水下地形测量中数字化测绘技术的实践应用

侯先栋

江苏诚泰测绘科技有限公司 江苏 泰州 225300

1 数字化测绘技术发展现状概述

数字化水下地形测量技术的内涵，即是指依据先进的数字化测量测绘技术，对水下地形地貌进行勘测，结合相应的GPS定位、CORS数字化测绘技术以及计算机软件通信技术等，对复杂的水下地形地貌进行数据测量，并通过相应的数据传输接口，将收集数据传送到测绘工作人员的数据处理中心，绘制相应的水下地形地貌图，为实际的工程项目施工提供线路以及施工流程上的指导。

从实际出发，目前我国数字化测绘技术在多个领域中的应用范围较广，在目前我国现阶段的经济发展背景下，水下的数字化测绘是资源开发工程项目的重要组成，通过水下测量能够为相应的水下项目工程提供数据支撑，尤其是通过数字化测绘技术的水下测量，能够探索出很多自然资源并进行开发，从而推动我国经济的发展[1]。从实际出发，在部分水域面积广、深度大的水域当中，进行测量工作的工作量大，难度较大，且由于这些水域环境的复杂性，往往会导致在水下测量的过程中，存在着一定的误区和偏差，而应用数字化测绘技术，目前已经成为水下地形测量中的重要趋势，通过数字化测量技术进行水下地形环境的数据收集，其准确性较高且工作量小，与实际的水下地形环境相差较小。但总体来看，数字化测绘技术在应用于水下地形测量的实践中，依旧存在着一定的不足，其环境复杂性、潮水位的变化以及数据处理上的问题，依旧是数字化测绘技术在水下地形测绘应用中的重要问题，因此，为了推动我国数字化测绘技术在水下测绘实践工作中的应用更加完善，需要更好地克服水下测量过程中所存在的环境复杂多样、水位变化以及数据处理不完善等问题，从而使数字化测绘技术能够在水下工程施工项目的测绘工作中发挥更大的作用。

2 数字化测绘技术在水下测量应用中存在的问题

2.1 环境复杂多样，测绘工作难度大

在实际的数字化测绘技术的水下测量实践中，环境复杂多样，会导致水下测量工作难度加大，这是目前数字化测绘技术应用于水下测量工作中必须面对的问题。从实际出发，在相应的沟壑、池塘等分布较为密集的水域，如果采用传统方法进行测绘，往往会导致相应的测绘收集数据出现偏差，而数字化测绘技术在面对水下复杂地形时，相对于传统技术而言，往往表现较好，但在实际的应用过程中，需要对水体的控制点进行科学合理的分布，在科学化布点的基础上，才能够对其水下地形进行准确的测量和定位，而分布点如何选择，便是整个数字化测绘技术进行水下测量的关键所在[2]。从实际出发，在实际的应用数字化测绘技术进行水下探测的过程中，其控制点的位置往往没有优化，在对控制点的选择上缺乏相应的科学性，导致通过数字化测绘技术在水下地形测量的过程中，其测量结果较差，测量数据的准确性也不足，整个水下地形的绘制出现变形等问题。

例如：在传统的水下地形地貌的勘测过程中，如何对水下地形地貌深度进行勘测，是工程项目勘测过程中的关键方面，而在实际的水下地形勘测工作过程中，往往其水下地形地貌复杂多样，多种沟壑交织、潮汐、重力异常等问题依旧存在，使得通过单纯的测深仪在进行水下地形地貌测量之后，需要根据相应的软件进行数据矫正，结合测量船只航行方向和位置来进行偏航数据的修改，方可使测量数据准确无误，加大了测绘工作的工作难度，尤其是在测绘船只受到水流流速、方向等因素的影响后，会导致测绘船只偏离航线，使得对水下地形地貌的测深数据出现偏差，需要进行数据矫正，加大了工作难度。

2.2 潮水位的变化，影响水下地形的测绘

从实际出发，通过数字化测绘技术进行水下地形测量的过程中，往往需要根据潮水位改正模型，进而进行相应的水下地形测绘数据的收集，要根据潮水位分析其水下地形测绘控制点的分布，然后再进行相应的优化和分析，取得相应的控制点，但是潮起潮落的水位变化不同，而潮水位的观测又受到相应的海洋环境的影响，往往潮起潮落的位置难以确定，使得测量出来的水深位置，往往会出现一定的误差，尤其是当在水下地形测绘工作持续一段时间后，不同时间的水位瞬时变化有着一定的误差，这也是在整个水下地形测绘过程中所不可避免的问题。就数字化测绘技术在水下地形测绘中的实际而言，需要对其控制点进行确定，同时测量相应的高程，随后通过技术手段获取和收集数据，但一旦潮水位发生变化之后，会使得数字化测绘技术在水下地形测量的过程中，出现一定的偏差。

2.3 数据处理不完善，影响数据准确性

在数字化测绘技术进行水下测量的实际中，数据处理不完善，也会一定程度上影响数据的准确性，通过数字化技术进行相应的水下测量工作，往往需要采用GPS定位技术，所谓GPS定位技术是在全球卫星定位系统的支撑下，对探测者所处位置进行相应的定位，通过目前的GPS技术，在水下测绘的过程中，能够为其提供较大的帮助，使其能够确定其监测对象的具体位置[3]。但在实际的应用过程中，往往由于GPS存在一定的误差，会使得应用数字化测绘技术进行水下测量存在一定的误差，尤其是在数据收集处理过后，由于GPS存在的误差在后期的处理过程中，其误差影响会加大，使得水下地形测绘成品出现一定的不足。同时在水下地形测绘的过程中，通过数字化测绘技术，往往需要对相应的外部数据收集和对内部图形图像的处理，在实际的应用中，其比例尺的不同也会一定程度上影响收集数据和现实之间存在误差。

3 数字化测绘技术在水下测量应用中的应用策略

3.1 科学化控制分布点，采用智能化测量无人船

对于应用数字化测绘技术在水下测量的实践中，需要科学地控制其分布点，使数字化测绘工作的能够更加科学，尤其是当面对复杂多样的水下地形环境时，需要对数字化测绘点进行相应的科学分布，确保能够通过优化观测点的分布，使得在水下地形测绘的过程中，其测量结果能够更加科学，避免阴影、沟壑等自然环境所带来的影响。例如：从实际出发，当水下出现沟壑等地形时，其水下测量工作应该从沟壑的两端展开，对沟壑的深度、形状、走向等进行数据收集，保障水下测量地形的准确性。

此外，在传统的水下地形地貌测绘工作中，往往采用单波速换能器和GPS绑定在渔船上进行水下地形地貌的测绘，而近些年伴随着部分内河湖泊的禁航，使得在湖泊、内河中船只越来越少见，而部分民用船只即使能够进行水下地形的测绘，往往也会由于测绘区所存在的水下地形复杂多样等因素，出现船只无法到达的问题。因此，采用智能化测量无人船，能够有效避免内河、水库，在测量过程中船只航行所带来的问题，智能化测量无人船采用GPS定位导航技术，能够按照既定路线进行准确无误的行驶，同时结合相应的水下地形测绘设备，能够最大程度完成测区的水下地形地貌测绘工作，同时智能化测量无人船其设计体积往往较小，对于测区复杂地形地貌的适用性较强，能够大幅度的提升在测量过程中的测量精度和任务完成度，减少测绘人员在进行水下地形测量过程中船只航行所出现的危险。

3.2 注意处理潮水位的变化，保障水下地形测绘的准确性

对于在水下地形测量过程中，所出现的潮水位变化，可以应用相应的RTK技术，在进行水下地形测量的过程中，根据潮水位的变化进行模型更正，得到相应的测船处的水深程度，然后再减掉水深探测仪进行探测到的水深，就能够避免潮起潮落所带来的水位瞬时变化，从而减小潮水位变化对水下地形测绘工作的误差影响[4]。但在实际的应用过程中，通过RTK技术来进行传统的水下地形测量，往往需要进行在测绘岸边架设GNSS基准站和流动站，在测得相应数据之后，结合潮位的变化来得到相应的水底高程，这一测量方法的缺点是测得的数据精度容易受到水位的瞬时变化影响，同时由于水位的潮涨潮退变化，需要进行不断的测量和检验，工作难度和工作量大大提升，测出来的水深数据准确性也难以得到保障。而解决这一问题的有效方法是实施无验潮水深测量法，即通过CORS网的数字化动态检测技术来进行水下地形的探测，CORS网系统能够向客户提供动态的观测数据，同时对于观测目标在不同时间的状态信息数据变化也能够进行及时的传输，通过CORS数字化测绘技术的应用，有效提升了水下测量过程中的测量精度，减小了测量工作者的工作量。

例如：在引江济淮工程的太子湖湖区水下地形测量过程中，主要通过CORS数字化测绘技术，来进行水下地形地貌的测绘，通过CORS数字化测绘技术避免了传统水下测绘技术需要架设基准站、流动站的工作任务，终端通过实时动态的水下地形数据的观测，结合相应的导航定位技术对太子湖区有限深度内水下地形进行精准数据收集，大大减小了测量过程中水位变化对测量数据的影响，节省了工程项目的施工测绘周期，节省了人力和物力。

3.3 加强数据处理工作水平，确保测量数据和现实之间的一致性

从实际出发，现阶段数字化测绘技术在水下地形测量中的应用已经较为完善，相应的水下地形测绘工作自动化程度水平较高，通过相应的单频测深仪来进行水深测量，结合换能器和数字化输出接口，对水下数据进行输出和转化，尤其是针对在数据处理过程中的数据接口不一致问题，可以采用标准化的数据接口，使得相应的数字化测绘过程所收集数据，能够通过相同的数据输出类型转化到相应的模型处理软件当中，再结合相应的GPS技术，实时的将测量船引导到需要测量的位置，能够使得在数据处理工作的过程中，保障数据和现实之间的一致性。

例如：从实际的工程项目而言，在工程项目水下地形测绘的工作过程中，通过数据化测绘技术的应用已经能够实现全自动化操作，在引江济淮工程的建设过程中，其水下测量区域90%的地区水深在0.4～4m之间，因此，在水深程度较浅地区，其采用的水下测绘技术往往为数字化测绘技术，通过单频测深仪来进行水下地形的勘测，单频测深仪由换能器和水深数字化接口装置两部分结构构成，通过对水下地形的测量，随后转化为相应的数字化数据进行输出，以供相应的测量工作人员进行数据处理。实际的应用过程中，首先需要对设备进行安装，将设备在水下进行安装完成之后，启动对应的测深仪导航软件，对测量获得的水下地形进行参数和数据的设置，将测深仪的输出接口以及定位连接在相应的计算机通讯上，同时结合导航软件对测深仪进行合理的航线规划，对偏航方向及时进行调整，保证测深仪能够对工程施工项目地区进行有效且全面的水下地形勘测，从而实现数据的获取。

4 结束语

综上，伴随着我国经济社会的发展，数字化测绘技术在水下地形测量中的应用范围正在逐渐变广，尤其是对于多种复杂的水下地形环境，数字化测绘技术能够更加准确的进行水下地形的数据收集，为相应的资源开采、科学研究提供数据支持。