海洋测绘通信技术在航道疏浚工程测量中的实践

吴泽献

（上海元易勘测设计有限公司， 上海 201203）

0 引言

近年来，我国水上航道线路的开发和建设规模不断扩大，不仅有效提高了水资源利用率，同时也缓解了陆地交通拥堵的状况，具有很强的实际作用价值。而要想维持航道长期通畅运行，就必须定期对其进行一定的疏浚处理，疏浚施工之前则要进行一系列的航道测量。海洋测绘通信技术是一种比较先进的测绘方法，与传统测绘模式相比测量结果的精确度和可靠度都更高，测量效率也更快，有助于缩短整个航道疏浚工程的工期。

1 航道疏浚工程概况

本文所涉及的项目主要为五尺沟（大治河-大芦线一期）航道维护疏浚工程，工程实施的主要内容是对现有航道进行检查，对存在淤塞情况的部分，进行必要的疏浚，同时要求疏浚完成后需对周边自然环境进行修复，最后确定所有妨碍航道通行的杂质等都被清除之后，再于航道外侧新建相应的围护结构，以减少后续杂质向巷道内积聚的几率。本次航道疏浚工程中面积大概在29.7 万m³左右，新增维护大概2.6km，整体工期要求在五个月内完成。

2 海洋测绘通讯技术概述

2.1 LRK 测量技术

所谓LRK，实际上就是一种可以实现远距离双频实时差分动态载波定位的技术，通过与GPS 设备配合使用，便可以获得全方位的定位数据。具体操作方法是，把GPS 信号接收器安装在测绘载体上，并于地面设置多个基准点，然后通过远程遥控设备指挥载体运动，对需要测绘空间内的各个点位进行测量，并将收集到的数据实时传输回终端计算机设备，这样便可以随时掌握运动载体的运行轨迹，准确掌握航道线的空间布局状况[1]。

LRK 测量技术的特征优势在于，可以根据不同时段定位的要求来提供灵活的动态定位服务，细化后可以将这种动态定位分为以下两种：分别是后处理差分动态定位和实时差分动态定位。其中后者在使用过程中，首先要创建一个单独的无线电DGPS 数据传输网络系统，才能在设备进行观测的同时，同步计算出具体的定位数据。DGPS 的优势特征在于可以实现远距离数据运输，而且能够保障较高的运输效率和运输质量。

总而言之，航道测量过程中会因为诸多因素导致视距受到影响，比如电台天线的装配高度、设备数据链以及接受台和发射台的高度等，采用LRK 测量技术可以有效抵抗这些影响，获得更加可靠的测量数据。

2.2 潮位遥报系统

航道距离通常都会规划的比较长，而近陆地处和远陆地处的水位存在很大差异，这就使得航道疏浚工程开始之前必须对潮位变化状况加以掌握。本项目中所涉及的五尺沟航道距离陆地最远处和陆地之间的间隔将近20km，港口内外的水位差很大，对航道定位测量有较大制约，其中最主要的影响因素主要有两点，分别是潮汐时间和潮汐差，在该条件状况下进行航道测绘，不同位置和不同时间测量出来的潮位值不会完全相同，所以后期还需要人为进行分类和整合处理。根据相关航道测绘规范要求以及实践试验得出，本项目中统一位置点各个潮汐时间段内测量的数据差最多大概在0.5 米左右[2]。

2.3 多波束系统

多波束系统可以同时完成对数十个相邻窄波束的回声测探，用于航道测绘工程，可以通过获得的数据对航道深度以及航道的水底形态图建立数据模型，在无需人工下水的情况下便了解到航道的基本参数和使用状况。因为该系统是通过回声能量进行传感测量的，所以在使用该系统之前，首先需要安装相应的换能器，以便对声能进行转换。换能器是航道疏浚测绘工程中几乎每天都要使用到的仪器，该设备安装是否可靠，是决定后续多波束系统运行结果是否准确的关键因素。所以相关技术人员在安装时必须确保设备各个构件连接紧固，并且使用之前要对设备各项参数进行校准，测试各项功能是否能够正常运行，避免出现转换误差。

此外，还应注意防止测量船行驶或者停岸过程对换能器及其配套设备造成擦伤或装上，具体而言，测量人员可以在测量结束后及时把换能器提升出水面，放在船舷范围内，这样不仅可以保护换能器，而且还能提高设备拖放效率，缩短测量周期。虽然多波束测量系统已经具有较高的自动化特征，但是受到诸多因素影响，测量后的结果或多或少还会存在一定的偏差，针对这种情况，测量人员在收集到完整数据之后，还需要利用专门的系统校准软件对各个参数进行审核校验，然后将校准后的数据输入处理软件进行作为最终的数据标准[3]。

3 现代测绘通讯技术实践

3.1 LRK 测量技术

本次航道疏浚工程中在使用LRK 测量技术时选择了Sagitta 射手接收机，该设备的作用功能主要是依赖于UHF 电台数据链实现的，具有灵活度高、选择性强、高度集成化等诸多优势，运行起来比较稳定安全，而且数据可以覆盖较为广泛的作业范围，这对于航道距离较长的疏浚测绘工程来说非常实用，有数据显示，通过该设备最远可以实现40km 以上的距离定位，而且精确度仍然能够保持在理想状态。在本次五尺沟（大治河-大芦线一期）航道疏浚工程测量项目中，将LRK 技术与遥报仪进行了联合使用，建立了一套高效率和高精准度的验潮方式，实现了厘米级精度测量，并通过相关数据模拟建立了三维立体的航道水下地形模型，这在后续指挥航道船定位疏浚位置和明确疏浚内容等，都有十分积极的帮助，大大提高了淤泥清除效率。

3.2 基准台站的自动化遥控装置

本次针对尺沟（大治河-大芦线一期）航道疏浚工程测量项目采用了很多自动化技术，其中遥控技术是最为主要的一种，整个航道定位测量以及淤泥堵塞地形测绘等，都需要用遥控装置进行设备控制。此外，船舶的运行也需要通过遥控技术来进行远程指挥。为了确保整个测量过程中遥控功能的稳定性，实际测量过程中使用了可靠度较高的GPS 差分基准台来对动态载体进行遥测。考虑到测量工作一般在白天进行，所以晚上会对该基准台站进行断电处理，这样一方面可以减少资源浪费，另一方面也能避免设备二十四小时处于运行状态，有助于减少设备损耗。至于电源关闭方式，同样采用自动化控制技术，因为本项目中GPS 基准台站设置在VTS 塔上，不便采用人为方式进行干预[4]。

3.3 深度基准面的传输

水环境测量的设备和技术实际上有很多种，但是与常规水体测量相比，位于海域范围内的航道测量显然要更加复杂，普通的水深探测设备只需要对水体某个时间段的瞬时深度进行测量即可，因为水位不会发生较大变化。而海洋航道的水深却是时刻改变的，特别是发生潮汐或者遇到风浪时，更会呈现出很大的波动。因此，为了获得具有参考价值的航道参考数据，本次测量过程中进行了多次瞬间测深作业，并将获得的数据集中进行二次统计分析，最后得到相对平稳的深度基准面，具体的计算公式如下：

L(x,y)=MSL(x,y)-l(x,y)

其中L(x,y)代表x,y 位置的深度基准面高程；MSL(x,y)代表平均海面；l(x,y)代表平均海面和深度基准面的差异数。

针对以上公式通常可以采取两种数据分析方法，分别的同步改正法和回归分析法，本次航道疏浚工程主要采用了前一种方法，以测量船为验潮站点，明确相应的坐标数值

3.4 潮位遥报系统

本次针对五尺沟（大治河-大芦线一期）航道疏浚工程测量项目所采用的潮位遥报系统主要有浮子式自动验潮仪、压力感应式自动验潮仪和传统潮位遥报验潮仪，其中潮位遥报系统联合LRK-DGPS 系统一起使用。另外本次测量还配置了相应的平面定位设备，以便对潮水位置进一步精确。每种验潮仪的具体使用情况如下：浮子式自动验潮仪依靠搭建VHF 环境系统来对测量数据进行输送，数据传输频率为五分钟一次，终端数据中心则配置数据接收器，同步获取潮位信息，通过计算机窗口来计算输出综合数据，该验潮仪设备所获得的数据精度稳定控制在1cm 以内，精确度较高；压力感应式自动验潮仪主要是通过压力探头感应电流电压信号变化从而转化为潮位值，使用该仪器进行数据测量，每间隔一小时进行一次即可。至于传统潮位遥报验潮仪联合LRK-DPGS，本次航道疏浚工程测量主要用在了距离陆地较为位置处的数据获取[5]。

3.5 多波束测量

多波束测量是一种比较高端先进的智能化水深测量技术，其具体的性能参数如下表所示：

表1 多波束水深测量仪参数

该仪器操作过程相对也比较复杂，很容易受到外界环境影响而导致测量误差。为了避免类似问题的发生，本次航道疏浚测量过程中直接在测量船上配备了数据处理计算机设备，并建立了以太网网络环境，这样便可以为多波束测量创造最为稳定的作业条件，减少其他因素的干扰，从而提高测量质量和测量效率。为了对航道进行全方位的测量，本次测量工程中事先还布置了许多测量线，最大范围覆盖了航道面积，使得获得的数据更为完整。

4 测量效果分析

本次针对五尺沟（大治河-大芦线一期）航道疏浚工程测量所使用的测量技术种类丰富、技术先进，最终获得了良好的测量效果，其中特别是多波束测量技术起到了非常突出的作用价值，有效解决了传统测量模式下数据链覆盖范围窄的缺陷问题，而且还大大提高了测绘精度。另外，本次航道疏浚工程测量工作中还是采用先进的数字化信息处理技术，将所采集到 海量信息通过计算机压缩成压缩包，有效提高了数据传输效率，使得测绘速度大大提升，实践证明，这种多类型测绘技术合并使用的测量方法推广。

5 结论

本次对五尺沟（大治河-大芦线一期）航道疏浚工程所开展的测量工作，最终取得了值得肯定的成绩，无论是测量效率还是数据质量方面，都达到了预期效果，而且还为我国航道疏浚工作的高效开展提供更多的思路，使得本次航道疏浚得以在工期范围内顺利完成疏通，保证了航道的正常使用。此外，本次测量工程也收获了宝贵的航道工程测量经验，特别是在多测量技术配合使用方面，有了更深层的理解，这对日后测量其他航道工程提供了可靠的参考案例。