水深测量技术在航道工程中的应用解析

蒋斌

摘要：通过在在日常生活中我们往往会依据实际对水深测量技术研究，详细介绍了海洋里面的水深测量中的基本原理、误差来源与分析、水深施工测量、水深后处理等。该技术流程已经在水深测量中广泛应用，具有普遍代表性.

关键词：水深测量；RTK-GPS；HYPACK

前 言

海洋里的作图以及绘制测量是作以测绘技术为根基的，从海洋测绘的工作特点来看，定位和测深是海洋测绘的两大主题，两者共同构建海洋空间的三维坐标，是一切海洋工程的基础 水下地形图在投影坐标系统基准面分幅编号内容表示综合原则以及比例尺确定等方面都与陆地地形图相一致，但二者测量的方法却相差甚大 水下地形测量主要使用水声仪器，全覆盖测量水底深度 本文从水深测量的实践出发，使用RTK - GPS技术和测深仪联合测量，大大减少了测量人员的劳动强度，使自动化程度得到提高，并确保了测量成果的精度，提高了工作效率。

一、测区概况

改区域是在广东省的温州市三角带，朝北紧北靠欧非一期北堤段，相邻呼吁南口，西与海滨为坑区相接，东邻规划碧海欧非区域温州市欧非一期围区生产配套区块涂面整理工程总占地面积3099200平方米，其中预留河道水域面积199600平方米，形成陆域面积2899600平方米，地坪标高为+ 3.5 m 通过新建总长8878米的隔堤及围埝将工程造地区分为2个吹填区和一个弃土回填区，其中W1吹填区面积675600平方米，W2吹填区面积1613000平方米，弃土回填区面积474800平方米，外围隔堤占用区域面积173000平方米。

二、水深测量原理与方法

1.测量原理

1.1水深测量基本原理

水底下的探测水深的仪器的发射声波的机器向水或者海底发射声波，由接收换能器接收回声波信号； 在实际作业中，水声速可以取自海面至海底的声波平均传播速度[Vm]来代替，则测得的水深为：[Hm=12VmT]；在设计制造回声测深仪时，一般设计声速[V0]代替实际声速，即：[H0=12V0T]。

1.2单波束和多波束测深系统的基本原理

航船如果是在比较理想状态下，探测深度的仪器的发射器能够垂直向江湖河海每隔一定的时间发射短脉冲声波，当脉冲声波遇到水底时发生发射，反射回波返回换能器，被换能器接受 其水深值由声波在水底的往返双程传播时间和介质的平均声速确定，即：[D=12CT]式中，D为换能器至水底之间的距离； C为水体的平均速度； T是声波往返双程传播时间在实际生产中，由于换能器的吃水深度和潮位的影响，需加改正值才得到实际的水深值H，即：[H=D+ΔDd+ΔDt]式中， [ΔDd]为换能器吃水深度改正值；[ΔDt]为潮位改正值。单波束测深采取单点连续的测量方法，沿测线上的测深数据十分密集，而在两测线之间没有数据，单波束测量是一种非覆盖测量方法多波束测深是利用同时发射和同时接收多个波束，对海底进行条带式全覆盖测量 多波束系统和传统的单波束回声测深仪从原理上讲没有本质的区别，只是多波束系统的换能器是由多个换能器单元组成的阵列，工作时能同时发射多个波束和接收多个波束，对海底进行条带式测量。

2.测量方法

水位深度的深测量是我们可以按照他们的工作模式分成： 横断面绳法导向标法及GPS定位法等按测深方法不同分为： 测深锤测深杆回声测深法等目前航道疏浚测量主要采用GPS配合回声测深进行，小比例尺（ 1∶ 2 000以下的测图） 多用RBN - DGPS方式进行，大比例尺采用RTK - DGPS方式 水深测量的作业系统主要由GPS接收机数字化测深仪数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成 水深测量作业分外业和后处理两部分，外业包括测前准备数据采集导航（ 航迹断面等显示） 坐标转换设备监控格式转换，后处理包括潮位改正姿态改正外业数据编辑数字地面模型工程量计算等深线图。

3.水深测量误差分析

当潮位有所改变后的主要测定海或者河的深度的文件（ 以下简称主要测线文件） 包括定位及水深两个文件，其中水深文件是连续采集的水深点（ 一般每秒采集10～20个） ， 间距小，只需求出主测线与取样线的交点，通过交点的位置和定位文件计算交点时间，通过交点时间在水深文件中计算水深，把生成后的交点水深数据（ 带有普通取样，定点取样线取样，特征线取样的属性标志） 按照时间顺序保存到原主测线文件中。通过单波束水深测量定点取样技术在AutoCAD平台的实现，解决了准确标注特征点水深问题，实现了航道港池等港口基础设施在设计坡脚线变坡线等重要位置的精确水深标注，并且标注的水深整齐美观，受到用图单位的欢迎 使用同样原理，实现边坡上欠超挖高差标注（ 只需取样线节点设置高程）以便指导挖泥船边坡疏浚； 实现检查线与主测深线水深互差的批量自动计算，便于测深精度的评定。

三、水深测量技术在生产中的实际应用

1.高程控制

1.1高程点解算

使用Lecika公司最近制造出来的高精度电子水准仪DNA10型按水准测量方式进行，测量和平差过程按照交通部颁布的《水运工程测量规范》和《水利水电工程施工测量规范》的要求进行

1.2水位控制

水位控制采用RTK-WGPS人工智能来验算潮汐的方式进行，每10 min验潮一次 验潮位站设立在距离测区较近落潮不会露滩位置。在水深测量前10min记录水位，施测结束后10 min记录水位； 现场测量作业及成果数据处理和成图均服从监理工程师的监督，对现场施测过程中未满足规范要求的测线及时进行重测或补测，保证测量成果符合交通部水运工程测量规范和招标文件技术规格书的要求。

2.施工測量

2.1测前准备

根据相关部门已经提供的现有控制点（ 天津78坐标系，98中国高程基准） ，即平面高程控制点应检查控制点的保存情况，并校核其精度； 主要步骤如下：1.求转换参数；2.构建恰当的GPS基准站，对于这种基准站的构建来说，主要就是参照于原有的已知控制点进行架设，这样才能够保障其更好的进行数据分析和处理，并且在基准站设置完成之后，还应该针对其相应的参数进行准确的调试，保障其数据格式以及相应的参数准确性具备着较好的效果，这一点对于基准站的构建来说也是极为关键的； 3.构建GPS移动站，在已知点上还应该准确的架设相应的移动站，这种移动站的构建同样需要针对具体的参数进行校正和审查，保障其具体作用的呈现；4. 求得转换参数，该环节主要就是利用AB两点的WGS84坐标及当地坐标进行恰当的转化，进而得到我们所需要的结果；5.建立任务，设置好坐标系投影一级变换及图定义。6.作计划线。

2.2外业数据采集及数据的处理

施工以及测量范围主要包括水位的深度测量与潮汐的位置控制并泥塘浚后标高等的测量； 利用HYPACK进行数据编辑，其具体步骤如下： 在HYPACK软件中设置外业数据采集椭球参数 设备管理中设置驱动类型串口波特率，并测试成功保存 进入测量查看数据窗口 修改改正增量开始测量数据后处理是指利用相应配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理，形成所需要的测量成果水深图及其统计报告等。

四、结束语

本文对海洋的深度测量的基本方法以及水位深测量应用技术在航道工程中的应用作了简单的论述，并介绍了单波束水深测量的过程中应用的配套硬件设备数据采集与数据处理软件HYPACK的连接测试与应用 单波束水深测量技术已经在航道工程测量中得到了普遍应用。

参考文献：

[1]王增军.RTK 在沙滩修复中高程高精度地形测量的应用研究[J]. 测绘与空间地理信息，2014，37（ 9） ：60 - 62.