航道水深測量的技術應用探討

李汪

【摘要】如今，我國的計算機技術實現了突飛猛進的發展，促進了海洋測繪技術的進步。航道水深測量技術朝著數字化和智能化方向發展，在信息化背景下，水深測量實現了自動化監測。本文分析多波束測量水深系統的應用流程和實際應用，從而進一步提升水深測量的精確性。

【關鍵詞】水深;測量;多波束

在海洋測繪環節中，水深測量和定位是兩個關鍵點。因此，通過建立海洋空間三維坐標的方式，提升測繪的精確度。通過水深測量技術的應用，可以節省勞動力，提升測量精度。

1、水下測深系統

1.1系統構成

多數波測深技術是現代水下探測新興技術，其融合了空間測繪技術、計算機技術和信息處理技術，可以對水下深度進行高精度測量。通過運動傳感器和掃描圖像處理系統的應用，實現了深度測量圖像和數據的收集。在大面積水深測量中得到了廣泛的應用。以Odom ES3多波束測深儀為例說明。

1.2系統特征

Odom ES3多波束測深儀采用帶狀方式測量，波束可以實現不間斷的發射，系統在水下可以實現全面覆蓋。與單波束系統相比，多波束系統的波束覆蓋面廣，也可以對水下細微地形的變化進行觀察。單波束只能通過點、線進行數據的收集，然而多波束可以實現水下環境的整體分析，多波束探測系統獲取的數據可靠性非常高，結合水深特點獲取不同的數據，單波束僅僅是將斷面的數據收集起來，數據采集程度不夠，在等值線繪制中會存在偏差。發射換能器向水底投射覆蓋扇區，可以獲得動態化的聚焦波束載波數，散射結束后可以形成散射強度圖像，便于觀察水深和水下地形特征。多波束測深系統在應用中，可以借助運動傳感器對航行數據及時收集，并且對數據及時校正，及時的反映水深。采用后處理軟件，可以結合數據繪制出水下地形圖，從而更加形象的監測水深。

2、水深測量實施

2.1高程控制

在高程控制中要采用高精度電子水準儀，測量平差要結合交通部門頒布的水運《工程測量規范》執行。

2.2水位控制

水位控制采用RTK-WGPS人工智能計算水位，在水深測量之前，及時記錄水位。水深測量之后要及時將水深記數據記錄下來，現場測量作業的數據應該由監理工程師進行監督，在現場測量中，如果不能滿足測量規范要及時的進行二次測量。

2.3施工測量

在相關部門提供的現有控制點的基礎上計算出平面高程并校驗其精度，在獲得了轉換參數后，確定好全球定位系統基準站的位置，結合原有的控制點進行定位系統的架設，從而提升數據分析的精確性。在基準站建設完成后，應該對設備的參數進行調試，確保數據精確性。全球定位系統移動站建設中，在已知點確定的基礎上，還應該設計移動站，移動站的建設也要結合參數進行校正與審查。在獲取轉換參數后，確定好設備的坐標，及時進行坐標轉化，建立任務，設置好坐標系投影。

在水深測量環節應該結合航行模式采用橫斷面法施測，用全球定位系統進行實時定位，用回聲探測的方法對回聲進行收集測定水深。根據比例尺的大小確定水深點采集的密度，采用全球定位系統進行數字化的探測，通過信息鏈和便攜式計算機的數據分析形成數據統計，測深軟件實現平面定位信息與水深同步采集，并記錄，形成原始測量數據。

2.4數據處理

在水深測量環節中，應該對水位站的位置進行控制，采用數據編輯功能，采集橢球的參數。在設備管理中應該對驅動類設備的波特率進行獲取，在水深測試成功后，及時存儲。完成外業數據采集后，用測量軟件進行后期處理，將原始數據加入水位改正、姿態改正等信息，形成水深圖和統計報告。

2.5水深測量誤差分析

當水位發生變化后，在水深測量中深度也會發生變化，在水深測量環節應該對連續采集水深點進行分析，分析水深點之間的間距，如果水深點間距比較小，應該采用主線取樣的方式，找出交點，通過確定交點的位置定義，計算交點的時間，計算出水深，然后生成交點水深數據，通過普通取樣的方式，將水深刻度標識在文件中。

3、多波束測深系統在航道疏浚量化監測中的應用

在傳統的水下監測中，一般是采用單波束探測系統探測，結合線性探測的方式對水下的地形進行分析，這種探測方式工作量大，而且精度不足，不能在大比例尺的情況下進行水深探測。采用多波束探身系統，提升了水深測量的效率，結合高分辨率和高精度特征，確保全面覆蓋探測。結合水下地形的微妙變化，完成水下工程的探測。在進行數據處理時，采用規格網來形成水下探測分塊處理，在航道疏浚環節中，有時水深較大，水深并不能采用可視化的方式展示出來，從而不能分析航道疏浚的變化情況。在考慮到水下地形多變性和復雜性特征，在水深探測中盡量減少計算提升探測精確性。采用規格網的方法，可以收集不同時間采集的數據，通過多波束水下地形數據的生成，可以結合水深值將數據插入確保結果的精確性，采用擬合曲面進行求差計算，從而確保航道疏浚順利進行。在水深計算中，采用D=CT進行計算，D是換能器到水底的距離，C是水體的平均速度，T是聲波往返的傳播速度。

采用多波束系統收集到的云數據處于大規模離散狀態，因此在云數據使用中，應該集成數據，找出數據之間的關聯，結合水下地形的特征，從而發現數據之間的差異是由于地形變化導致。采用濾波技術后離散數據點之間的差異減小，通過曲面重建的方式，結合函數逼近理論，通過計算機輔助設計技術的應用，建立了離散數據函數，通過繪制函數圖形的方式得得到水深數據。

采用加權移動平均算法的方式，對濾波數據進行網絡化處理，加權移動平均算法可以將離散的分布數據轉化成規則網格分布的方式，從而可以對原始數據進行加密和抽取處理。在離散的數據點上，通過規則網格的加入，可以形成連續的函數圖像。該方法非常的靈活，并且提升了水深探測的精確度，簡化了計算量，不需要大量的計算機內存在。離散點分布選擇中，一般要考慮以下幾個因素，要在大面積范圍內選擇數據點，點數的選擇應該結合計算插補的點。這兩個因素應該結合具體情況范圍的大小，要以某個差值點為圓心確定好半徑。如果原始點數不能均勻的分布，在二次曲面方程求解中要采用足夠數量的點才能找出原始數據點分布的規律。

結語：

在水深測量中，應該采用各類航道工程技術，在單波束水深測量的基礎上，采用多波束測量。準備好硬件配套設施，提升數據采集的效率，從而發揮水深測量技術的效果，提升測量數據的精度，促進航道工程測量工作的進一步開展。

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