吴坤富
国家海洋局南海调查技术中心 广东广州 510000
摘要：随着社会科技进步与快速发展，工程测绘技术也随之日渐完善，数字化水下地形测量技术的成熟，给我国对海洋、湖泊和河流进行更深入了解、资源勘探、开采及测绘提供了很好的技术服务及重要的资料依据。因此，研究数字化水下地形测量技术的现实应用情况，对我国正确的开发海洋、湖泊、河流有着重大意义，现就对数字化水下地形测绘技术的应用进行简单分析。
关键词：数字化测绘技术；水下地形；测量；应用
导言
海域的面积范围广、区域连通强、储量大，故在河流、湖泊与海洋等水域中开展测量工作时难度往往较大。同时，加上测量方法多种多样及各种条件限制，虽投入了大量人力、财力、物力，但获得的测量数据依然精度不够理想，无法提供有用价值。对水下地形进行测绘，并将相应水下地形地貌图绘制出来，对我国设计航行路线、水上运输及水底资源探索等具有重要意义。随着科技技术的发展，差分GPS技术在水域测量中的应用日益广泛，并联合水深仪器进行仪器的定位与水深测量，最后和计算机系统、电子记录手簿及绘图自动系统相统一，形成了一个自动化测量系统。
1数字化技术的工作原理介绍
在实际应用中，GPS测量技术主要包括动态与静态侧量，在解算了数据后，即可获得精度相对较高的测量结果。RTK技术主要是利用载波相位动态实时差分技术，对厘米级均可实现实时定位。一般来说，RTK技术在实际作业环节中，基准站是用来获取各种观测值与测站信息及数据，然后利用数据链网流动站传输数据，最后由流动站实时处理各种差分观测值，并将定位结果计算出来，精确度可达到厘米级别。GPS与RTK技术的联合应用，在很大程度上降低了操作强度，作业人数也明显减少，且精确度较高，具有显著的应用优势。
2数字化测绘技术的优点
数字化测绘技术在外业进行时实现测图以及解析。自动化程度、图形的编辑、精度等方面，数字化测图技术比传统测图技术占有很大优势。
2.1自动化程度比较高。
在地形图的绘制过程中，可以使用计算机软件来进行自动识别、自动计算和自动选择图示符号等，这比传统的平板测图快捷的多，而且所得到的数字地形图也要比手绘的地形图更加的规范、美观、准确。
2.2 对图形的编辑有利。
在进行数字化测图时，可以分层存放成果数据，这样图面负载量不受限制，可以进一步运用和加工成果，避免一些传统的测图中存在的弊端。
2.3 精度高。
数字化测绘技术的一个很显著的优点是测图精度高。在地图测绘中采用数字化测绘技术，使其精度有了质的改变。在输入到成图的整个过程中，其他方面的误差可以避免，测绘成果的精度得到了保证。
2.4 图形属性信息丰富。
使用数字化测绘技术绘制的地形图能够确保坐标位置准确性，并展现丰富的属性信息。
2.5 成为地理信息系统等的数据源。
在完善地理信息系统时，数字测图不但能提供地理信息系统很多方面的源数据，而且对后期建图过程中运用地理信息系统的数据库信息有利。
3 数字化水下地形测量的具体应用
3.1 项目概述
华能玉环电厂三期“上大压小”扩建工程水下地形测量项目在施测1：1000测区内的水下地形和岸线时，根据电厂附近的控制点情况，采用单基准站RTK 结合测深仪技术进行水下地形测量。施测1：10000、1：25000和1：50000测区内的水下地形时，仪器选用亚米级Trim ble DGPS结合测深仪技术进行测量。
3.2GPS定位技术
GPS技术（全球卫星定位系统的简称）是由美国研制发明的一种对海、陆、空实施实时定位及导航的三维空间控制技术，依据卫星对信息接收终端进行实时定位监控，具有快速、精准、高效、自动化及全天候的使用特点。[2]GPS测绘技术的出现及应用，给水下地形测量的发展带来巨大的前景，尤为突出的是在对水深测量及精密定位方面。在过去的水域测绘中，水深测量及精密定位主要以航海要素测量为主，在GPS测绘技术应用后，成功的转变为以各种专题要素信息的测量及水底地形模式信息的建立，相比于前者，后者更具精度高、实效强的优势，使水域地形测量朝着精准、高效、节能、科学及信息化的方向发展。
GPS是实现数字化水下地形测量的关键技术之一。根据本项目技术设计书，工程外海海域地形测点定位采用亚米级的DGPS定位技术结合验潮站模式进行施测，导航软件采用中海达海洋测量软件“haida”。由于DGPS采集的数据为W GS-84坐标，所以在测量工作开始前，先求取测区范围内W GS-84坐标与1954年北京坐标系之间的转换参数。该项目测前在已知控制点上进行坐标测定并求取固定差，同时进行稳定性测试，历时约4小时，采样间隔为30s。
该项目所使用的GPS定位仪定位点点位中误差远远小于图上1.0m m，定位精度虽然可满足项目要求，但大部分实测位置偏离已知点距离达0.5m -1m，甚至超过1m，所以有必要对定位进行归心改正实现定位和测深一致性。
3.3 RTK 技术
传统的水下地形测量根据潮位改正模型所获取的测船处水位，然后减去测深仪所获取的水深，得到水底高程。潮位观测因受海洋环境的影响，测得的水深存在瞬时误差，在最终的数据中又无法消除，所以潮位资料的利用始终质疑不断。而随着RTK 测高精度的提高和导航软件技术的成熟，RTK 结合测深仪器进行水下地形测量的技术成为目前大比例尺测图主要方法。RTK “无验潮”测高技术利用GPS基准站和流动站，同时进行平面和高程的观测，集水位观测与导航定位于一身，直接获得测点的平面位置和高程，操作方便快捷，大大提高了工作效率。
3.4测深技术
随着科学技术的快速进步，多波束侧身技术、侧扫声呐与遥感技术在水域测深领域的应用如果广泛，因为能够获取到较精准的数据。同时，卫星测高技术的应用，可探测到潮汐、水域的水准面与重力异常等情况，然后能详细分析与比较这些测量得出的数据。
在该项目中的水深测量中，选用了测深仪。在测深仪中，一般会有水深数字化输出接口与热敏打印记录装置，在开展水下地形测量工作时，选用Haida与HyPack导航软件，将定位参与与记录参数设置好之后，连接测深仪的输出接口、计算机通讯以及定位输出接口，将测船引入到需测量的断面处，结合测点间距完成定位与测深工作。之后，结合软件偏航数据，对测船方向进行修正，保证测船和断面线航行方向一致，即可同步采集定位与测深数据。
3.5 水下地形测量系统集成
数字化水下地形测量技术主要由两部分组成，分别为外业数据采集与业内成图。外业数据采集主要是集成测深及定位等系统，工作内容包括对
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地形数据的采集，而业内图主要是利用测绘软件对地形数据进行处理，并将地形图绘制出来。GPS与计算机技术的快速进步和发展，定位技术也朝数字化方向发展，并可获取到测深仪探头所在地方的平面位置与高程H1。计算机系统则可以将定位系统和测深技术系统有机结合起来，使之形成一个整体，然后输入所得的数据，最后生成地形图，便可求出水下地形点高程。在传统水下地形测量技术中，定位与测深为分离进行，而数字化水下测量技术则可将定位与测深结合成一个整体，具有高自动化水平、高精度、低出错率及低误差等优势。
3.6 水下地形图的绘制技术
对于观测采集到的水深数据，应对其动态吃水、水位及声速进行改正处理，才能符合成图要求。然后，在图中调入处理得到的水深数据，经过筛选与整理后，用软件生成等高线或等深线，再加入必要地形与地物符号、标注及图框，则可得到较完整、较规范的水下地形图。
3.7 数据误差及解决策略
由于当前GPS获取的七参数仍受到一定范围控制，这在一定程度上影响了定位与测深仪器设备获取更高精度的水底高程，而系统误差、偶然误差等数据误差，也成为制约测深精度提高的主要因素。基于这些情况，测量人员只可借助修正系数或者凭经验修正测绘数据的方法尽可能减小误差，以提高测量精度。
结束语
随着全球定位系统、摄影测量与遥感、地理信息系统、地图制图等各个测绘学科的发展，地形测量朝着高度自动化、实时化、大面积作业方向发展，同时也促进了各个学科的理论研究和学科之间的融合。反之，数字化测绘技术在地形测量中的广泛应用，也为地理信息系统、地图制图等的应用提供了很好的数据源。
参考文献：
[1]刘贺明.探讨数字化地形测量方法及步骤.[J].现代测绘，2011.
[2]黄健.工程测量中应用GPS-RTK 技术的作业流程及案例研究[J].科技创新导报，2017.
[3]徐义超. GPS-RTK无验潮和验潮的数据成果比对分析[J].现代商贸工业，2014.
[4]高井祥.测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2016.
论文作者:吴坤富
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/22
标签：测量论文; 地形论文; 技术论文; 水下论文; 数据论文; 水深论文; 地形图论文; 《防护工程》2018年第13期论文;