水下地形測(cè)量技術(shù)方法應(yīng)用分析

覃義松

摘 要：水下地形測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，主要是因?yàn)榉篮楣ぷ?、河道整理等工作的不斷開(kāi)展造成的，這些工作都需要準(zhǔn)確且具體的測(cè)量數(shù)據(jù)，因此提升水下地形測(cè)量的技術(shù)是一件重要的事情。本文將根據(jù)水下地形測(cè)量介紹水下地形測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，并進(jìn)行幾種常見(jiàn)的水下地形測(cè)量方法的介紹。

關(guān)鍵詞：水下地形測(cè)量；技術(shù)方法；特點(diǎn)；應(yīng)用

1.前言

水下地形測(cè)量就是對(duì)水下的地質(zhì)情況進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量的結(jié)果利用數(shù)據(jù)以及圖形對(duì)水下的地形地貌進(jìn)行還原。我國(guó)在過(guò)去的一段時(shí)間水下工程的開(kāi)展受到抑制的一個(gè)重要原因就是因?yàn)槲覈?guó)水下地形測(cè)量技術(shù)不夠，因此水下地形測(cè)量技術(shù)的不斷優(yōu)化對(duì)于我國(guó)水下項(xiàng)目的開(kāi)展有著很大的幫助。

2.水下地形測(cè)量的特點(diǎn)

水下地形測(cè)量是在水下使用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行地形地貌的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果一般都是用三維坐標(biāo)來(lái)展示。其中主要是對(duì)點(diǎn)位水深的測(cè)量和位置定位，水深測(cè)量就是對(duì)水底與水面高度差的測(cè)量，該過(guò)程不僅要精準(zhǔn)的進(jìn)行深度點(diǎn)的平面位置的測(cè)量，還需要將陸地位置與高程聯(lián)系起來(lái)，這樣才能夠完成水深的測(cè)量。

水下地形測(cè)量的結(jié)果的展現(xiàn)形式有著很大的不同，可以運(yùn)用斷面圖、水下地形圖還可以運(yùn)用表格等形式進(jìn)行展示。水下地形圖與一般的海圖是不同的，水下地形圖需要運(yùn)用水下等高線等對(duì)水下的地形地貌的變化進(jìn)行描繪，并不是采用等深線來(lái)進(jìn)行描繪的。還有就是水下地形測(cè)量是在水上進(jìn)行測(cè)量的，這樣就給測(cè)量帶來(lái)了很大的困難，測(cè)量的方法也是根據(jù)實(shí)際的水流、深度等情況進(jìn)行改變的。一般在水面不寬、水流速較小的時(shí)候就會(huì)采用全站儀、標(biāo)尺等工具進(jìn)行測(cè)量，但是有時(shí)水面寬、流速大時(shí)就會(huì)采用斷面角度交會(huì)法來(lái)進(jìn)行。對(duì)精度要求較高時(shí)一般采用微波測(cè)距交會(huì)定位系統(tǒng)，相反則會(huì)采用無(wú)線電雙曲線測(cè)定法。

3.水下地形測(cè)量技術(shù)

（一）水深測(cè)量

水深測(cè)量一般會(huì)根據(jù)測(cè)量工具的不同進(jìn)行不同的測(cè)量方法，主要有人工測(cè)量、單波束聲吶測(cè)深儀測(cè)量、多波束聲吶測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量。人工測(cè)量主要運(yùn)用的就是測(cè)深錘、測(cè)深桿等對(duì)水深進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)闇y(cè)深錘能夠測(cè)量的范圍小、不準(zhǔn)確等原因，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。人工測(cè)量主要是對(duì)低于1米的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量，主要是因?yàn)檫@些地區(qū)的水深太淺，使用聲吶的時(shí)候不能夠準(zhǔn)確的將水下的地形地貌進(jìn)行反映。單波束測(cè)深聲吶的用途是為廣泛的，同樣也是一種比較基本的儀器。聲吶是運(yùn)用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)的，它能夠發(fā)出特定的頻率聲波，當(dāng)聲波與物體接觸時(shí)，就會(huì)因?yàn)榻佑|面的材質(zhì)不同發(fā)生不同程度的回彈，測(cè)探儀再將這些回彈的聲波進(jìn)行回收，就可以根據(jù)回彈的速度確定儀器與物體的距離。當(dāng)需要測(cè)量的深度是水面到水底的深度的時(shí)候，可以將測(cè)得的水深與換能器的吃水深度相加，就能夠的出水面到水底的深度。

（二）導(dǎo)航定位

在進(jìn)行水下地形測(cè)量的時(shí)候，必須要求測(cè)量船沿著設(shè)計(jì)過(guò)的測(cè)線進(jìn)行行駛，這樣就能夠根據(jù)規(guī)定時(shí)間或者距離來(lái)獲得某片區(qū)域的水深。在上世紀(jì)九十年代的時(shí)候有很多的定位方法用于水下地形測(cè)量，但是由于科技的不斷發(fā)展，GPS基本已經(jīng)替代了之前所有的定位方法，成為了水下地形測(cè)量工作中的首選。在離岸很近的地方進(jìn)行GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法更加方便快捷，這一方法的基本原理是將一臺(tái)GPS的接收器放在基準(zhǔn)站上，這樣就能夠?qū)梢?jiàn)的GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，之后也能夠通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備將獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，十分的方便。而在流動(dòng)站上，也能夠在GPS接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)候，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備獲得數(shù)據(jù)，并計(jì)算出流動(dòng)站的坐標(biāo)和精確度。

（三）水位觀測(cè)

水位觀測(cè)也是水下地形測(cè)量的一個(gè)步驟，需要將水深測(cè)量與陸地的平面位置與高程聯(lián)系起來(lái)才有實(shí)用價(jià)值。立在岸邊的水中標(biāo)尺就是一個(gè)水位觀測(cè)站，標(biāo)尺的零點(diǎn)高程通過(guò)與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)求得。在測(cè)量的時(shí)候，還需要在相同的時(shí)間間隔內(nèi)獲得標(biāo)尺的讀數(shù)，這樣就能夠根據(jù)繪出的圖標(biāo)確定測(cè)深時(shí)刻水面的瞬時(shí)高程，進(jìn)而計(jì)算出水底的高程。在落差比較明顯的地方還可以通過(guò)設(shè)置多個(gè)水位觀測(cè)站，來(lái)彌補(bǔ)測(cè)量不準(zhǔn)確的漏洞。

（四）光學(xué)定位測(cè)量技術(shù)

光學(xué)定位測(cè)量技術(shù)也是一種水下地形測(cè)量技術(shù)，它一般運(yùn)用于視線能夠看到的區(qū)域的測(cè)量。在測(cè)量的過(guò)程中，全站儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀都能夠使用。在測(cè)量數(shù)據(jù)獲取之后，應(yīng)該根據(jù)前后方交會(huì)法對(duì)所測(cè)區(qū)域的地形地貌進(jìn)行判斷。但是在實(shí)際測(cè)量中，由于后方交會(huì)法需要在陸地上安置大量測(cè)量標(biāo)志，并且這些測(cè)量標(biāo)志會(huì)影響到測(cè)量的效果，因此雖然這種方法的操作性強(qiáng)且簡(jiǎn)單，但是因?yàn)檫m用范圍太小，而不被人們廣泛的使用。

（五）無(wú)線電定位測(cè)量技術(shù)

無(wú)線電定位測(cè)量技術(shù)需要用到雷達(dá)電臺(tái)、衛(wèi)星以及接收儀等一些設(shè)備，通過(guò)這些設(shè)備來(lái)獲取相關(guān)的水下地形的數(shù)據(jù)。在實(shí)際的測(cè)量中，需要根據(jù)真實(shí)情況的不同來(lái)選擇使用無(wú)源還是有源的定位方式，這兩種定位方式使用的定位方法也不相同。因此使用這一方法進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)應(yīng)該根據(jù)不同的情況使用不同的方法。

4.水下地形測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

（一）無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量

無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量運(yùn)用的是GPS無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行的，基本的原理就是因?yàn)镚PS流動(dòng)站天線與測(cè)深儀的換能器安裝在同一平面上，這樣在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候就能夠根據(jù)基準(zhǔn)站通過(guò)電臺(tái)發(fā)出的改正數(shù)值將流動(dòng)站的數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，獲取高精度的平面坐標(biāo)、高程坐標(biāo)以及數(shù)字測(cè)深儀在該平面處的水深數(shù)據(jù)。這樣就能夠根據(jù)所得的數(shù)據(jù)計(jì)算出數(shù)字測(cè)深儀的高程坐標(biāo)，從而同無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量獲得的平面坐標(biāo)一起構(gòu)成一個(gè)三維的坐標(biāo)。通過(guò)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件形成需要的水下地形圖，無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量方式不受波浪以及潮位的影響，因此它是一種非常理想的水下地形測(cè)量方法。

（二）無(wú)人測(cè)量船測(cè)量水下地形測(cè)量

隨著科技的不斷進(jìn)步，無(wú)人船也被運(yùn)用到了水下地形測(cè)量中來(lái)，通過(guò)無(wú)人船的使用能夠?qū)⑺碌匦螠y(cè)量所需要的工具都安裝到無(wú)人船上，這樣再結(jié)合聲吶、全球定位系統(tǒng)等一些遙控設(shè)備以及遠(yuǎn)程控制設(shè)備，就能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量人員只在岸上進(jìn)行簡(jiǎn)單的按鍵操作就能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的水下地形的測(cè)量，岸上的測(cè)量人員還能夠通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)觀看無(wú)人船上的情況，只在岸上對(duì)無(wú)人船上傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算就能夠完成任務(wù)。這一技術(shù)的興起更高效的利用了人力，讓企業(yè)的工作效率得到了提升，但是這一方法在離岸較遠(yuǎn)或者風(fēng)浪較大沒(méi)有信號(hào)或者影響信號(hào)的情況下都不能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，也就不能進(jìn)行水下地形測(cè)量。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的增高，我國(guó)對(duì)于水下地形測(cè)量的需求就會(huì)越來(lái)越多，但是現(xiàn)今的許多水下地形測(cè)量技術(shù)方法還有許多的漏洞，因此想要讓我國(guó)的水下地形測(cè)量技術(shù)得到不斷的發(fā)展與完善，就需要不斷的加深對(duì)水下地形測(cè)量的研究，這樣才能夠讓水下測(cè)量技術(shù)得到不斷的進(jìn)步。

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