水下地形測量方法解析

摘 要：隨著工程技術的發展，水下地形測量技術的應用更加廣泛，文章結合水下地形測量的作用和技術特點進行分析，望廣大同行給予指導。

關鍵詞：作用；特點；區別GPS技術

1 水下地形測量的具體作用

（1）很多大壩在泄洪的過程中會因大壩溢流壩段下游沖刷形成大型的沖刷坑，所以必須對沖刷坑的深度和淤泥厚度進行監測。（2）大壩在建成后會攔截很多淤積物、垃圾、野生植物，這就會對大壩上游造成影響，從而導致大壩運行受到干擾，所以要對大壩上游的淤積變化進行監測。（3）大壩下游的橋梁在泄洪過程中會受到水流沖刷，這樣就會影響到水下橋墩的結構安全，所以必須采取措施對橋墩的水下結構進行監控，并及時補救。

2 水下地形測量的特點

2.1 水下地形的完全不可預見性

隨著水流的沖刷，水下地形結構往往是千變萬化的，所以在測量的過程中不能忽略每一個測點。在測量過程中會因為水流的流動方向造成測量重復和遺漏的現象，所在測量前必須根據比例尺的要求在水下的每個地形點制定好斷面方向，并進行均勻布測。如果不能對斷面進行布測時可以使用散點法，但要保證比例尺的設定間距。

2.2 常用的水下地形測量方法與同步性

水下地形測量我們經常會用到斷面索定位法、交會法、極坐標法、無線電定位法、GPS定位等方法，下面我就針對這些測量方法進行分析。（1）斷面索定位法：這種方法比較適用于1：500比例尺水下地形圖。當水面的測量面較窄、測深點的密度大時，其他的測量方法是不能滿足的，所以當水下地形圖確定為1：500時多采用此方法。（2）交會法：和陸地測量一樣。水下地形測量也分為前方交會法和后方交會法。（3）極坐標法：這種測量方法需要使用經緯儀在水面配合，如果測量水面較小、無風浪可以使用這種方法。（4）無線電定位法：多用于大江河和海洋的測深定位，目前中種方法是測距精度最高、操作最為方便的方法，同時它受視線和氣候的影響最小。（5）GPS定位：這是我們在本文重點討論的測量方法。

2.3 水下地形點的高程計算公式

陸地測量中可以對地形進行直接的測定，但是在進行水下地形測量時要將水面高程進行刨除，這就形成了以下公式：

H=W-d（H：圖上高程 W：相應水位 d：水深）

通過這個公式也反映出水下的地形高程是由水位高程和水深兩個部分組成的。

2.4 水下地形測量的同步性

在進行水下地形測量的過程中，水深和水下平面位置是分別進行的，但是由于水流影響水下的地形在不斷變化，所以在測量中必須保證水位、水深、水底位置要處于同一時間段，以提高水下測量的精確性。水下地形測量的組要內容包括水下地形平面位置、水深、水位變化。所以保證三者的同步性是提高測量數據精度最有效的辦法。

3 水下地形測量的GPS方法

3.1 水下地形測量方法

（1）光學地形測量方法：光學定位法，即光學經緯儀配合測深儀定位法。由于測量時受到通視條件、能見度、氣候、測站條件等限制，造成觀測精度變低，且同時要進行水位測量，則無法保證水下測量作業的精確度。（2）利用GPS技術在進行水下地形測量的過程中，通常利用一臺固定接收機校準已知的坐標點，在利用一臺可移動接收機作為運動載體。在操作中利用衛星進行觀測，這樣使測量精度和速度都得到保證，確保測量作業的全天候。

3.2 GPS具體實施的常用方法和步驟

（1）基準站、流動站組合的動態實時定位（RTK）測量模式。此種模式下的測量精度最高，平面位置精度可達到分米至厘米級，基準站與流動站間的距離一般設置為5km左右，由于電臺功率以及遮擋情況的存在，影響數據傳輸，使得一些測點還是會出現盲區，造成數據中斷。（2）基準站、流動站組合的偽距差分實時定位測量模式。此種模式使用單頻GPS接收機，平面位置精度一般為1m左右，可滿足1：10000比例尺水下地形圖的精度要求，基準站與流動站間的距離一般為10km左右，但同樣由于電臺功率以及周邊遮擋的情況，在一些測點處一樣會出現盲區，影響數據傳輸的連續性，造成數據采集的中斷。（3）由流動站與永久性運行的跟蹤站相連接的偽距差分后處理測量模式。此種模式下的測量精度與第二種方案精度相當，由于采用后處理方式，可得流動站在測量過程中每一觀測歷元的高精度坐標，不需要在流動站與基準站之間建立數據傳輸，流動站亦不受電臺功率及周邊遮擋的影響，不會出現盲區，保證了測量數據的完整性和精確性。

3.3 RTK技術的應用

RTK技術就是使用GPS進行相位差分。在GPS測量中通常以載波相法作為基礎數據，對實際地形進行GPS測量。在測量過程中使用叫實際數據和測量結果相互結合，構成了實際地形的基礎數據，首先將基準站架設在一個已知控制點上，然后再使用其它的移動測站連接衛星，最為通信傳輸系統，移動測站通過衛星進行接收和發送數據。當一段地形進行測量后，就將測回內所有的測設點數據進行保存，并通過計算機進行數據分析，得出測設點的數據。

3.4 水下粗差高程點的探測方法

水下地形測量是一種動態測量效益，這與陸地上測量時截然不同的，在水下測量數據受水和大氣的雙重影響，尤其是水流、水的質量、水下運動體等因素的干擾都要遠遠強于陸地測量。所以水下測量所得的數據比陸地測量所得的數據更加容易受到干擾造成較大偏差。所以在進行水深值測定時通常應用電能轉化器將電能向水底發射，水底反彈的回波又會通過轉化器變成電能。通過軟件的數據處理和分析后形成完整的數據顯示出來。

4 水下地形圖的繪制

水下地形圖的繪制是通過軟件根據時間和測量間隔而進行的。依據北京坐標系換算出大壩坐標系，采用大壩自身坐標系統，以大壩中軸線為X軸，壩左為正、壩右為負，垂直于壩軸線且相交于壩左、壩右分界點的直線為Y軸，下游為正、上游為負，高程使用黃海基準。最后根據計算機記錄的定位數據、水深數據、水位數據，通過數據的加載，將測量數據轉化成CAD文件，并且根據需要繪制出各種不同的水下地形圖。

5 現行技術面臨的問題

5.1 水下地形測量技術的優勢

通過本文的分析，我們得知水下地形測量技術的應用已經十分成熟，尤其在數據采集和成圖技術中已經能達到監控需要，其優點如下：（1）通過GPS技術，我們可以應用相應軟件，對測量過程進行控制，并且可以同時對水下坐標值和水深情況進行相應的收集。（2）測量軟件系統可以對水深值進行自動平差，使水深值的數據變得更加精確。（3）通過GPS程序的支持，可以繪制出較精確地水下等高線地形圖。并且可以根據不同需要調整比例尺。

5.2 面臨的問題

在測量中所使用的測量軟件都是配合單一的GPS設備所使用的，這使數據的流通分析很麻煩，同時也影響了對數據的分析研究，希望在以后的工作時間中可以不斷的進行完善。

參考文獻

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[3]馬成武，趙紅旭，陳和權，等.GPS RTK技術聯合數字化測深儀在水下地形測量中的應用[J].東北水利水電，2010.

作者簡介：劉奕，女，大學本科，職稱（目前）：助理工程師，目前主要從事水口電站水工觀測工作。