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一、引言 隨著RTK的普及和水上導(dǎo)航測(cè)量軟件的成熟，一種新型的水上測(cè)量方式---無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量應(yīng)運(yùn)而生，因其具備全天候、精度高、作用距離遠(yuǎn)、效率高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比有著巨大的優(yōu)勢(shì)，極大地提高了工作效率，被廣泛的應(yīng)用于各種工程測(cè)量之中，本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量方法及應(yīng)用。

二、測(cè)深儀的原理

利用超聲波穿透介質(zhì)并在不同介質(zhì)表面會(huì)產(chǎn)生反射的現(xiàn)象，利用超聲波換能器（探頭）發(fā)射超聲波，測(cè)出發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行測(cè)量水深。 聲波在水中的傳播速度為V，換能器（探頭）發(fā)出超聲波，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；同時(shí)根據(jù)探頭上固定桿的刻度可獲知水面與探頭之間的距離，即吃水深度，兩者之和即為最終水深。

三、無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量基本原理

水下地形測(cè)量的主要任務(wù)是確定水下某一點(diǎn)的泥面標(biāo)高，即下圖A點(diǎn)的平面坐標(biāo)(X, Y,Z) 普通的DGPS測(cè)量的高程值h0精度比較差，滿足不了要求，為了解決水下地形測(cè)量，在精度要求不高的地方需要人工的方法檢驗(yàn)潮位，這就是常規(guī)的驗(yàn)潮方法。

說(shuō)明：

h為GPS天線到水面的距離（即天線高）。

a為吃水。

b為換能器桿子的長(zhǎng)度（常數(shù)）。

s為換能器底部到水底的深度。

H為水深。

h0直接由RTK實(shí)時(shí)測(cè)得。

另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即為常說(shuō)的水位。

如上圖所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相關(guān)，與潮位無(wú)關(guān)，從而達(dá)到無(wú)驗(yàn)潮效果。

四、水下地形測(cè)量要求及設(shè)備

水下地形測(cè)量的工作主要由RTK接收機(jī)、 數(shù)字化測(cè)深儀 、內(nèi)置導(dǎo)航軟件等組成。為滿足碼頭施工的需要，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，需對(duì)該水域進(jìn)行1:500水下地形圖測(cè)量。

作業(yè)采用的儀器設(shè)備軟件有：

• 華測(cè)X91GNSS(1+1)
• 華測(cè)D330單頻測(cè)深儀
• 華測(cè)Hydronav導(dǎo)航軟件
• AUTOCAD輔助成圖系統(tǒng)

五、水下地形測(cè)量的具體實(shí)施

水下地形測(cè)量分三部分：前期的準(zhǔn)備工作，外業(yè)數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)處理及成圖輸出。

1、前期的準(zhǔn)備工作。

• a. 控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集，施工區(qū)域位置的確定，施工區(qū)域計(jì)劃線的繪制。
• b. 測(cè)深儀換能器的綁扎，換能器一般綁在距離船尾1/3為宜，吃水深度以超過(guò)0.5米為佳。
• c. 任務(wù)的建立，設(shè)置坐標(biāo)系、 投影、 轉(zhuǎn)換參數(shù)。
• d. 施工區(qū)域計(jì)劃線的繪制。

如下圖按1:500的要求，將施工區(qū)域按5米間隔將整個(gè)區(qū)域分布好。

2、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集

a.RTK作業(yè)：將GPS基準(zhǔn)站架設(shè)在固定的位置，啟動(dòng)基準(zhǔn)站，用移動(dòng)站采集控制點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行點(diǎn)校正，再找另外一個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，檢測(cè)結(jié)果符合要求后，方可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。

b.測(cè)深儀水深的比對(duì)：在進(jìn)行水深記錄之前，需進(jìn)行水深的比對(duì)工作，調(diào)節(jié)測(cè)深儀的聲速，確保測(cè)量深度在誤差范圍內(nèi)（一般在靜水條件下，用比對(duì)板在不同的深度進(jìn)行比測(cè)，也可用測(cè)深錘比對(duì)，通過(guò)調(diào)節(jié)聲速，達(dá)到要求）。

c.RTK和測(cè)深儀的聯(lián)機(jī)調(diào)試：

（1）將RTK接收機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接上D330測(cè)深儀,設(shè)置好GPS和測(cè)深儀的數(shù)據(jù)格式，通過(guò)串口調(diào)試助手將信號(hào)連接通。

（2）坐標(biāo)的檢測(cè)：將RTK點(diǎn)校正的參數(shù)輸入到導(dǎo)航軟件中，檢測(cè)軟件顯示坐標(biāo)和手簿顯示的坐標(biāo)是否一致（注意：設(shè)置好天線高后導(dǎo)航軟件顯示的高程即為水位），檢測(cè)合格后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

d.數(shù)據(jù)的采集和保存

（1）打開(kāi)測(cè)深軟件，將水深測(cè)量圖像實(shí)時(shí)保存下來(lái)。

（2）打開(kāi)導(dǎo)航軟件，按設(shè)計(jì)好的計(jì)劃線，按2米一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集結(jié)束后保存。

3、內(nèi)業(yè)處理及成圖輸出

a.內(nèi)業(yè)處理：將記錄好的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)取樣，去掉有粗差的水深點(diǎn)，通過(guò)后處理軟件生成坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件,數(shù)據(jù)格式為（點(diǎn)號(hào)，X,Y,Z）。

b.成圖輸出：將通過(guò)內(nèi)業(yè)處理好的坐標(biāo)文件通過(guò)繪圖軟件，直接可以顯示位置信息，生成等高線，斷面圖，三維立體效果圖，并可進(jìn)行土方量的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。

六、成果的檢驗(yàn)

同一地方不同方式比較：在距離碼頭1公里位置設(shè)立自動(dòng)潮位儀，人工驗(yàn)潮的方式，對(duì)同一段進(jìn)行3次水深測(cè)量，無(wú)驗(yàn)潮方法測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)比對(duì)，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉測(cè)量：在測(cè)量的時(shí)候先縱向測(cè)3條線，再橫向測(cè)3條線，其中位置相交的地方進(jìn)行水深比較，水深互差在0.1米之內(nèi)。

七、無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)

1、無(wú)須驗(yàn)潮數(shù)據(jù)，減少工作量。驗(yàn)潮法需要專人測(cè)量水位，建立驗(yàn)潮站或者花錢從水文部門獲取水位數(shù)據(jù)。

2、每個(gè)水位與GPS通過(guò)軟件自動(dòng)同步，極大提高精度，GPS數(shù)據(jù)更新速度達(dá) 10 Hz ，每個(gè)水深點(diǎn)都對(duì)應(yīng)精確的水位值，無(wú)須內(nèi)插或外推。

3、減少波浪等引起的誤差。驗(yàn)潮法測(cè)量中由于波浪影響，換能器上下起伏使得測(cè)的水深有誤差，在數(shù)據(jù)處理時(shí)無(wú)法消除，而無(wú)驗(yàn)潮法是通過(guò)GPS天線高程來(lái)推算水下高程的，天線與探頭的相對(duì)位置固定，船舶的上下波動(dòng)跟最終的結(jié)果無(wú)關(guān)。

4、數(shù)據(jù)處理方便、快捷。無(wú)驗(yàn)潮采集的數(shù)據(jù)全部集中在一個(gè)文件里面，無(wú)需輸入潮位信息，即時(shí)能進(jìn)行后處理，編輯水下地形圖或斷面圖。

八、結(jié)束語(yǔ)

利用無(wú)驗(yàn)潮技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工程變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效，極大的提高了生產(chǎn)效率，結(jié)合華測(cè)的Hydronav導(dǎo)航軟件，真正實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)測(cè)量。值得在水深測(cè)量乃至其它水下地形測(cè)量中大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

1、徐紹銓，王澤民.《GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用》武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社,1998.

2、吳子安，吳棟材.《水利工程測(cè)量》測(cè)繪出版社,1998.

信息標(biāo)題：華測(cè)D330測(cè)深儀在水上測(cè)量中的應(yīng)用

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