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水下地形测量方法及实践研究

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摘要：水下地形测量有利于港口建设、航运安全、水资源开发等方面，随着我国经济的发展，测量技术也取得了很大的进步，尤其是基于GPS水下地形测量技术较为普及。本文阐述了GPS水下地形测量的基本原理和测量设备组成,并通过工程实践分析给出了符合性的结论。

关键词：水下地形测量；GPS；实践分析；

水下地形测量是一种重要的测绘工作，在桥梁、水库、码头、港口等施工建设中水下地形测量有着很大的作用，它的主要工作内容是测量江河湖海以及近海水底点的平面位置以及相应的高程，以便绘制水下地形图，是现代水利工程中的一项重要工程技术。根据国际国家相关的测深标准进行布点测深，通过相应的软件形成水下地形图。可以根据不同条件和情况选择合适的方式进行水下地形的测量工作。

1.水深测量的方法

1.1人工测量

在水下地形测量中，最早的测深工具是测深杆和测深锤。尽管现在的测深设备主要是测深声呐，但在在水草密集的区域，或者极浅滩涂等声呐设备无法工作的地方，这些原始的测深工具仍然在发挥作用。在水的流速较缓且水深小于5m的水区可以使用测深杆。每隔10cm就在测深杆上进行标记，能够方便准确的读取水深数值。虽然现在已经很少用测深杆进行水深测量，但在水域很浅的地方，在现代化设备无法完成的区域，我们使用测深杆会有很好的效果。测深锤的规格有3.5kg、5kg、12.7kg，当水流较快，水深较大时可以使用用5kg以上的测深锤。同样的，为了能够便捷准确的读取水深数值，测深锤需要和测深杆一样在绳索上做间隔10cm的标记。测深锤的测深过程是将测深锤垂直的放入水中，然后具有丰富现场经验的操作人员再读取绳索和水面交会的数值，操作人员的熟练程度对准确测量有很大的影响。测深杆、测深锤等机械式测深仪器的特点是直接量出水底与水面之间的距离，方法简单直接，但随着深度加大，观测难以实施，测深精度也难以保证，原因有：(1)测深杆因水下水流的作用难以保持竖直；(2)难以判断绳索准确达到海底；(3)测深锤的绳索变形。由于这些自身的缺点，导致在现代水下地形测量中，传统的人工测量逐渐被淘汰，尽管如此，在水草密集的区域，或者极浅滩涂等现代化设备无法工作的地方，这些原始的测深工具仍然在发挥作用。

1.2声呐测量

声呐测量是根据超声波在均匀介质中以均匀速度传播并在不同介质界面反射的原理，选择对水的穿透能力最佳、频率在1500赫兹附近的超声波，向水底发射声波并且记录声波发出和返回的时间间隔，通过特定算法得到水深数据。在水深测量和航海领域中声呐测量仪获得了广泛的应用。随着电子工业的发展与集成电路技术的应用，测深技术不断得到改进，测深仪从模拟信号处理发展到数字信号处理，极大地提高了水深测量的精度和效率。测深声呐分为单波束测深声呐和多波束测深声呐，在水下地形测量领域中，都得到了有效并广泛的应用和普及。

1.2.1单波束测深声呐

单波束测深声呐是目前水下地形测量领域中常用的仪器。单波束测深声呐每反射和接收一次，记录一个点，连续测深时，各记录点连接为一条曲线，这就是所测水深的模拟记录。现代的测深仪在定位的瞬时，不但可以在测深记录纸上打出定位线，而且可以打印测深的时间、深点号和所测水深。除了模拟记录外，数字式测深仪还可将模拟信号转换成数字信号，同时记录所测点的水深值[1]。传统的单波束测深声呐只能测量船正下方的水深，为了获得令人满意的水下地形，通常设置一些平行的测线。即使布设很密的测线仍不能保证对水下的全覆盖，测线之间的水下地形，特别是一些孤立的特征地形很容易被漏测。因此，多波束测深声呐应运而生。

1.2.2多波束测深声呐

由于多波束测深声呐系统与常规单波束测深声呐系统相比，具有全覆盖、无遗漏的优势，在精度、分辨率与水下地形成象质量上有大幅度的提高，改变了传统的水下地形测量技术按比例尺作业的模式，该系统正在为海洋和内河测绘带来一次技术革命，在江河、水库、湖泊、海洋水下地形测绘，堤防护岸，港口、大坝监测，海底电缆、管线、隧道以及沉船、水下物体打捞搜寻等方面具有广阔的应用前景。

1.2机载激光测深

激光雷达分为陆地和机载两个种类，针对水下地形测量我们需要用到机载激光雷达。机载激光测深是基于激光雷达测量的一种测深方法，是一种集激光测距技术，计算机技术、GPS差分技术三种技术于一体的系统，有效准确地获得数字高程模型。机载激光雷达是的优势在于快速获取，可以用于大面积、海岸线、船只无法进入的区域等场所。由于激光的特性，对于水质的要求很高，水质浑浊的区域无法使用激光雷达，这也成为它的重大缺陷。激光雷达测深的原理是从飞机腹部向水面垂直发射激光，一般发射特定波长的两种激光，分别为红色激光和绿色激光，红色激光光束由于理化特性照到水面会被反射，