程中的測量精度，減小了測量工作者的工作量。

例如：在引江濟淮工程的太子湖湖區(qū)水下地形測量過程中，主要通過CORS數(shù)字化測繪技術(shù)，來進行水下地形地貌的測繪，通過CORS數(shù)字化測繪技術(shù)避免了傳統(tǒng)水下測繪技術(shù)需要架設(shè)基準(zhǔn)站、流動站的工作任務(wù)，終端通過實時動態(tài)的水下地形數(shù)據(jù)的觀測，結(jié)合相應(yīng)的導(dǎo)航定位技術(shù)對太子湖區(qū)有限深度內(nèi)水下地形進行精準(zhǔn)數(shù)據(jù)收集，大大減小了測量過程中水位變化對測量數(shù)據(jù)的影響，節(jié)省了工程項目的施工測繪周期，節(jié)省了人力和物力。

3.3 加強數(shù)據(jù)處理工作水平，確保測量數(shù)據(jù)和現(xiàn)實之間的一致性

從實際出發(fā)，現(xiàn)階段數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用已經(jīng)較為完善，相應(yīng)的水下地形測繪工作自動化程度水平較高，通過相應(yīng)的單頻測深儀來進行水深測量，結(jié)合換能器和數(shù)字化輸出接口，對水下數(shù)據(jù)進行輸出和轉(zhuǎn)化，尤其是針對在數(shù)據(jù)處理過程中的數(shù)據(jù)接口不一致問題，可以采用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口，使得相應(yīng)的數(shù)字化測繪過程所收集數(shù)據(jù)，能夠通過相同的數(shù)據(jù)輸出類型轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的模型處理軟件當(dāng)中，再結(jié)合相應(yīng)的GPS技術(shù)，實時的將測量船引導(dǎo)到需要測量的位置，能夠使得在數(shù)據(jù)處理工作的過程中，保障數(shù)據(jù)和現(xiàn)實之間的一致性。

例如：從實際的工程項目而言，在工程項目水下地形測繪的工作過程中，通過數(shù)據(jù)化測繪技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化操作，在引江濟淮工程的建設(shè)過程中，其水下測量區(qū)域90%的地區(qū)水深在0.4～4m之間，因此，在水深程度較淺地區(qū)，其采用的水下測繪技術(shù)往往為數(shù)字化測繪技術(shù)，通過單頻測深儀來進行水下地形的勘測，單頻測深儀由換能器和水深數(shù)字化接口裝置兩部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成，通過對水下地形的測量，隨后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字化數(shù)據(jù)進行輸出，以供相應(yīng)的測量工作人員進行數(shù)據(jù)處理。實際的應(yīng)用過程中，首先需要對設(shè)備進行安裝，將設(shè)備在水下進行安裝完成之后，啟動對應(yīng)的測深儀導(dǎo)航軟件，對測量獲得的水下地形進行參數(shù)和數(shù)據(jù)的設(shè)置，將測深儀的輸出接口以及定位連接在相應(yīng)的計算機通訊上，同時結(jié)合導(dǎo)航軟件對測深儀進行合理的航線規(guī)劃，對偏航方向及時進行調(diào)整，保證測深儀能夠?qū)こ淌┕ろ椖康貐^(qū)進行有效且全面的水下地形勘測，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取。

4 結(jié)束語

綜上，伴隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用范圍正在逐漸變廣，尤其是對于多種復(fù)雜的水下地形環(huán)境，數(shù)字化測繪技術(shù)能夠更加準(zhǔn)確的進行水下地形的數(shù)據(jù)收集，為相應(yīng)的資源開采、科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持。