水深測量技術在航道工程中的簡單應用

張猛

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水深測量技術在航道工程中得到了廣泛的應用。因此，探討水深測量技術在航道工程中的簡單應用具有重要的作用。本文首先對水深測量的基本原理進行了概述，詳細探討了提高航道工程水深測量精度的措施，旨在促進航道工程的快速發(fā)展。

關鍵詞：航道工程；水深測量；技術應用

GPS技術在陸地測量中的應用已經(jīng)比較成熟，在水深測量中的應用也已經(jīng)興起。公司以往的水深測量多采用陸地全站儀測量定位，測量繩和測深錘測量水深的方法，精度難以保證，工作難度大，外業(yè)測量人員也很辛苦，且成圖時間長。使用GPS技術后，特別是RTK技術的出現(xiàn)，使得水上測量可以采用無驗潮方式進行工作，減少了測量人員的勞動強度，自動化程度高提高了測量精度，也提高了工作效率。

1水深測量的基本原理

1.1測深系統(tǒng)基本原理

常規(guī)測深法是利用水準測量方法，計算水面與深度基準面之間的關系，用回聲定位法測出水面到泥面距離，計算出泥面高程。無驗潮測深法是利用GPS接收天線中心獲得測點的位置和基準面的關系，與常規(guī)測深法相同，量取GPS接收天線中心到測深儀換能器距離以及測深儀換能器測得與泥面的距離，得出泥面高程。

測深儀換能器連續(xù)的向水下發(fā)射聲波，利用回聲定位的原理測得聲波在水下傳播的時間，從而得到相應位置水深值，經(jīng)過測量軟件處理，可得到水下地形特征點高程。

1.2回聲測深原理

假設聲波在水中的傳播水面速度為V，當在換能器探頭加窄脈沖聲波信號，聲波經(jīng)探頭發(fā)射到水底，并由水底反射回到探頭被接收，測得聲波信號往返行程所經(jīng)歷的時間為t，則：Z=VT/2

z就是從探頭到水底的深度，再加上探頭吃水就是水深了。

1.3水底信號識別技術

雖然回深測深的原理很簡單，但水中的情況卻是很復雜的，有干擾回波、有魚群出沒或雜物的回波，水底的反射條件各不相同，在淺水區(qū)還有可能出現(xiàn)二次、三次回波，如何從眾多的雜波中跟蹤得到真正的水底回波信號，需要采用相關的水底門跟蹤技術（也叫時間門跟蹤技術）、脈寬選擇、信號門檻、自動增益控制、時間增益控制（TVG）等技術。

2航道工程水深測量誤差產(chǎn)生的原因

2.1水深測量中測深和定位儀器本身產(chǎn)生的系統(tǒng)性誤差

在水深測量中，數(shù)字化的測量精度非常容易受到信號的遮擋，因此產(chǎn)生的影響相對比較大，測量過程中特別容易發(fā)生超出儀器誤差標稱值的范圍，有的甚至在水深測量過程中無法正常地進行。其與基站的影響，基本與距離形成正比的關系，一般說來，距離如果越遠，那么其產(chǎn)生的影響則就越大，一般是在5km的范圍之內(nèi)就能夠更好地滿足小于或等于1：500水深測量精度的根本要求。

2.2測深儀換能器桿安裝出現(xiàn)偏差造成的誤差

因為換能器桿連接了RTK的天線以及換能器，當安裝的換能器桿如果出現(xiàn)不夠垂直的情況，那么則將形成的偏角最終將造成測深儀測量的水深值產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差。此外，因為RTK天線不垂直從而造成RTK測量得到的高程要比實際測量的數(shù)值要偏小一些，因此也就會產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差。

2.3采樣速率以及延遲問題所產(chǎn)生的誤差問題

GPS定位輸出的更新率會直接影響到瞬時采集的數(shù)據(jù)的精度及密度，要是定位的設備以及測深設備的數(shù)據(jù)通訊沒有同步一致，那么就會導致測深值出現(xiàn)位移，造成所測量的區(qū)域內(nèi)航道的水底形狀發(fā)生失真的情況。出現(xiàn)的不同步狀況最為主要的表現(xiàn)就是，在軟件發(fā)送給RTK接收機的定位時刻與發(fā)送給測深儀的測深標記時刻不同步，最終因為出現(xiàn)延遲而導致誤差情況的出現(xiàn)。

3提高航道工程水深測量精度的措施

3.1可以將測深延遲效應產(chǎn)生的影響加以消除

現(xiàn)如今，在航道工程中，使用的測量導航軟件基本都具有的功能是實時改正，然而這就需要用戶在進行測量作業(yè)之前就必須進行要對其必要性進行相關的測試，在一定航速之下兩者之間存在的時間關系準確計算出，同時可以在后續(xù)的水深測量工作中盡可能地確保測量的船速以及測定的船速是一致的，最終對于這一部分的誤差可以有效地減少。

3.2對于測量儀器自身存在的系統(tǒng)誤差應盡量消除

測量過程中應當選擇精度能夠滿足基本要求同時還能經(jīng)過相關的計量部門進行檢定后屬于合格的設備和儀器。為了確保測量技術的定位以及高程測量的精確度，需要保證進行測量的區(qū)域周圍最少應當要有三個己知的高等級的測量地點，而且待測定的區(qū)域應當在這些點連接的范圍之內(nèi)，并且應當控制基準站以及移動站之間的作業(yè)距離，通常而言，不應大于5km。實施每日的測量作業(yè)時，需要對水深進行對比測量，對測深儀器進行校驗時可以采用檢查板法，進行每天測量之前需要將人工觀測的水位與測量的水位進行對比，分析其是否具有可靠性。

3.3針對測深儀換能器桿的安裝必須要確保其是豎直安裝

在航道工程水深測量過程中，測深桿的傾斜度一旦超過了10度，那么這就會對測量的結(jié)果產(chǎn)生非常大的影響。所以要想有效地確保測深桿能夠處于豎直向下的狀態(tài)，在水深測量中可以采用垂球標定的方法，從而實現(xiàn)對測深桿角度的調(diào)整。因為在航道工程的水深測量工作中，因為在行進的過程中，船會出現(xiàn)抬頭的狀況，因此標定工作需要要在船處于勻速行駛的狀態(tài)中進行，然后對測深桿的角度進行調(diào)整，這樣可以有效地保證船在航線測量的過程中，其測深桿的狀態(tài)一直是處于豎直向下的狀態(tài)中。一般操作過程中，主要是在每天的上午和下午進行測量之前各標定一次，避免因為測深桿拉線松動繼而導致測深桿發(fā)生傾斜的情況。一般而言，水深測量需要在風浪情況相對較小的狀態(tài)之下進行。

4結(jié)束語

綜上所述，探討水深測量技術在航道工程中的簡單應用對提升水深測量技術的水平具有重要的作用。因此要進一步提高航道工程水深測量精度的措施，這樣才能促進航道工程的快速發(fā)展。