刘强
山东港湾建设集团有限公司 山东日照 276800
摘要：伴随着社会建设发展步伐日益加快，使得各行业领域在转型升级的过程中需要更多的能源资源来为行业进步提供不竭的发展动力，受此影响由于陆地上有限的生存空间以及有限的能源资源的储量，导致了陆上自然资源在运用和开采方面将会面临着越来越大的压力，这也直接促成了逐步向广阔的海洋进行资源深入开发与利用的趋势，而水下地形测量作为开发运用海洋资源进程当中的重要工作内容，为进行合理、科学的海洋勘探研究提供了精准的水下信息，特别是随着具有先进勘探测量技术的无验潮水下地形测量应用，这也是未来海洋水下测量发展的总趋势，因此我们应当通过进一步加强对其技术运用进行有效地质量控制，防止因外部因素与内容因素导致测量信息数据不稳定，推动了提高海洋水下地形测量的准确度和真实性。
关键词：无验潮；水下地形测量；GPS定位；质量控制
目前，从传统的水下地形测量技术应用来看，由于受到海洋地域、天气条件以及人员操作等诸多方面的影响，导致了水下地形测量的信息准确度以及有效传递都大打折扣，但同时伴随着信息化科学技术以及互联网络技术不断升级与运用，促使无验潮水下地形测量技术得到开发与利用，其信息的精准程度以及传递效用得到进一步提升，在勘探测量机构和部门得到了积极的推广与使用。
一、验潮水下地形测量技术的主要内容及特征
为加快海洋发展进程作为传统的水下地形测量技术，验潮水下测量技术的诞生与发展为合理开发与利用为海洋水下资源提供了重要的数据信息参数做出了应有的贡献，但同时伴随着进入电子信息时代，大批具有先进科学技术的设备仪器以及勘探测量技术被逐步应用到水下地形测量当中，对水下测量创新发展提供了不竭的发展动力，因此为了能够更好地了解新时代测量技术做好质量控制，我们应当首先从验潮水下测量技术的研发与应用进行逐步深入了解。
从水下地形测量技术运用实践当中可以了解到，所谓的验潮其主要内容指的是水位观测，其目的是通过对特定水域范围内的潮汐进行针对性观测活动，以获得相对应的潮汐观测资料，从而计算水域面积内潮汐的变化规律、平均海平面以及深度基准面，以此为基础对海域面积水下地形进行测量，将所收集到的相关潮汐信息以及地形信息提供给军事、交通、渔业、测绘等部门进行综合分析，其技术实质是对特定区域内测量点的水深变化进行分析，由此判断该区域范围内的水下地形结构、类型等方面，其技术的关键部分则在于对验潮站的设立，以长期验潮站和短期验潮站来区分，通过不断时间范围内计算平均海面和深度基准面进行计算，将一定时间区间内的潮汐水位变化情况进行汇总，每次单日时间以24小时为限制，通过信息流的方式进入信息处理终端进行计算，其所涉及使用的设备包含了井式自记验潮仪、浮子式验潮仪、超声波潮汐计以及即将在下面所提到的GPS验潮等[1]。
二、GPS验潮水下测量技术的主要内容
伴随着社会发展进入了电子信息时代，以GPS定位技术为先导的水下测量技术通过不断的研究与实践被开发出来成为了未来水下地形测量勘探所采取的主要方式之一，它的推广与使用是将GPS测量技术与现代互联网络数据传输技术相互融合的电子信息产物，以GPS实时动态测量技术为核心，通过在基准站安置GPS信号接收机，对所可以看见的GPS卫星信号进行实时对地链接观测，将所得到的信息数据，通过无线传输设备进行信息传递，发送给指定的信息接受观测，而观测人员将接收到的信息源进行精准定位，建立三维立体模型，将所接收到的信号源分别定位于立体模型内，将所需信息数据更加直观地反映给观测人员或数据分析计算人员。其中所执行的国家技术标准主要包含了《工程测量规范》（GB50026-2007）、《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）、《水运工程测量规范》（JTS131-2012）、《海港水文规范》（JTJ-145-2-2013）、《测绘成果质量检查与验收》（GB/T 24356—D2009）等，而对于GPS信息数据处理方式主要以极限预处理GPS测绘软件进行，将所测量的地域范围基线标注处理完毕，通过技术软件进行数据平差，从而得到准确度较高适用性较强的参考数据[1]。
三、无验潮水下地形测量技术的主要内容及特征
而相对于验潮水下地形测量技术而言，无验潮水下测量技术则是伴随着互联网络技术与电子信息技术深入推广应用和不断的升级改造进程当中而诞生了一种水深地形测量方式，通过以上述提到的GPS RTK动态测量技术为基础，结合数字测深仪器，可以按照不同的地形测量需求，按照不同距离区间或是时间间隔，自行确定三维信号位置以及水深数据，重点将GPS信号天线设置在高于水面地域，加深对吃水深度的修正，提高水下三维地形坐标的精准度促使信息实时性、高效性得到充分提高，同时测量设备的自动化程度较高，大大降低了测量人员的作业劳动强度，减少了失误率，进一步减少了测量作业无用功[2]。
其中技术的作业原理则表现为一种以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术,利用两台以上的GPS接收机同时接收卫星信号,其中一台安置在一个固定的地方以作为基准站,其它作为流动站,这样基准站的电台连续发射差分数据,流动站上连续接收数据,流动站上就可实时计算出其准确位置,通过计算机中软件获取测深仪的数据,并自动滤波,从而可以形成水下地形原始数据，此类测量的平面位置精度能够达到厘米级,高程精度一般能够达到小于10 cm，特别适用于在复杂海域范围内水下地形的定位测量工作。为此我们应当从以下三个方面着手：
一方面，在通常情况下实施无验潮水下地形测量，应当采取的是沿着相对固定的海流方向，在前期设置的已知控制网点进行多重数据的对比观测，通过将所进行观测的信息数据控制在一定的海域范围内，使得技术的准确程度得到有效提升，同时可以通过有效地规律推断，将实施技术范围控制在一定区域内，一般来讲对于海域水下测量应当在每隔5海里的范围内进行高程联测求取高程改正参数，对RTK的高程测量数据进行拟合改正。
另一方面，一般来讲进行水下地形测量为了确保数据准确度高、实施性较强等因素的影响，多半会依照离岸边不同的距离进行选择不同的RTK高程改正参数的测定方法。多数情况下一般在离岸边五公里左右的距离范围内以两个控制点为最低数据观测定位，进行相关数据的参数测定，采取多批次多时段进行改正参数进行测定，从时间界定上来看，无验潮水下测量一般会选择持续进行24小时到48小时范围内进行观测，以验潮水下测量技术进行探索，在气候、海域条件可控制的情况下方可实施无验潮水下地形测量[2]。
第三方面，对于GPS信号数据传输来讲，一般频率则设定为1S，而测深仪的频率也会设定为0.35S的范围内，也就是说在实施GPS定位信息传输过程中以每一秒发出三个数据信号进行信息采集，同时数据信号的传输还受到了船速的影响，由于GPS动态定位技术在实施过程中所携带的测深仪在船体移动中容易受到水流速度以及波浪大小的影响，船速过快则会容易出现信息数据传输延迟的情况发生，与实际的测量数据存在着较大的差异，通常情况下在工作过程中应该经常检查吃水深浅和测深数据,不能因船速过快，而造成大面积的假水深。船速应均速,并且小于8 M/S的速度。
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四、无验潮水下地形测量主要的工作步骤
对于水下地形测量活动应当主要通过内部数据采集与涉外数据链接传递两个部分的工作有机地结合在一起共同完成了地形测量施工作业，具体主要包含了以下两个方面步骤：
一方面，从内部数据的采集部分来讲，针对观测数据的采集过程，通常情况下主要分为两种形式，一种方式表现为部分测量单位或是测量机构为了减少劳动作业量，加快地形测量进度避免不必要的时间与资源浪费，会通过一些权威测量主导结构来进行获取，其数据的准确性是通过实地观测后形成的，以此为基础进行下一阶段的计算分析，从而得出该类地区的转换数据参数；另一种方式主要表现为自行获取，其优势则表现为能够获得第一手的数据参数资料，其数据可靠性、真实程度相对较高，通过临近岸边地区范围内设置不少于五个观测控制点，以地势平坦为优先，均匀的分布在观测区域当中，从而得到差分不同的信息数据，通过计算后得出对比参考数据[3]。
另一方面，从外部数据传递链接上来看，主要包含了基站的设定以及声速测定数据的对比，从前者上来讲，为了获得更为准确的测量数据，同时受到复杂气候环境和水下地形因素的影响都会采用固定基准站与移动式基站两者相互结合使用，基准站在获得数据后通过信号传播方式将所得到的数据进行发射，通过移动站进行信号接收将所得到的数据反映在控制观测点上同时进行传输数据的信息对比，通常情况之下一般认为平面和高程精度都在±10cm之内，可认为此次比测结果满足要求；从后者来讲，应当选择测试区域气候情况和地形情况相对稳定的范围内，通过船舶缓慢行驶带动声速测定仪采集不同水深和航速内至上而下的平均声速，随后将这个声速值输入测深仪中，进行测深仪水深比对[3]。
最后，在完成上述工作内容以后，则需要进行对所需计算分析的信息数据进行采集，在对信息处理终端进行启动后，要密切注视测深仪数据和回波是否正常以及RTK定位数据是否为固定解，同时在数据采集过程当中如果突发意外状况，立刻停止采集，待信息数据传送稳定后才可以继续进行信息采集[4]。
五、现阶段无验潮水下地形测量GPS定位实施过程中存在的问题
当前，虽然在进行水下地形测量过程中使用了以无验潮条件下GPS动态定位地形测量技术，在一定程度上提高了水下地形测量的信息数据准确程度，但是由于其自身的特性以及外界不可抗拒因素的影响，导致了在使用GPS动态定位测量技术的过程出现了诸多的问题，最终影响了信息数据的综合分析结果，从内部因素和外部因素两个方面进行阐述，具体表现如下：
从内部影响因素来讲，首先由于无验潮水下地形测量动态定位技术的运用是对电子信息技术与水下地形测量技术有机结合，其技术本身所蕴含大量具有实用价值意义的测深技术与数据分析技术在内，这也导致了数据技术的数量相对较多，涉及到的领域范围相对较广，容易在技术使用过程中造成混乱，无法针对数据参数对比、观测点设置等基础性工作进行正确的技术使用；其次由于GPS动态定位测量技术包含了大量电子信息设备，操作技术人员在特定观测环境下无法实施正常的操作规程，使得设备仪器不能够正常运行，导致了采集信息数据正确性缺失，同时造成了信息传递渠道阻塞；第三，在进行测量工作的时候没有按照设计标准及要求完成基准站、移动站以及观测点、信息采集点的设置，导致在信息传递过程中无法做到及时有效，造成了信息数据延迟，使得对比信息之间的误差逐步拉大，需要通过更多的信息观测数据来拉平数据之前的差距，其工作量和投入的物资数量增加[4]。
从外部影响方面来讲，主要指的是外界不可抗拒因素所导致出现的观测问题，一方面，由于无验潮水下地形测量作业活动范围多半地处气象条件变幻莫测、地形结构相对复杂的区域内，使得包括海风、海浪以及暴雨等恶劣天气状况对于信息数据的采集、设备仪器的正常运转都带来了较大程度的影响，容易出现信息数据传播中断、观测点控制无法正常链接等现象；另一方面，受气象条件以及设备仪器未能正常运转的影响，导致了在信息采集过程中容易出现较大的信息数据波动，断断续续的信息数据无法准确捕捉观测型号形成准确的参数对比，最终导致测量信息失真，不能够做出正确的指导。
六、提高无验潮水下地形测量定位技术质量控制的方法措施
为了能够提升无验潮水下地形测量技术实施的质量，减少或避免因外界因素和内部因素的影响导致出现了实施作业问题，我们应当在现有技术以及应用措施的基础上进行升级改造，进一步提高水下动态定位测量技术的应用范围和适用程度，为形成具有的准确性和真实性水下定位测量信息数据，应当采取以下几个方面的措施及步骤：
一方面，针对上述所提到在水下地形测量的过程中容易出现的诸多问题，在今后的无验潮水下地形测量首先应当根据不同地域范围和气候条件下选择正确的测量技术、针对不同的海况以及地势设定高低不同的基准站和移动信号接收站，对于接收机应当采用具有实时动态差分功能的SCORPIO 6502/SK GPS接收机来导航定位，而对于基准站来讲应当设在视野开阔的制高点上,周边100 m无强磁场或电信干扰,同时移动站设在测量船上,GPS天线与换能器固定在同一测杆上,并量取了GPS天线到换能器发射面之间的距离，确保信息数据信号源及接收渠道畅通无阻[5]。
另一方面，应当严格执行地形测量技术所规定的各项技术测量标准，包括对于基准站之间的架设距离，信号源的发送与接收频率以及三维立体建模定位等内容，都应当在遵守上述国家技术标准规范的前提下结合实地测量同时参照前期制定的测量计划，逐句逐条按照步骤进行测量活动，重点针对信号数据的采集与传送，防止差别较大、起伏波动较大的数据链影响信息数据分析与计算；同时在此基础上逐步完成对相关测量技术人员的职业技能培训，重点将技术人员对于船舶驾驶、测量仪器使用和日常维护以及信息数据处理终端计算与分析，避免因人为操作失误问题而造成信息数据不准确可用程度不高的现象发生。
第三方面，针对水下地形测量所遇到不可抗拒的外界因素影响，应当在上述措施的基础上，进一步加强地形测量活动的准备工作。一是要做好事前准备工作，应当针对测量区域内做好星历预报，根据测量区域所处的经纬度，选择最佳作业时间，避开卫星数少和PDOP、HDOP不佳的时段，以提高成果精度，制定可行、高效的作业计划；二是要设定合理的测量航线，避免海况、气象条件复杂的航线，同时采用测深线法或散点法均匀地布设一些测点；三是要在信息数据采集结束后，先对原始数据进行滞后改正后再进行编辑，对RTK水位进行修正，编辑完成后利用HYPACK软件或配套软件输出所需格式数据，从而为最终得出测量结果打下良好的基础[5]。
结语：
综上所述，无验潮水下地形测量定位技术的推广与应用是信息科学技术与互联网技术相互作用的产物，转变了传统验潮水下测量技术效率低、信息数据误差较大等技术弊端，因而进一步加强对对无验潮水下测量技术的质量控制，通过技术运用、程序执行以及人员培训等方面措施，使得其简单、高效、快速的技术特征更好地发挥出来，进一步强化水下地形测量活动，为资源的科学化、合理化开发运用提供可靠的技术参考基础。
参考文献：
[1]姜信东.GPS RTK无验潮水下地形测量的应用[J].西部探矿工程,2017,29(11):145-147.
[2]李昱,阎成赟.基于JSCORS的无验潮水下地形测量研究[J].海洋测绘,2014,34(3):48-51.
[3]张玉,安如,张文祥等.无验潮测深模式的误差源分析及质量控制[J].甘肃科学学报,2018,30(1):11-14.
[4]刘晓蕊.GPS 测量技术的特点及在城市建设中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2014,(16):3992-3992.
[5]张伟国,秦玉军.GPS RTK技术在铁路勘测中的发展前景[J].测绘与空间地理信息,2012,35(1):139-141.
论文作者:刘强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/14
标签：测量论文; 地形论文; 数据论文; 技术论文; 水下论文; 潮水论文; 信息论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;