水深测量技术发展与应用探讨

摘要：近年来，我国科技和计算机技术突飞猛进的发展，带动了海洋测绘技术的进步，使它逐渐向自动化、智能化、数字化、信息化趋势发展。海洋的特有环境决定了它区别于陆上测量的作业模式和应用技术。本文介绍海洋测量技术的特点和发展趋势，重点介绍了目前最常用的水深测量技术，供相关技术人员参考。

关键词：海洋测绘；水深测量；GPS技术

中图分类号：P716+.11文献标识码：A文章编号：

前言：随着卫星技术、通讯技术、计算机技术、数据处理技术等的发展，可以说现代科学技术的成就，推动海洋测绘经历了一次跨时代的转变，突破了传统海洋测绘的时空局限，进入以数字测量为主体、以计算机技术为支撑、以3S(GPS，GIS，RS)技术为代表的信息化海洋测绘新阶段。3S技术在海洋测绘中已经得到广泛的应用。RBN2DGPS沿岸差分台站已经覆盖我国沿海区域，GPS技术已成为控制测量、海岸地形测量和海上定位不可缺少的手段。GIS技术已被应用于海洋测绘数据库的建设和信息共享，RS技术在维护国家和领土完整方面发挥了重要作用，海岸地形航空摄影测量已经启动。目前海洋地理信息系统正在建设当中，数字海图已形成了较完善的生产、管理和体系，电子海图系统的应用也具备了相当的规模。

1.海洋测深的特点

（1）水体具有吸收光线和在不同界面上产生光线折射及反射等效应，在陆地测量中常用的光学仪器，在海洋测量中使用很困难，航空摄影测量、卫星遥感测量只局限在海水透明度很好的浅海域。海洋测深主要使用声学仪器。但是超声波在海水中的传播速度随海水的物理性质，如海水盐度和温度等的变化而不同，这就增加了海洋测深的困难。

其次，由于水体的阻隔，肉眼难以通视海底，加上传统的回声测深只能沿测线测深，测线间则是测量的空白区，海底地形的详测需要进行加密，或采用全覆盖的多波束测深系统，这就会大量地增加测量时间和经费。

（2）由于海水是动荡不定的，这为提高海洋测量的精确性造成极大的困难。

（3）目前海洋测量的载体主要是船舶，而船舶的续航力很有限，出测又受到天气和海况的限制，全球海域又如此广大，因此详测全球海域需要漫长的时日。

（4）在航海图上，不以平均海面时的海陆交界线作为海岸线。因为这条线在高潮时淹没在水中，低潮时虽露出水面，但其痕迹被大潮高潮时的海水所冲刷，在实地上很难判别其位置。而海岸线上的某些特征，如岬角、特殊颜色等又是航海时确定船位和方向的重要目标。确定有明显痕迹的位置作为海岸线，对航海是极有用处的。根据分析研究得知，平均大潮高潮时的海陆交界线，常常有明显的痕迹。如在陡岸上，一般都留有海水侵蚀过的痕迹；有植被的海岸地段，有不被海水浸泡的陆地植被的生长界线；平坦海岸上，有海浪活动的最上痕迹和水生植物枝叶的堆积；通常海水浸泡和冲刷过的岩石和沙土的颜色不同于未经海水浸泡过的颜色等。根据上述种种痕迹，首先在实地上确定海岸线的位置，然后用地形测量的方法，就可将其测绘在图上。

2.海上定位的新进展

徐金华等利用HMR3000磁罗经与BeelineGPS进行组合导航，试验表明，组合导航系统在天线基线长度大于5m时，航向误差小于0.05°，其精度优于单独的BeelineGPS和HMR3000。刘焱雄等针对海用RBNPGPS提出建议:在现有RBNPGPS基础上改进算法和开通两条新的电文发播卫星轨道和钟差可实现PPP定位技术。唐秋华等使用高精度GPSRTK实现了换能器安装方向的校准，为快速安装超短基线定位系统换能器提供技术途径。

刘基余等对海洋二号(HY22)卫星实现厘米级定轨问题提出建议:

（1）海洋二号卫星不必采用DORIS定轨；

（2）给海洋二号卫星装备无电功耗需求的激光后向反射镜阵列，便于实现多个SRL测站观测的厘米级定轨；

（3）装备双频载波相位的GPS信号接收机实现高精度的星载GPS测量定轨。赵珞成研究了在水下地形测量中模拟测深仪、数字化P模拟测深仪和数字测深仪的GPS接收机输出的导航信号同步方法。

3.目前常用测深技术介绍

3.1 DGPS定位配合数字测深仪的常规测深

目前最常用的测深方法是采用DGPS定位（沿海RBNDGPS定位）配合数字测深仪测深的方式，数字测深仪、DGPS接收机、计算机及专用软件等构成了作业系统。工作流程包括以下几个阶段：测前准备、采集外业数据、处理内业数据、输出成果等。

（1）水深测量前期准备工作：第一，利用已知控制点测定WGS84坐标与国家坐标系或地方坐标系的转换参数。第二，利用已知高程控制点，按水准测量方式布设固定或临时水尺。第三，布设测深计划线。第四，利用检查板或声速仪校准测深仪测深精度。

（2）采集外业数据。第一，安排专人在测深作业前10分钟开始观测水位，并记录。第二，连接测深作业系统，并启动。要完成以下工作包括测深仪与定位仪接口、测深仪配置、接收机数据格式、改正天线偏差等。完成校正后，接下来才能进行测量。第三，水深测量原理：水深Zm=Z+ZO-S，水底高程H底=H-(h+Z)。Zm为绘图水深，ZO为设定吃水，Z为测得的水深，S为测深对应时刻的水位。

（3）处理内业数据。处理内业数据指的是对水深测量数据利用相应数据处理软件进行处理，制成水深图和水深统计分析报告等所需要的测量成果，并输出成果。

3.2 RTK（或CORS）无验潮测深

RTK无验潮测深与3.1节中的常规测深原理相似，所不同的是定位手段以RTK或CORS方式代替DGPS信标定位方式，因为RTK与CORS均能获得较高精度的平面坐标与高程，故将其所测高程应用到测深当中，直接求得水下泥面高程，工作流程也是包括以下几个阶段：测前准备、采集外业数据、处理内业数据、输出成果等。

（1）水深测量前期准备工作：第一，架设RTK基准站（如果采用CORS，则无需架设基准站）。基准站要选择架设在探测区域的中心地带，位置较高、视野开阔的地方。第二，测定平面转换参数与高程拟合参数。利用测区内分布均匀的3个以上已知平面控制点（国家坐标或地方坐标）与RTK、CORS所测坐标作为公共点计算平面转换参数；然后采集测区内能反映大地水准面起伏区域的高程控制点的大地高，计算高程拟合参数（CORS也可以直接应用地方似大地水准面精化成果）。第三，布设测深计划线。第四，利用检查板或声速仪校准测深仪测深精度。

（2）采集外业数据。第一，检验基准站坐标。排除基准站坐标转换过程中出现的误差因素，如参数错误等。第二，连接测深作业系统，并启动。要完成以下工作包括测深仪与定位仪接口、测深仪配置、接收机数据格式、改正天线偏差等。完成校正后，接下来才能进行测量。第三，水深测量原理：水深Zm=Z+ZO，水底高程H底=H-(h+Z)。Zm为绘图水深，ZO为设定吃水，Z为测得的水深。水底高程为H底，H为RTK测得的高程，h为测深仪探头到GPS天线的高度。

（3）处理内业数据。处理内业数据指的是对水深测量数据利用相应数据处理软件进行处理，制成水深图和水深统计分析报告等所需要的测量成果，并输出成果。

3.3多波束系统测深

对大面积水深测量而言，目前效率最高的无疑是多波束系统测深。相比于以往的单波束采集系统的测量工作，每一次多波束水深测量系统的采样，垂直于航道方向上的数以百计，不同水深的数据都能直接的获取。因此，能够精确和快速地测量一定宽度范围内测线两侧多个点的水深，清晰准确地对海底地貌进行探测。在测量过程中，利用GPS定位，并且利用多波束水深测量系统测定该点的水深，这样就能快速测制海底地貌。

4.其它测深手段介绍

目前，还有几种新兴的水深测量技术逐渐发展起来，如机载激光测深、卫星遥感测深等，这些技术相较于现在普遍应用的测深手段，在效率上有极大提高，特别是遥感海底地形测量具有大面积、同步连续观测及高分辨率和可重复性等优点，为完成全球性海洋测绘提供了一种可行的手段，但其在深海地区的精度只能达到约10~100米，仍有待提高。

5.结语

水深测量技术与信息技术的结合有力推动了海洋测绘的发展， 3S技术与数字测深技术成为信息化海洋测绘的推手，我们在掌握目前常用的“GPS定位+测深仪测深”的技术后，还应该关注水深测量技术的发展趋势，因为应用新技术新工艺可以大大提高测绘生产效率，为社会创造更大的效益。

参考文献：

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