水下地形测量方法解析

摘 要：随着工程技术的发展，水下地形测量技术的应用更加广泛，文章结合水下地形测量的作用和技术特点进行分析，望广大同行给予指导。

关键词：作用；特点；区别GPS技术

1 水下地形测量的具体作用

（1）很多大坝在泄洪的过程中会因大坝溢流坝段下游冲刷形成大型的冲刷坑，所以必须对冲刷坑的深度和淤泥厚度进行监测。（2）大坝在建成后会拦截很多淤积物、垃圾、野生植物，这就会对大坝上游造成影响，从而导致大坝运行受到干扰，所以要对大坝上游的淤积变化进行监测。（3）大坝下游的桥梁在泄洪过程中会受到水流冲刷，这样就会影响到水下桥墩的结构安全，所以必须采取措施对桥墩的水下结构进行监控，并及时补救。

2 水下地形测量的特点

2.1 水下地形的完全不可预见性

随着水流的冲刷，水下地形结构往往是千变万化的，所以在测量的过程中不能忽略每一个测点。在测量过程中会因为水流的流动方向造成测量重复和遗漏的现象，所在测量前必须根据比例尺的要求在水下的每个地形点制定好断面方向，并进行均匀布测。如果不能对断面进行布测时可以使用散点法，但要保证比例尺的设定间距。

2.2 常用的水下地形测量方法与同步性

水下地形测量我们经常会用到断面索定位法、交会法、极坐标法、无线电定位法、GPS定位等方法，下面我就针对这些测量方法进行分析。（1）断面索定位法：这种方法比较适用于1：500比例尺水下地形图。当水面的测量面较窄、测深点的密度大时，其他的测量方法是不能满足的，所以当水下地形图确定为1：500时多采用此方法。（2）交会法：和陆地测量一样。水下地形测量也分为前方交会法和后方交会法。（3）极坐标法：这种测量方法需要使用经纬仪在水面配合，如果测量水面较小、无风浪可以使用这种方法。（4）无线电定位法：多用于大江河和海洋的测深定位，目前中种方法是测距精度最高、操作最为方便的方法，同时它受视线和气候的影响最小。（5）GPS定位：这是我们在本文重点讨论的测量方法。

2.3 水下地形点的高程计算公式

陆地测量中可以对地形进行直接的测定，但是在进行水下地形测量时要将水面高程进行刨除，这就形成了以下公式：

H=W-d（H：图上高程 W：相应水位 d：水深）

通过这个公式也反映出水下的地形高程是由水位高程和水深两个部分组成的。

2.4 水下地形测量的同步性

在进行水下地形测量的过程中，水深和水下平面位置是分别进行的，但是由于水流影响水下的地形在不断变化，所以在测量中必须保证水位、水深、水底位置要处于同一时间段，以提高水下测量的精确性。水下地形测量的组要内容包括水下地形平面位置、水深、水位变化。所以保证三者的同步性是提高测量数据精度最有效的办法。

3 水下地形测量的GPS方法

3.1 水下地形测量方法

（1）光学地形测量方法：光学定位法，即光学经纬仪配合测深仪定位法。由于测量时受到通视条件、能见度、气候、测站条件等限制，造成观测精度变低，且同时要进行水位测量，则无法保证水下测量作业的精确度。（2）利用GPS技术在进行水下地形测量的过程中，通常利用一台固定接收机校准已知的坐标点，在利用一台可移动接收机作为运动载体。在操作中利用卫星进行观测，这样使测量精度和速度都得到保证，确保测量作业的全天候。

3.2 GPS具体实施的常用方法和步骤

（1）基准站、流动站组合的动态实时定位（RTK）测量模式。此种模式下的测量精度最高，平面位置精度可达到分米至厘米级，基准站与流动站间的距离一般设置为5km左右，由于电台功率以及遮挡情况的存在，影响数据传输，使得一些测点还是会出现盲区，造成数据中断。（2）基准站、流动站组合的伪距差分实时定位测量模式。此种模式使用单频GPS接收机，平面位置精度一般为1m左右，可满足1：10000比例尺水下地形图的精度要求，基准站与流动站间的距离一般为10km左右，但同样由于电台功率以及周边遮挡的情况，在一些测点处一样会出现盲区，影响数据传输的连续性，造成数据采集的中断。（3）由流动站与永久性运行的跟踪站相连接的伪距差分后处理测量模式。此种模式下的测量精度与第二种方案精度相当，由于采用后处理方式，可得流动站在测量过程中每一观测历元的高精度坐标，不需要在流动站与基准站之间建立数据传输，流动站亦不受电台功率及周边遮挡的影响，不会出现盲区，保证了测量数据的完整性和精确性。

3.3 RTK技术的应用

RTK技术就是使用GPS进行相位差分。在GPS测量中通常以载波相法作为基础数据，对实际地形进行GPS测量。在测量过程中使用叫实际数据和测量结果相互结合，构成了实际地形的基础数据，首先将基准站架设在一个已知控制点上，然后再使用其它的移动测站连接卫星，最为通信传输系统，移动测站通过卫星进行接收和发送数据。当一段地形进行测量后，就将测回内所有的测设点数据进行保存，并通过计算机进行数据分析，得出测设点的数据。

3.4 水下粗差高程点的探测方法

水下地形测量是一种动态测量效益，这与陆地上测量时截然不同的，在水下测量数据受水和大气的双重影响，尤其是水流、水的质量、水下运动体等因素的干扰都要远远强于陆地测量。所以水下测量所得的数据比陆地测量所得的数据更加容易受到干扰造成较大偏差。所以在进行水深值测定时通常应用电能转化器将电能向水底发射，水底反弹的回波又会通过转化器变成电能。通过软件的数据处理和分析后形成完整的数据显示出来。

4 水下地形图的绘制

水下地形图的绘制是通过软件根据时间和测量间隔而进行的。依据北京坐标系换算出大坝坐标系，采用大坝自身坐标系统，以大坝中轴线为X轴，坝左为正、坝右为负，垂直于坝轴线且相交于坝左、坝右分界点的直线为Y轴，下游为正、上游为负，高程使用黄海基准。最后根据计算机记录的定位数据、水深数据、水位数据，通过数据的加载，将测量数据转化成CAD文件，并且根据需要绘制出各种不同的水下地形图。

5 现行技术面临的问题

5.1 水下地形测量技术的优势

通过本文的分析，我们得知水下地形测量技术的应用已经十分成熟，尤其在数据采集和成图技术中已经能达到监控需要，其优点如下：（1）通过GPS技术，我们可以应用相应软件，对测量过程进行控制，并且可以同时对水下坐标值和水深情况进行相应的收集。（2）测量软件系统可以对水深值进行自动平差，使水深值的数据变得更加精确。（3）通过GPS程序的支持，可以绘制出较精确地水下等高线地形图。并且可以根据不同需要调整比例尺。

5.2 面临的问题

在测量中所使用的测量软件都是配合单一的GPS设备所使用的，这使数据的流通分析很麻烦，同时也影响了对数据的分析研究，希望在以后的工作时间中可以不断的进行完善。

参考文献

[1]王守彬，王新洲，刘晓东.GPS-RTK与数字测深集成技术在水下地形测量中的应用[J].测绘信息与工程，2004.

[2]杨飞，马耀昌.GPS在水下地形测量中的应用研究[A].测绘荆楚--湖北省测绘学会2005年“索佳杯”学术论文集[C]，2005.

[3]马成武，赵红旭，陈和权，等.GPS RTK技术联合数字化测深仪在水下地形测量中的应用[J].东北水利水电，2010.

作者简介：刘奕，女，大学本科，职称（目前）：助理工程师，目前主要从事水口电站水工观测工作。