一、引言 6 F+ r' D9 `1 v( w6 Y
随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式---无验潮水下地形测量应运而生，因其具备全天候、精度高、作用距离远、效率高的特点，与传统的测量方式相比有着巨大的优势，极大地提高了工作效率，被广泛的应用于各种工程测量之中，本文结合实践经验，介绍无验潮水下地形测量方法及应用。( ~' L, {" H6 y
8 E/ a9 g o1 p3 g2 e2 h6 L5 Y6 t* x/ c2 B
I- I9 g) Q8 t" t
二、测深仪的原理
' |. v3 v6 i7 ?+ J
! V3 v U- ]- ^: h) y
5 G. Z% F) C7 x5 H6 ^! ^3 A
2 Q, q4 c) k0 C4 p- p5 S利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象，利用超声波换能器（探头）发射超声波，测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量水深。 声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：Z = Vt/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为水深。& J7 ]. X6 _1 M* }7 s1 X
; L+ s3 M( C. m/ J. N
三、无验潮水下地形测量基本原理' ?8 _' i9 P# v' x6 `. h3 r3 u
水下地形测量的主要任务是确定水下某一点的泥面标高，即下图A点的平面坐标(X, Y,Z) 普通的DGPS测量的高程值h0精度比较差，满足不了要求，为了解决水下地形测量，在精度要求不高的地方需要人工的方法检验潮位，这就是常规的验潮方法。' X, P( J$ w+ K4 R- H
" f* \3 s K9 \6 {
* t. A1 X2 w5 B
说明：
6 a N6 Y( r1 Ph为GPS天线到水面的距离（即天线高）。1 F; B/ @! F& L, j4 a
a为吃水。
, v; w' B) e& j5 G3 Z( Ab为换能器杆子的长度（常数）。
+ c8 w; K0 t* y* p9 O* |s为换能器底部到水底的深度。( z. ]) m3 h" S) p, f+ E* f g
H为水深。" j/ M8 v; G0 V+ R! k# N
h0直接由RTK实时测得。
( ~. G3 ~! W/ n o另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即为常说的水位。
- s6 A u( \, j如上图所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相关，与潮位无关，从而达到无验潮效果。
- j9 l/ w. B8 i6 X5 |
5 e! `5 \# W! q% ~ E7 x: D四、水下地形测量要求及设备) A7 U4 A% u/ T, k
水下地形测量的工作主要由RTK接收机、 数字化测深仪 、内置导航软件等组成。为满足码头施工的需要，根据项目设计要求，需对该水域进行1:500水下地形图测量。1 [% T1 ~1 p# ]* ? N7 g0 ^
作业采用的仪器设备软件有：
0 @; _2 ~+ V9 H3 O: m华测X91GNSS(1+1) ; @ n8 }/ F3 S. o+ C
华测D330单频测深仪
" g: c, w+ Z, ]华测Hydronav导航软件 7 K3 c. I* A0 q+ J! ?7 y! e. F
AUTOCAD辅助成图系统 0 x7 k5 Z1 C( E
8 C# E1 g% Q8 @7 z7 t$ s
五、水下地形测量的具体实施4 ]/ F5 [( x6 b
水下地形测量分三部分：前期的准备工作，外业数据采集，内业处理及成图输出。
4 ~& W! M: ]4 U+ m$ x1、前期的准备工作。0 x7 |0 ^2 q7 g3 h2 F" {3 e* p
a. 控制点数据的收集，施工区域位置的确定，施工区域计划线的绘制。 " ^ e" G! G' @: x8 b ^
b. 测深仪换能器的绑扎，换能器一般绑在距离船尾1/3为宜，吃水深度以超过0.5米为佳。 / {$ C# @) ^2 a
c. 任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。
4 b, s' t4 s. y; \! k, w; M8 `d. 施工区域计划线的绘制。
, {2 n# }5 d; u# _
7 `! z* L/ C. ]+ E% k如下图按1:500的要求，将施工区域按5米间隔将整个区域分布好。
: T, \3 ~: g7 Y: D; H
( E- `4 d3 D8 W6 ~# r& A: v1 h+ C
2、外业的数据采集/ U/ U7 C: L7 N j
a.RTK作业：将GPS基准站架设在固定的位置，启动基准站，用移动站采集控制点坐标，进行点校正，再找另外一个控制点进行比对，检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。' f1 V+ g/ J( p! _" F* \0 O
b.测深仪水深的比对：在进行水深记录之前，需进行水深的比对工作，调节测深仪的声速，确保测量深度在误差范围内（一般在静水条件下，用比对板在不同的深度进行比测，也可用测深锤比对，通过调节声速，达到要求）。
" V5 s( ~$ K- a; V6 @5 a& Nc.RTK和测深仪的联机调试：! F& H p% s) ~' ~. A. ` g
（1）将RTK接收机通过数据线连接上D330测深仪,设置好GPS和测深仪的数据格式，通过串口调试助手将信号连接通。
" N$ O- ~# v" D- _3 N（2）坐标的检测：将RTK点校正的参数输入到导航软件中，检测软件显示坐标和手簿显示的坐标是否一致（注意：设置好天线高后导航软件显示的高程即为水位），检测合格后方可进行数据采集。; ]( @ V! _' \7 I4 ^
d.数据的采集和保存
0 k! @; B2 G2 ~1 d（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。
" t$ G F( n5 j0 h/ ] X% b（2）打开导航软件，按设计好的计划线，按2米一个点进行数据采集，采集结束后保存。
, e2 Y7 N- H1 @5 ~+ x0 [$ Z
- j! }* Z* a, L' d/ K- s3 O) J9 @6 m2 f8 I3 A
4 C) ]$ \4 _9 x/ a' F/ b3、内业处理及成图输出
4 k0 e3 U, u, k- J3 Ga.内业处理：将记录好的原始数据，通过数据取样，去掉有粗差的水深点，通过后处理软件生成坐标数据文件,数据格式为（点号，X,Y,Z）。( R8 @4 P) ?3 J% V+ O5 q d
* {0 m0 I8 x: X
# R$ h4 T P1 Z) m7 y
# i- V( `( V$ ]2 J6 M Ob.成图输出：将通过内业处理好的坐标文件通过绘图软件，直接可以显示位置信息，生成等高线，断面图，三维立体效果图，并可进行土方量的计算和统计。2 p# m R4 M$ F8 B" K1 e) W* u# U
; ~7 g' ?$ C2 D/ N i. E
8 C e7 v4 V- b. ~6 V+ g 4 T9 a. {8 `" D2 K. ]" |
六、成果的检验1 c; n5 d8 y4 k& ` z: F
同一地方不同方式比较：在距离码头1公里位置设立自动潮位仪，人工验潮的方式，对同一段进行3次水深测量，无验潮方法测得的数据经过比对，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉测量：在测量的时候先纵向测3条线，再横向测3条线，其中位置相交的地方进行水深比较，水深互差在0.1米之内。
5 s, w# B0 s; B# Z4 p4 S七、无验潮水下地形测量的优点; L) H) P# R# T6 B& d
1、无须验潮数据，减少工作量。验潮法需要专人测量水位，建立验潮站或者花钱从水文部门获取水位数据。
" R( f, V4 l4 C1 s& A# c5 X* S% }2、每个水位与GPS通过软件自动同步，极大提高精度，GPS数据更新速度达 10 Hz ，每个水深点都对应的水位值，无须内插或外推。/ Y) Q8 y# i( f
3、减少波浪等引起的误差。验潮法测量中由于波浪影响，换能器上下起伏使得测的水深有误差，在数据处理时无法消除，而无验潮法是通过GPS天线高程来推算水下高程的，天线与探头的相对位置固定，船舶的上下波动跟结果无关。
$ t& g1 u* E0 u4、数据处理方便、快捷。无验潮采集的数据全部集中在一个文件里面，无需输入潮位信息，即时能进行后处理，编辑水下地形图或断面图。
1 j) z' e1 `2 z" y; k八、结束语" M3 r& B0 e K4 y
利用测深仪无验潮技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、，极大的提高了生产效率，结合华测的Hydronav导航软件，真正实现了全自动测量。值得在水深测量乃至其它水下地形测量中大力推广应用。
3 {8 [! i! b6 n9 p% P5 _ 本文源自华测file:///C:UserschcAppDataLocalTemp%W@GJ$ACOF(TYDYECOKVDYB.png，转载请注明出处 U" v# y [, I. r: X0 R5 a) o
转载自：化工仪器网 |
( m+ |. M7 e- h% C, \, b% r) k
6 t# w z5 a+ o8 j# S; p
