測深儀在城市河道測繪中的應用

王寧

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安710002）

1 引言

當前，城市河道建設以及河道整治已經成為了生態城市建設和城市生態恢復的一個重要組成部分。對城市河道進行基礎測繪，以求產生精確的數據與圖紙，能為生態城市建設的科學規劃和合理開發提供技術和數據方面的保障。

2 測深儀的原理

2.1 回聲測深原理

回聲測深是一種利用聲波在水中的傳播特性來進行水深測量的技術。在均勻介質中聲波傳播為勻速直線傳播，在不同介面則上會發生反射，正是基于此原理，選擇了對于水的穿透能力最佳并且頻率位于1500Hz附近的超聲波作為從水面垂直向水底進行發射的聲信號，通過從聲波發射到信號返回的時間間隔模擬或直接計算，來進行水體深度的測定。

2.2 多波束測深原理

多波束測深系統，正是在回聲測深儀基礎上所發展起來的。它能在和航跡垂直的平面內一次性測定上百個測深點水深值，從而獲得一條一定寬度的全覆蓋的水深條帶，從而精確快速地測出沿航線一定寬度范圍內水下目標的大小、形狀和高低變化，這樣就能比較可靠地描繪出水下地形地貌的精細特征。

3 測深技術要求

3.1 一般規定

在測量水深前應先檢查平面控制點，校對基準面和水尺零點或自記水位計零點的關系。測量中應采用有模擬記錄的單波束或多波束的回聲測深儀，在淺水區測探宜采用測深錘或測深桿。測深應在風浪較小時進行。

測深定位點點位中誤差，應該滿足限差要求：測圖比例＞1：5000時，限差不應大于圖上 1.5mm；比例≤1：5000時限差不大于圖上 1.0mm。在忽略平面位移情況下，水深測量的深度誤差要求：當水深 H≤20m，限差±0.2m；當水深 H＞20m，限差±0.01h。

航道測量中要按照內河、沿海的實際需要及水深變化進行基本測量和檢查測量或維護性測量。對沿海航道來說，基本測量周期3～8年，內河航道則為10～15年。對于測區內有變化的沿海航道以及港區應定期進行航道檢查測量。檢測周期按年、季、月、旬進行劃分，內河維護性測量則應按照航道的實際變化進行。

航道的基本測量要充分利用已有測量成果，而控制網和地形則應按實際變化進行復測、局部修測或補測，然后提交完整的控制點成果及地形資料。航道檢查測量或維護性測量則要按照實際情況確定測量內容。

3.2 測深線布設

主測深線應垂直于等深線總方向、挖槽軸線或岸線進行布設，亦可布設成平行線、螺旋線或者 45°的斜線。測深線間距：內河重點水域，圖上10～15mm；內河一般水域 15～20mm；沿海地區，10mm。測深檢查線應與主測深線垂直，其長度不小于主測深線總長度的 5%。而不同測深組測深的相鄰測段還要有一條重合測深線；在同一測深組不同時期測深的相鄰測深段還要布設兩條重合的測深線。

3.3 定位

測深定位點間距按項目類型和儀具類型要符合圖上的最大間距要求。定位中心和測深中心應一致，偏差不大于圖上0.3mm，若超限則進行歸心改正。GPS定位，水深測量開始之前應在高級點上對差分 GPS接收機進行檢驗及比對，比對時間不少于 1h。通過 DGPS定位系統所測得的 WGS-84坐標，需轉換成測圖或施工所用的坐標，而且要滿足定位精度的要求。

3.4 測深

測深進行前測量船應和水位站及定位觀測站進行校對時間。水位觀測應在測前10min開始，在測后 10min結束。測深儀要進行定期檢驗。每次測深前、后應對測深儀進行現場比對。采用的檢查手段有聲速儀、水聽儀、檢查板等技術性手段以及水文資料計算深度改正數等經驗性手段。

4 測深關鍵誤差分析

為獲得提高城市河道測繪工程質量的方法，要先進行關鍵環節質量影響因素（誤差）分析，當找出所有影響項目實施質量的因素之后，進行其中的關鍵因素分析，并制定相應改進措施。

城市河道的測繪誤差主要來源于以下三方面：

1)測量儀器：每一種儀器只具有一定限度的準確度從而必須帶來誤差。

2)觀測者：考慮到觀測者的感官鑒別能力有一定的局限性，在儀器的操作過程中也可能產生誤差，同時還有觀測者的技術水平、工作態度的因素。

3)外界條件：測量中溫度、濕度、風力、大氣、鹽度等因素和變化均對觀測數據會有直接影響。尤其是高精度測量，更要重視外界條件產生的誤差。目前河道測量誤差來源列表如表4-1所示：

表4-1 誤差來源列表

5.某江段測量實例

本文進行了某江段的實測工作，基本步驟如下：

1）測深線布設：

主航道測深線間距 100m，總計 372條；重點區域內采取加密測量，測深線間距50m，內插 37條；在港口處布設一條，向內測深線的間距為 50m，至港內第一座橋外側一條共計 12條。在平行于航道中心線的方向布設一條檢查線，其長度約 37km，用以檢查測量成果準確性。

2）測前儀器比對：

所有測量設備都具有合格的計量證書，均按規范要求定期進行率定，從而確保了測量設備在正常使用期內投入本次工作。在水深測量之前，對所使用的 GPS和測深儀進行檢校以及嚴格的校準、比對。

a）水深測量定位 GPS的比對

將城市城建坐標轉換參數輸入 HYPACK MAX水道測量程序，在已知的平面控制點 G3310、G3173上精確架設 GPS接收機，然后在RTK-DGPS鎖定狀態下進行坐標數據采集，取其平均值和該點已知理論坐標值進行比對；最大位置誤差小于30cm，平面定位精度滿足規范要求。

b）測深儀比對

測深前后在測區內對測深儀現場比對，比對方法采用校正板進行，首先對校正板的深度繩用鋼卷尺進行精確校準，然后在測區附近選擇水面較平靜，同時流速較小，并且測深儀處于正常工作狀態時進行校對，每 2m 一個臺階，誤差小于0.03m。在測深之前，校對驗潮時間和 HYPACK軟件的時間，確認一致后進行測量。經過比對校準，保證水深測量的測深精度滿足規范要求。

3）測量方法：

采用 SDH-13D回聲測深儀進行測深，采用 RTK-DGPS、VRS方法進行平面定位，專用水道測量軟件 HYPACK MAX完成水深及定位點數據采集。由于江段碼頭作業區船舶眾多并且兩岸灘地過淺，測量斷面兩端無法一次測足，為此，測量組通過在測量小艇上安裝 GPS接收機或采用導標距離法完成定位，在高潮位時進行兩岸淺灘的測量，碼頭前沿水深則用測深錘測量。

4）驗潮及水位改正：

采用人工方式進行驗潮，即在驗潮站采用皮尺人工量取，每十分鐘記錄一次，精確至 0.01m。水位改正則按單站改正，改正的區域劃分按照圖幅來確定。

6.結論

本文旨在通過分析城市河道測繪工程中測深儀的原理，測深技術的要求以及對測深關鍵誤差的分析，獲得改進城市河道測繪工程工藝、流程的優化方法，從而為科學規劃、合理開發河道建設提供精確技術及數據保障。

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