航道疏浚工程測量中海洋測繪通信技術的應用分析

摘要：隨著科學技術的迅猛發展，各種現代化高端技術使航道疏浚項目在施工建設中獲得全新技術的支持，尤其是海洋測繪和新型通信技術二者地有效結合，能顯著增加疏浚工程測量結果的精準度，進而為工程建設提供科學、可靠的數據支撐。該文列舉海洋測繪技術及通信設備類型，同時結合具體航道疏浚工程項目，詳細地探究海洋測繪通信技術的應用要點與措施方法，以期能從理論層面上給同行實踐工作提供一定的技術支持。

關鍵詞：航道疏浚工程""海洋測繪""通信設備""技術應用

中圖分類號：U616""文獻標識碼：AApplication"Analysis"of"Marine"Surveying"and"Charting"Communication"Technology"in"Channel"Dredging"Engineering"Surveying

XUE"Yang"""DONG"Yannan""ZHANG"Chao

（The"Fourth"Geological"Brigade"of"North"China"Geological"Exploration"Bureau，"Qinhuangdao，"Hebei"Province，"066000"China）

Abstract："With"the"rapid"development"of"science"and"technology，"various"modern"high-end"technologies"have"enabled"channel"dredging"projects"to"obtain"new"technical"support"in"construction."Especially"the"effective"combination"of"marine"surveying"and"mapping"and"new"communication"technologies"can"significantly"increase"the"accuracy"of"dredging"engineering"measurement"results，"and"then"provide"scientific"and"reliable"data"support"for"engineering"construction."This"paper"lists"thenbsp;types"of"marine"surveying"and"mapping"technology"and"communication"equipment，"and"explores"the"application"points"and"measures"of"marine"surveying"and"mapping"communication"technology"in"detail"in"combination"with"specific"channel"dredging"projects，"in"order"to"provide"a"certain"technical"support"for"the"practice"of"peers"from"the"theoretical"level.

Key"Words："Channel"dredging"engineering;"Marine"surveying"and"mapping;"Communication"equipment;"Technology"application

傳統的海洋測繪方式主要是采用單聲波的形式，將測量船作為作業平臺，借助平板儀等輔助設備達到測量目的，廣泛應用于點狀型的測量任務。缺點就是通過該測量手段較難獲得全面的數據信息，并且測量作業效率偏低。現代海洋測繪多利用微型設備的精準定位功能結合多聲波的形式來實現，完成了從點到線的升級，尤其是提高了復雜海洋地質類型、厚淤泥底質等作業區域的測量精度。

1海洋測繪技術及通信設備類型

1.1"平面定位設備

使用的平面定位設備為法國公司生產的Sagitta"02"LRK-DGPS。Sagitta（射手）接收機為航道疏浚工程現場測量中常用的一種設備類型，這種設備最大的特點是采用UHF電臺數據鏈精準、可靠傳輸海洋測繪和通信相關信息，設備自身具有較高的靈活性。在現場作業過程中，該設備的維持安穩性可以起到一定的積極作用。并且數據鏈的實際覆蓋面積相對較寬廣，實際作業范圍能夠超過40"km（5顆或者更多衛星），不會由于距離遠等客觀因素的制約而無法執行測量任務，典型OTF初始化時間能夠達到30"s；在KA同步模式之下的平面定位精度10"mm+10-6"mm（1"ppm）[1]。

1.2"潮位遙報系統

在實際工程中，大多數航道的規劃長度一般較長，而近陸地與遠陸地的水位之間存在著較大的差異，這就需要了解建設航道疏浚工程之前要掌握潮位的實際變化情況。比如某項目內涉及到的五尺溝航道近陸地和遠陸地之間的距離約為20"km，現場考察發現港口內外的水位差較大，直接增加了航道精準定位測量的操作難度。主要的影響因素有潮汐時間、潮汐差。在這樣的工況條件下開展航道測繪，如果選定的位置與時間不同，那么最后測量所得的潮位值大小也會有很大差異，故而后續工作中還需組織技術人員進行數據分類與整合等處理工作。那么，在工程測量實踐中如果能規范應用潮位遙報系統，如潮位遙報、燈塔自動遙報驗潮儀等，并輔以平面定位裝置，則可以大大地提升潮位值測量結果的精準度。

1.3多波束系統

多波束系統最大的優點是能夠同時完成數十個相鄰窄波束回聲的測探任務。將其應用在航道測繪工程中，能夠通過測量獲得多組相關測繪數據，從而構建出可以表達航道深度、航道水底形態圖等特征的數據模型，使得測量人員在船上作業就能獲取到航道的基本狀態信息與施工開挖狀況等數據。由于該系統是應用回聲能量來實現傳感測量功能的，故而在使用多波束系統之前，測量人員一定要組裝好匹配的換能器，以方便能及時轉換聲波[2]。

2工程概況

已知某北方城市航道疏浚工程長達到數千米（由7+0至44+0），航道底寬度值為215"m，測量技術人員選擇使用自航耙吸式挖泥船設備進行疏浚處理，但是該疏浚工程有面積大、覆蓋范圍寬廣、日常有大量船舶通行并且通行頻率高等特點，這無形中增加了現場測量作業工作的難度。

3海洋測量技術在航道疏浚工程中的應用

針對以上工況條件，為了減輕該港口航道疏浚施工壓力，全面提升測繪、測量的工作效率并保證結果數據的精準度，則要積極應用現代化測繪通信技術，綜合多方面因素后決定應用多波束技術、LRK技術、潮位遙測技術等[3]。

3.1"LRK測量技術

遠程雙頻實時動態載波相位差分（LRK）技術應用時要把GPS信息接收器設備穩妥的安裝在運動載體之上，并且在水平地面上單個或數個基準點上GPS信息接收機的協助下精準測量出該運動載體的三維位置，進而提供出該運動載體的高精準度運動軌跡，以較為充分地發揮出動態定位的功能作用。參照定位實時性方面提出的不同要求，又可以把差分動態定位細分成實時差、后處理差分動態定位兩大類型。前者使用時要建設出無線電DGPS數據傳輸模式，在觀察測量的同時計算出運行載體的具體位置。而后處理差分動態定位系統現場使用時不必實時傳送DGPS數據信息，而是在觀測結束后再進行聯合處理，比如GPS航空攝影測量。差分動態定位依照數據類型及應用操作方法的差異可以被分成位置、偽距、載波相位測量平滑偽距及載波相位測量差分。通過載波相位測量能夠較順利的獲得厘米級的定位精度。

雖然DGPS能夠高效、遠程化地傳輸數據信息，但影響其現實傳輸效率的因素較多，包括運動載體電臺天線的實際裝配高度、設備以及基準臺數據鏈等。其中數據鏈電臺多應用的是超短波頻率，從理論層面上講這類通信設備通常僅被局限在視距范疇，發射臺高度、接受臺的位置和視距三者之間的關系可以采用下式表示[4]。

式（1）中，表示的是視距（㎏）；、分別表示基準臺數據鏈、運動載體數據鏈電臺天線各自的裝配高度（m）。

在某種工況之下，可能會因為一系列的繞射、折射、反射或者是散射，造成其實際傳播距離明顯大于視距。

依照以上理論運算公式，為了確保信號能實現大范疇、遠程化傳輸，即使其傳輸距離抵達40.0"km之上，要加強基準臺、船臺天線高度的把關控制，確保兩者之和＞94.0"m，參照該港口周邊建（構）筑物的現實建設情況，可以把港口交管中心的VTS塔作為基準站的定位處，天線設施的現場安裝高度要＞88.0"m（由新港理論最低潮面進行計算）。結合現場實際測量所得數據，在信號傳輸距離抵達45"㎞時，船臺接收到的信號還具備27"dB的信噪比。

實際中為了能準確測量出基準臺的坐標，采用Leica"RTK"GPS系統。接收控制點之上形成的GPS差分數據，測量出基準臺的WGS84坐標，隨后再基于參數轉換過程測求出該點的具體坐標。

3.2基準臺站的自動化遙控裝置

在本航道疏浚工程內，主要采用CPS差分基準臺去對船舶進行遙感測量，一般只在白天開展測量工作，晚間無須應用GPS基準臺，故而應在晚上及時關閉開關，一方面能節約電力資源，另一方面也能顯著降低設備的損耗量。由于LRK"GPS基準臺站被安設在交管中心的VTS塔之上，因此通過傳統人工方式每日開啟、閉合電源開關具有一定的難度。鑒于以上情況，建議把電源遙控開關裝置加裝到基準臺之上，該電源遙控開關主要構成部分包括線通信模塊、解碼器、繼電器等，該裝置可以運用FGSM信號完成通信任務，利用手機短信去開啟、閉合電源。

3.3深度基準面的傳輸

現場作業測得的深度值均是測量時的瞬間水深值，即瞬時海面到海底的距離；由于瞬時海面自身會受到潮汐效應帶來的影響，即具有一定動態特性，所以工程測量中為了能獲得穩定性較高的海底地形水深值，則一定要消除掉潮汐效應產生的影響，實質上就是把海區瞬時側深值歸結到一個較穩定且已知的深度基準面。

運用如下公式計算出深度基準面[5]。

在式（2）中：、、分別是坐標處的深度基準面高程、平均海面、平均海面與深度基準面之間的差距。在同一深度基準面上是一個固定值。

結合以上計算公式能夠獲得如下信息：兩觀測點之間傳輸深度基準面其實就是平均海面的傳輸。可以采用同步改進法、水準測量聯測法、回歸分析法等了解平均海面的實際傳遞情況。該測量工程運用LRK-DCPS進行驗潮，基于同步改正法去傳遞深度基準面信號，即采用測量船作為臨時性驗潮站，清晰標定出平均海面與LRK-DGPS測量到的水面高程零點的相關性。

具體做法如下。

（1）于陸地南側驗潮站與A燈塔驗潮站開展自動化驗潮活動，于航道里程44+0位置應用LRK-DGSP連續7天進行同步式驗潮（在測量軟件內輸進GSP天線中心距離水面的高度實測值）[6]。

（2）逐一測算出在驗潮期中A燈塔驗潮站所得的平均海面與LRK-DGSP測量所得的平均海面，借此方式獲得兩者之間的差值

（3）將GPS天線中心距離水面的高度+""輸入進行測量軟件內，經過整改以后獲得的LRK-DGSP潮位就是基于新港理論最低潮面作為深度基準面對應的潮位。

3.4潮位遙報系統

該疏浚工程的最遠處與陸地之間的距離達到37.0"km，港口外段的水位和港內水位在潮汐差、潮汐時兩大方面均有差異，若只應用陸地潮位站的水位數據去整改潮汐，那么將會使最后的測量出現較大的誤差。同區段不同潮時的測定結果誤差可能會達到0.5"m。故而，需要運用有效的辦法消除掉潮汐誤差帶來的影響。在該工程內分別于南側于A燈塔處創設潮位遙報系統與LRK-DGSP測量潮位方法去處理以上問題。

1. 南側驗潮站被布置在港南疆港區域，配置應用浮子式自動驗潮儀，其水位測量精度能夠達到1.0"cm。運用VHF通信將驗潮數據傳輸到測量辦公室，設定時間間隔5"min。確定辦公室內的接收機在完整接收潮位數據以后，以Rs232串口作為載體將其傳輸到計算機系統內并完成打印。計算機系統接收數據以后會于屏幕上繪制出相應的水位曲線，并且會以文本文件格式被完整地保存至硬盤上。
2. 在A燈塔驗潮站上應用壓力感應式驗潮儀，水位測量精度是1.0"cm。工程測量數據傳輸、儲存方式同。
3. 在航道里程30+0之外應用LRK-DGSP測得的潮位。應用LRK-DGSP開展三維測量活動時的高程精度是20"mm+10-6"mm（1"ppm），其實際測量水位的精度在自動驗潮儀之下，故而針對應用自動驗潮儀的水位尚能滿足精準度要求的測區還是用驗潮儀錄入的水位進行潮汐改正操作，后續還需要進行深入研究分析[7]。
4. 挖泥船應用的潮位是運用安設于VTS錢塔的轉發器所得的。布置于VTS塔上的水位接收機接收南區水位于A燈塔水位以后，基于RS232串口將其傳送到轉發器，隨后再運用2710天線安全發射水位數據，這樣挖泥船就能夠實時接收信息。"

3.5多波束測量

3.5.1安裝測量船換能器

采用多波速測量技術時，合理安裝換能器裝置是重要一個環節，要認真分析如下幾個因素：一是穩定性，確保換能器的姿勢和校準時的姿勢完全一致化；二是安全性，確保測量船停靠碼頭環節不會損傷設備；三是易于進行施放組裝。

參照如上的安裝要求，該工程測量中研發出一條專用型測量船，船全長27.0"m，寬55.0nbsp;m，吃水18.0"m。航行主機功率達到180.0"kW，發電機功率25.0"kW，用在測量設備及生活供電方面。在測量船駕駛臺前方甲板局部預留豎井以組裝換能器，甲板組裝支架，手動葫蘆垂直升降處理換能器。

3.5.2校準多波束

嚴格依照規范設定的校準流程進行操作，運用系統提供的校準軟件測算出校準參數，并統一把校準參數輸進數據處理軟件SEABAT6042內[8]。

3.5.3采集數據

嚴格依照前期設定好的計劃測量線進行測量操作。航道測量的測線方向要和航道中軸線相互平行，間距精準控制為50.0"m。本測量工程內要布置出6條測線覆蓋測區，借此方式達到整體化覆蓋，并在測線間設定大小適當的重合寬度。

3.5.4處理數據

因為多波束測量過程中會收集到龐大且繁雜的數據，海洋環境這一客觀因素勢必會對聲吶測量過程產生一定影響（即假水深），數據信息處理情況決定著最終測量結果的質量，子數據的處理速度也影響測量結果的時效性[9]。需要將數據處理計算機加裝在測量船上，并且運用以太網線銜接數據采集計算機與數據處理計算機，提升數據資源的共享效率，借此方式就能于首條測線的數據采集結束后即可進行數據的后處理工序。

陸地測量辦公室通過電子郵件的方式傳送后處理工序中所需的水位數據，測量船之上布置的計算機基于GPR網絡與NITERNET網絡實現連接，登錄郵箱下載文件進行潮汐改正。數據處理以1.0"m×1.0"m作為基本單位執行，運用2.0"m×2.0"m水深格網形式提供最后所得的測定結果，能夠較好的滿足自航船的實際施工要求[10]。

采用以上方式開展數據后處理工作，能夠顯著提升作業效率，外業測量結束后可以及時將測量結果提供給建設單位。

3.5.5發布測量結果

盡管測量船之上加裝了無線上網設備，但是受當前通信技術水平的限制，數據信息上傳的速度相對較慢。傳送容量為1"M的數據文件需要耗時10"min左右，還可能會經常出現發送失敗的現象。多波束測量成果的數據量龐大，長達10"km的航道測量數據在壓縮處理后仍有4"M左右的數據量，運用無線上網裝置傳送測量數據的成功率普遍較低，可能會出現測量船從作業地點駛回碼頭停靠泊位時測量數據依然沒有發送成功的現象。故而，一般在測量船停靠碼頭之后運用有線寬帶ADSL把測量結果傳送到工程管理部門與施工船以供使用。

4結語

在該航道疏浚工程全程應用了多波束進行測量，并且輔助其他高端的測量技術和現代化通信方法來實現測量目的。通過規范以上技術方法的實際應用方式，能顯著提升項目測量成果的詳細程度與測量精準度，并且能動態傳輸測量信息，最大限度地提升測量作業效率，測量外業完成后即可能夠及時呈交測量成果，為疏浚工程施工建設提供可靠的技術支持。在疏浚工程內，尤其是自航船施工類項目內，配合應用以上高端的測量技術方法，能使工程的施工工期與質量均得到保障，創造出最理想的經濟效益。

參考文獻

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