唐鹏飞
葛洲坝测绘地理信息技术有限公司
摘要：水下地形测量对于水利工程的建设与使用有着非常重要的意义，一直以来，水下地形测量技术都受到关注，随着科技的进步，越来越多的新技术应用到水下测量当中，使得工作效率和经济效益实现了明显提升。本文首先说明了水下地形测量的概念，然后详细阐述了水下地形测量技术方法应用。
关键词：水下；地形测量；无人测量船；RTK；测深仪
一、水下地形测量概念
所谓水下地形测量，是在水下运用一定的测量仪器对地形进行的测量，一般是通过确定三维坐标来实现测量。主要是水深测量，这是沿测深线方向，按一定间隔测取待测深度点（称测深点）的深度，即测定水底点至水面的高度的测量工作，是水下地形测量的一个中心环节；在水深测量工作中，还要精确地测定深度点的平面位置，这项工作简称为定位；水深测量需与陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘等实用价值，测深与高程系统的联系，一般通过水位观测的措施。
二、水下地形测量技术方法应用
（一）无人测量船的应用
无人测量船是一套软硬件结合的水域测绘系统，以无人船为载体，搭载声纳测深设备、GNSS、罗盘仪等，通过岸基电脑操作导航、控制等软件，让船体在水域按预定的路线行驶，采集所需要的水下地形数据，最后自动形成测绘成果的一整套智能系统。无人测量船具有以下优点：（1）经济便利，节省船租；（2）能深入危险区域作业，避免倾覆、撞船带来的人身伤害；（3）重量轻、体积小、便携。
1、任务区概况
某水库水域面积约5.5 平方千米，是一座集防洪、供水、灌溉、观光、养殖于一体的中型水库，水深最深处约 12 米左右，北部较深，南部较浅，水库中包含若干孤立的小岛，南部浅水区围网较多，东部边沿芦苇较多。本次作业期间正值水库拉网捕鱼期。作业要求是按 1∶2000 比例尺测量水下地形，航线间隔 40 米，航向数据采样点间距 10 米（无人船自动采集间隔设置稍小些，最终数据适当抽稀），地形起伏较大处适当加密。
2、技术路线
目前无人船的智能避障功能在实际操作中发现避障效果远没达到成熟，大多数情况下都需要人工干预，尤其是靠近障碍物或近岸操作时，无人船系统设置安全避障距离达到设置的警戒距离无人船自动暂停，防止碰撞，所携带的避障设备作为辅助参考，因此在设计航线时要尽可能避开障碍物区域。在航线设计前要先在测区踏勘，标注障碍区或围网区，然后内业中利用地形图资料套合最新的卫星影像（目前市场上也有的无人船可在操控软件上下载测区影像，直接在影像地图上设计航线），若无地形图可以外业现场采集特征点坐标，内业借助 CASS 软件进行影像坐标校正，从几何校正后的卫星影像中寻找可能需要避开的潜在障碍区，设计好避让线路，然后将航线转为 dxf 格式导入岸基操控软件。水库根据影像可以发现航线上的诸多障碍区，如围网、浅滩、孤岛、太阳能指示灯等。
无人船在远离视线范围作业时如果发生靠岸贴边、搁浅、挂住围网及潜在避障区域靠远距离手动遥控脱离障碍区也是比较麻烦的，因此作业前充分考虑潜在的障碍区是十分有必要的。对于水库岸边或狭小区域可以直接手动遥控作业。
3.精度
本次无人船测深数据的检核从两方面进行，首先布设检校航线利用无人船对先前测过的数据进行自检校，另外利用机船搭载南方的SDE- 28 自动记录测深仪进行高精度检校，由于无人船采集的是纯粹的水深数据，而 SDE- 28 可以实时根据水深数据模拟航线上断面起伏波形图，可以有效辨别悬浮物。
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（二）RTK技术的应用
1、RTK技术的优势
RTK-GPS定位技术（Real-time kinematic，简称RTK）是通过载波相位观测的数值为参照依据的实时差分GPS定位技术，进行动态测量的一种过程。在RTK作业的过程中，基准站是在数据链的作用下对其观测值和观测站坐标信息同时送到流动站。在整个测量的过程中，流动站要由数据链接受来自基准站传送的数据，并且对 GPS 观测到的数据进行采集，并在系统内组成差分观测值，进而进行实时的处理，并且还要通过输入相应的坐标转换参数、以及投影参数，实时得到流动站的三维坐标和精度。
2、RTK技术在水下地形测量工程中具体的应用
某海洋水下工程，对于这个水下项目工程来说，沉桩的施工测量工作的难度大，而且工程时间又紧张，所以为了能够在规定的时间内完成测量工作，只能采用了 RTK-GPS技术进行定位测量。沉桩前要先对地质进行勘探，要掌握全面的测量信息，并且对信息进行系统的研究，对地质进行综合的分析，对区域的气候进行分析，对不同岩层的土质进行分析，了解不同工程区域的地质条件和土质分布，掌握土质的颗粒的物理学组成指标参数。
其次，结合工程的工作量和施工工期的要求，安排至少两艘打桩船，进行桩基的沉桩作业，桩锤一定要选择MD-128柴油锤，以上的准备测量工作完成后，就正式开展测量工作。根据施工现场条件选择 GPS 基准站的位置的选择，一是要选择无障碍物的施工地点进行位置的搭建，二是200米之内，确保基准站附近没有核辐射或者电磁波辐射源，根据周围地质条件进行基线的布设，应用 RTK
定位测量技术进行水位的测量，进而提高测量的精度。
（三）GPS 结合测深仪的应用
1、GPS 结合测深仪的工作原理
GPS 结合测深仪在测量水库水下地形时，用 GPS 技术测出定位点的水面高程，在测深仪换能器的正上方安装 GPS 流动站天线，这样能保证测深仪与 GPS 测得定位点一致，用测深仪测出定位点的水深，再用 GPS-RTK 测量技术定位点的坐标高程。因此，水库水下定位点的高程等于测深仪测量的水深减去 GPS- RTK 测量的水面高程。并辅助计算机，同步GPS 和测深仪测量的数据，让采集的数据的准确性和可靠性，在测区范围内得到保证。
2、对水库水下测量时的注意事项
在船上测量作业时，最好是在无风或微风的条件下进行。这样风速对测量的结果不会产生太大影响。如果船体发生剧烈晃动，则会导致对已知点的位置发生偏移，这样 GPS- RTK 技术在定位测量已知点的水面高度时，测量的数据就会产生误差；而且测深仪在对已知点进行测量时，由于已知点位置的偏差，也会导致测深仪对水深高度的测量产生数据误差。因此，GPS 结合测深仪在测量时应保持船体的稳定并且船的行驶速度应与测深仪的采样速度要相匹配。如果船的行驶速度过快或过慢，就会造成采样数据的不准确，影响了采样数据的可靠性，影响了 GPS- RTK测量技术对水库水下地形自动测绘的精准度，也影响了工作人员对水库水下地形的基本判断，降低了一定的工作效率和对基础设施工程建设造成极为不利的影响。
结语
综上，水下地形测量的手段有很多种，其优点和缺点并存。因此，相关人员应当依据工程的具体情况而选择恰当的测量方法，除了对测量时的环境因素和精度进行全面考虑之外，还应当不断的创新，采取科学的手段来弥补测量手段的不足之处，从而在未来的道路上可以使水上测量事业的不断进步。
参考文献：
[1]姚冬.水下测量中延时效应的探测与改正方法探讨[J].科技信息. 2014（03）
[2]朱立辉，胡琴.GPS-RTK与测深技术在水下地形测量中的应用[J].测绘与空间地理信息. 2011（05）
[3]杨雪飞.水下地形测量的集成技术及应用[J]. 民营科技. 2016（02）
论文作者:唐鹏飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/26
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