摘要：以某省码头疏浚工程的水下地形测量为研究对象，介绍了水下测量技术的工作原理和作业过程，总结相应的经验来指导今后的工作，以期推动水下地形测量技术在码头疏浚工程建设中的有效应用。
关键词：水下地形测量；工作原理；作业过程；精度
码头疏浚等需要高精度的水下地形图,但受水流和测量船体等因素的影响，导致测量难度较大、断面点实际定位不精确、测量质量偏低。传统水下地形测量是通过测深杆和测深锤进行，这些方法操作复杂、劳动强度大、对工况要求高，且测量的精准性、精度不足，无法依据测量数据绘制准确的地形图和断面图，影响了码头疏浚工程的顺利开展。因此，与时俱进，积极采用先进水下地形测量技术具有重要的意义。
1 水下地形测量特点分析
水下地形测量是在对水下地貌地质进行测量的基础上，用数据和图形对水下地形进行还原和描述的过程，主要包括水深测量和平面位置测量。水下地形测量主要特点有：水下地形图在投影、坐标系统、基准面、图幅分幅及编、内容表示、综合原则以及比例尺确定等方面都与陆地地形图相一致，但在测量方法上相差较大；水下地形测量时，每个测点的平面位置与高程一般是用不同的仪器和方法测定；水下地形测量时，水下地形的起伏看不见，不像陆地上地形测量可以选择地形特征点进行测绘，而只能用测深线法或散点法均匀地布设一些测点。水下地形测量的内容不如陆上的那样多，一般只要求用等高线或等深线表示水下地形的变化。
2 工程概况
某省的码头疏浚工程分2期进行，其疏浚范围是二港池通航水域，包括二港池进港支航道、回旋水域，水域总面积43.3万m2，疏浚量为102万m3。该工程的防波提为斜坡式防波堤结构，长1101m。在疏浚工程开始前，需对该部分水域的地形条件进行测量，绘制水下地形图，便于开展各项工作。
3对码头疏浚工程进行水下地形测量
GPS-RTK技术具有作业效率高、定位精度高、数据安全可靠、没有误差积累、全天候作业、作业自动化、集成化程度高、操作简便、数据处理能力强等优点，本项目拟采用该项技术。其工作原理是RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，而流动站通过无线电接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站基线向量（ΔX，ΔY，ΔZ）；基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点WGS84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x，y和正常高h。RTK组成部分有：基准站，接收GPS信号，包括导航电文信号;提供差分坐标，星历等信号；移动站，接收GPS信号及基准站差分信号，并进行解算，得到实时的高精度定位结果；差分传送，将基准站的差分数据传输给移动站包括测站坐标、观测值、卫跟踪状态等数据；手簿，内置RTK测量软件，可设置基准站，移动站的工作参数，显示移动站实时坐标成果，计算测量参数，进行辅助线路设计等功能。
3.1控制测量
水下地形测量的平面和高程控制应尽可能与陆上地形测量构成统一整体，只有在某些不需要进行陆上地形测量的情况下，才能单独为水下地形测量建立独立的平面和高程控制。根据河流的大小和测区的范围，平面控制网可沿河流两岸布设成小三角锁或导线，其等级和精度应与陆上地形测量相应比例尺地形图的要求相同并尽可能与国家控制点或高级控制点联测。
3.2水位观测
水下地形测绘需与陆地上平面位置与高程建立联系才具有实际意义，而水位观测可建立测深与高程系统之间的联系。简单的水位观测站通过在岸边立标尺，标尺零点高程通过与水准点联测计算得出。水深测量期间，按时间间隔对标尺进行读数，并绘制成水位-时间曲线，通过阅读曲线点位就能得出测深时水面的瞬间高程，再根据水深就可计算得出水底的高程。在落差较大的地区，应设置多个水位观测站，并利用其测值按距离或高差进行归算改正。
3.3水深测量
水深测量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前，先要确定测区范围和测图比例尺，设计图幅，准备图板和展绘控制点，布设测深线和验潮站，以及确定验流点和水文站的位置。测量时，测量船沿预定测深线连续测深，并按一定间隔进行定位，同时进行水位观测。回声测深仪只能沿测线测量水深值，而多波束测深仪能够一次给出与航向垂直的剖面内几十个甚至上百个水下测点水深值的测量仪器，具有测量范围大、速度快、精度高记录数字化以及成图自动化等优点，可立体测浮和自动成图。本项目采用多波束测深仪进行测深。测深点的布置：为连续测得水深，必须选择适当的测深线间隔和方向；测深线间隔一般取为图上1厘米，测深线方向一般与等深线垂直。
3.4数据处理
3.4.1测线法
比较被检测点与其相邻的点的高差或者坡度。如某点与其相邻点的高差符号相反且大于一定的值，或两个相邻的坡度符号相反且大于一定的值，可判断此点为异常点而剔除。此法对于一些“孤点”的判定十分有效。
3.4.2抗差的圆域法
自然地形表面符合一定的自然趋势，另外还有信号和噪声。地形点之间有一定的相关性。这是粗差探测的基础。所谓圆域法是逐点在一定的范围(圆域)内，根据周围的点判断被检测点是否为异常点。但经典的假设理论(粗差归入函数模型)不具有抗差性，特别是粗差成簇出现时，剔除的效果不理想。为此，将粗差归入随机模型，即把含粗差观测值视为取自同期望异常大的方差母体的子样，建立抗差的圆域法数据模型。
3.5绘图
定位点绘图的方法有图解法和解析法两种。图解法定位指用仪器或用格网法直接将定位点绘入图板。格网法可不同定位方法在图板上绘制成各种形式的格网图，一般有辐射线格网、等角圆弧格网、距离格网、双曲线格网等方法。解析法定位是通过计算机辅助地图制图系统，输入测定的参数，自动计算点位坐标值并自动绘图。
3.6提高GPS-RTK作业效率的方法
3.6.1摸清仪器特性
通过反复试验得出在各种条件下仪器的适应特性，例如在各种条件下的测量误差和作业半径、能否达到标称精度、仪器的稳定性、各种条件下的所耗时间及初始化能力等等，以便操作时能根据不同情况调整。
3.6.2注重基准位置的选择
为便于接收卫星信号和数据链信号，应在点位较高的控制点上设置基准站，且控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/3倍。为避免出现作业盲点和方便对RTK测量成果进行控制检核，应在不良环境测区内增设部分控制点，控制点的选点还要避免多路径效应和无线电干扰。
3.6.3合理选择作业时间
通过查询相关单位星历资料掌握测区的卫星分布情况，编制可行的作业计划，尽量避开中午电离层干扰大的时段和卫星信号盲区，提高作业效率。
4 结束语
码头疏浚对于防洪防汛、生态保护、经济贸易具有重要意义，必须保障码头疏浚工程的施工质量。积极采用先进的水下地形测量技术,为码头疏浚提供可靠的数据和水下地形图，可以促进码头疏浚工程更好发展。
参考文献：
[1]赵建虎，张红梅.水下地形测量技术探讨[J].测绘信息与工程，1999.
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[3]顾孝烈，鲍峰，程晓军.测量学[M].上海:同济大学出版社，1999.
[4]王国海航道疏浚工程施工中存在的问题[J]江西建材，2009.
论文作者:罗晓兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
标签：测量论文; 水下论文; 地形论文; 作业论文; 基准论文; 高程论文; 水深论文; 《基层建设》2018年第23期论文;