水深測(cè)量技術(shù)在航道工程中的簡(jiǎn)單應(yīng)用

張猛

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水深測(cè)量技術(shù)在航道工程中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，探討水深測(cè)量技術(shù)在航道工程中的簡(jiǎn)單應(yīng)用具有重要的作用。本文首先對(duì)水深測(cè)量的基本原理進(jìn)行了概述，詳細(xì)探討了提高航道工程水深測(cè)量精度的措施，旨在促進(jìn)航道工程的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：航道工程；水深測(cè)量；技術(shù)應(yīng)用

GPS技術(shù)在陸地測(cè)量中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，在水深測(cè)量中的應(yīng)用也已經(jīng)興起。公司以往的水深測(cè)量多采用陸地全站儀測(cè)量定位，測(cè)量繩和測(cè)深錘測(cè)量水深的方法，精度難以保證，工作難度大，外業(yè)測(cè)量人員也很辛苦，且成圖時(shí)間長(zhǎng)。使用GPS技術(shù)后，特別是RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得水上測(cè)量可以采用無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行工作，減少了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，自動(dòng)化程度高提高了測(cè)量精度，也提高了工作效率。

1水深測(cè)量的基本原理

1.1測(cè)深系統(tǒng)基本原理

常規(guī)測(cè)深法是利用水準(zhǔn)測(cè)量方法，計(jì)算水面與深度基準(zhǔn)面之間的關(guān)系，用回聲定位法測(cè)出水面到泥面距離，計(jì)算出泥面高程。無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深法是利用GPS接收天線中心獲得測(cè)點(diǎn)的位置和基準(zhǔn)面的關(guān)系，與常規(guī)測(cè)深法相同，量取GPS接收天線中心到測(cè)深儀換能器距離以及測(cè)深儀換能器測(cè)得與泥面的距離，得出泥面高程。

測(cè)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(cè)得聲波在水下傳播的時(shí)間，從而得到相應(yīng)位置水深值，經(jīng)過(guò)測(cè)量軟件處理，可得到水下地形特征點(diǎn)高程。

1.2回聲測(cè)深原理

假設(shè)聲波在水中的傳播水面速度為V，當(dāng)在換能器探頭加窄脈沖聲波信號(hào)，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(cè)得聲波信號(hào)往返行程所經(jīng)歷的時(shí)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(hào)識(shí)別技術(shù)

雖然回深測(cè)深的原理很簡(jiǎn)單，但水中的情況卻是很復(fù)雜的，有干擾回波、有魚群出沒(méi)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(hào)，需要采用相關(guān)的水底門跟蹤技術(shù)（也叫時(shí)間門跟蹤技術(shù)）、脈寬選擇、信號(hào)門檻、自動(dòng)增益控制、時(shí)間增益控制（TVG）等技術(shù)。

2航道工程水深測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

2.1水深測(cè)量中測(cè)深和定位儀器本身產(chǎn)生的系統(tǒng)性誤差

在水深測(cè)量中，數(shù)字化的測(cè)量精度非常容易受到信號(hào)的遮擋，因此產(chǎn)生的影響相對(duì)比較大，測(cè)量過(guò)程中特別容易發(fā)生超出儀器誤差標(biāo)稱值的范圍，有的甚至在水深測(cè)量過(guò)程中無(wú)法正常地進(jìn)行。其與基站的影響，基本與距離形成正比的關(guān)系，一般說(shuō)來(lái)，距離如果越遠(yuǎn)，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(cè)量精度的根本要求。

2.2測(cè)深儀換能器桿安裝出現(xiàn)偏差造成的誤差

因?yàn)閾Q能器桿連接了RTK的天線以及換能器，當(dāng)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(cè)深儀測(cè)量的水深值產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差。此外，因?yàn)镽TK天線不垂直從而造成RTK測(cè)量得到的高程要比實(shí)際測(cè)量的數(shù)值要偏小一些，因此也就會(huì)產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差。

2.3采樣速率以及延遲問(wèn)題所產(chǎn)生的誤差問(wèn)題

GPS定位輸出的更新率會(huì)直接影響到瞬時(shí)采集的數(shù)據(jù)的精度及密度，要是定位的設(shè)備以及測(cè)深設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊沒(méi)有同步一致，那么就會(huì)導(dǎo)致測(cè)深值出現(xiàn)位移，造成所測(cè)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(jī)的定位時(shí)刻與發(fā)送給測(cè)深儀的測(cè)深標(biāo)記時(shí)刻不同步，最終因?yàn)槌霈F(xiàn)延遲而導(dǎo)致誤差情況的出現(xiàn)。

3提高航道工程水深測(cè)量精度的措施

3.1可以將測(cè)深延遲效應(yīng)產(chǎn)生的影響加以消除

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

3.2對(duì)于測(cè)量?jī)x器自身存在的系統(tǒng)誤差應(yīng)盡量消除

測(cè)量過(guò)程中應(yīng)當(dāng)選擇精度能夠滿足基本要求同時(shí)還能經(jīng)過(guò)相關(guān)的計(jì)量部門進(jìn)行檢定后屬于合格的設(shè)備和儀器。為了確保測(cè)量技術(shù)的定位以及高程測(cè)量的精確度，需要保證進(jìn)行測(cè)量的區(qū)域周圍最少應(yīng)當(dāng)要有三個(gè)己知的高等級(jí)的測(cè)量地點(diǎn)，而且待測(cè)定的區(qū)域應(yīng)當(dāng)在這些點(diǎn)連接的范圍之內(nèi)，并且應(yīng)當(dāng)控制基準(zhǔn)站以及移動(dòng)站之間的作業(yè)距離，通常而言，不應(yīng)大于5km。實(shí)施每日的測(cè)量作業(yè)時(shí)，需要對(duì)水深進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，對(duì)測(cè)深儀器進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)可以采用檢查板法，進(jìn)行每天測(cè)量之前需要將人工觀測(cè)的水位與測(cè)量的水位進(jìn)行對(duì)比，分析其是否具有可靠性。

3.3針對(duì)測(cè)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(cè)量過(guò)程中，測(cè)深桿的傾斜度一旦超過(guò)了10度，那么這就會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生非常大的影響。所以要想有效地確保測(cè)深桿能夠處于豎直向下的狀態(tài)，在水深測(cè)量中可以采用垂球標(biāo)定的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)深桿角度的調(diào)整。因?yàn)樵诤降拦こ痰乃顪y(cè)量工作中，因?yàn)樵谛羞M(jìn)的過(guò)程中，船會(huì)出現(xiàn)抬頭的狀況，因此標(biāo)定工作需要要在船處于勻速行駛的狀態(tài)中進(jìn)行，然后對(duì)測(cè)深桿的角度進(jìn)行調(diào)整，這樣可以有效地保證船在航線測(cè)量的過(guò)程中，其測(cè)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(guò)程中，主要是在每天的上午和下午進(jìn)行測(cè)量之前各標(biāo)定一次，避免因?yàn)闇y(cè)深桿拉線松動(dòng)繼而導(dǎo)致測(cè)深桿發(fā)生傾斜的情況。一般而言，水深測(cè)量需要在風(fēng)浪情況相對(duì)較小的狀態(tài)之下進(jìn)行。

4結(jié)束語(yǔ)

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