高新技术在泰兴水下测量中的综合应用

摘要：本文就GPS、多波束测深系统、水下地形冲淤情况分色对比系统等高新技术的特性、优点及在泰兴长江水下地形测量中的应用进行阐述。

关键词：水下测量；高新技术；综合应用

中图分类号： O4-34 文献标识码： A 文章编号：

泰兴地区水网密布，河流众多。我单位近年来通过引进国外先进探测技术及仪器设备，应用GPS、多波束测深系统、RS、GIS、Surfer等硬件和软件技术对水下现场实时探测，目前可以完成以下工作：

1、利用水下测量系统可以获取高分辨率的水下地形和建筑物图彩色图像和声纳图，可应用于水下监测、高分辨率的水下管线探测、水下建筑物探伤、水下打捞、水下测量等诸多方面。

2、利用多波束测深系统和GPS相结合可高精度、快速地进行水下地形的测量工作，绘制水下建筑物的三维立体图及水下地貌图，并可通过后处理软件完成对以上图形的存储、叠加、编辑处理、打印等工作。

3、利用多普勒探测技术，快速测量不同水层的三维流速和流向，可实时测出河流流速和流向的变化，为防汛服务。

4、最终方向：利用GPS、GIS(地理信息系统)、RS(遥感)即3S技术可对河流、地形信息的综合分析处理及三维模拟，为决策提供科学的信息支持。

一、GPS技术在泰兴市水下地形测量的应用

全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的第一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。

相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下特点：

1、测站之间无需通视，但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

(2)定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达12×10-6km，而在100～500km的基线上可达10-6～-7km。

(3)观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。

(4)提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，也可以测定观测站的大地高程。

(5)操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

(6)全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。用于水下地形测量则要排除雾和大风的天气。在已经运用GPS进行水下地形测量的地区，采用的硬件和软件为：Trimble DSM12/212动态GPS，记录式测深仪，ASH-BC实时导航定位软件，基于Autocad平台的MAP2000成图软件等。

应用GPS进行水下地形测量的思路是：运用GPS和导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，导航软件每隔一个时间段自动纪录水深数据，并进行验证潮位输出，输出数据在MAP2000中成图，再进行修改，得到符合要求的1：10000国际分幅的水下地形图。若同时结合其他新技术的使用，可以完成各类涉水的测量工作。从2003年测量结果来看，GPS在水下地形测量的应用，大大提高了测量的精度，减少了工作量，缩短了工作日，并且输出的数字化的水下地形图，为今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。

 长江泰兴段长约37.74km，水下地形复杂，长江带来的大量泥沙也淤积在长江口，使长江泰兴段水下地形每年都在发生变化。应用常规方法进行一次长程水道地形测量，从外业测量到内业成图需要接近1年的时间，但是应用静态GPS施测两岸控制，实时差分水道测量系统施测水下部分，仅需要1个月时间，大大缩短了成图周期，提高了水道地形图的时效性。长江泰兴段主要属冲积性河道，一般2月施测一次1:10000水下地形，特大洪、枯水年适当增加测次。如1998年长江大洪后，长委及时安排了长江中下游1:10000长程水道地形测量。

二、多波束系统等其他新技术其他水下测量新技术在水下测量中的应用。

为打破传统的测绘手段和测绘模式，单位加大引进和开发高新技术的力度，重视高科技投入。目前已引进开发两种品牌的GPS卫星定位系统5套，在防洪、水下地形、固定断面及其他水文测验中发挥了较好的作用。 DGPS与MD300测深系统的结合在长程水道地形测量及湖泊测量中取得了令人满意的效果。DGPS、红外仪、微波定位仪、数字化仪、水下多波束扫描系统的已得到开发应用。现已完成GIS的前期准备工作，为全面开发水下地理信息系统作好了准备。新技术的引进、先进仪器的应用，使水下测绘向智能型转变成为现实。

1、多波束系统特性

多波束测深及旁侧声纳系统利用超声波原理进行工作，多波束探头由发射探头和接收换能器组成，它之所以被称为多波束，是因为有多达60个相互独立的接收换能器，一次声波发射，可由60个接收探头采集60个水深点信号，接收信号由计算机记录。这60个接收换能器呈90°夹角互成1.5°角的扇面分布。这样，它对水下地形测量是以一种全覆盖的方式进行，因此，它与目前常规单波束比较，具有测深点多、测量迅速快捷、全覆盖等优点。正是由于这些优点，它能完成常规方法难以胜任的测量任务，特别是对大比例尺的测绘和特殊要求的水道地形测量，如堤防安全监测、险工险段监测、抛石护岸监测、港口及疏滩工程测量等。

2、多波束与单波束优越性比较

多波束测深系统可实现一幅60个声波束的测量，并且每幅60个波束交叉覆盖点90°×1.5°区域，每秒1.7～15次的更新速率完全可以真实地反映河床地形，这与单波束测深仪有着明显的区别，单波束测量是线的关系(断面)，而多波束是面状(区域)。

多波束系统对管线的调查、防洪堤、港湾、护岸抛石的测量、固定物体的寻找都有它独特的优越性。对于水下地形测量，采用多波束测深系统，可以真实反映水下地形。而单波束施测水下地形是在区域内均匀布设断面，并将断面上的数据进行摘录成图，生成等值线采取直线插补，因数据采集不够时，不能完全反映地形真实变化，生成的地形等值线存在一定偏差。

3、多波束系统应用

水深测量采用多波束条带方式对水底进行全覆盖测量、多波束系统采集的数据，可以利用其后处理软件(Caris软件)制作各种比例尺的水下地形图，特别是大比例尺(1:500或1:1000)。如果利用常规的测绘方法，不仅费时费力，而且难以满足精度要求，而多波束系统由于其对水下地貌信息一览无余，因此，能满足用户提出的各种比例尺成图的要求，大大地缩短了成图周期。而且可以利用新测图与老测图进行对比，计算其冲淤变化量。整个系统从外业数据采集到室内成图全过程实现了自动化、智能化和数字化。

三、结语

综上所述，GPS、多波束测深系统、水下地形冲淤情况分色对比系统等高新技术的应用得到良好的效果，其预示了测绘新技术发展的方向以及良好前景，测绘新技术的应用提高测量工作的精准度，提高了测量工作质量，提高了测量工作效率，同时测绘新技术的应用大大降低了测量工作劳动强度与测量的难度，为水利工程项目的水下测量节省了时间、提供了翔实的技术数据，为我国水利工程建设项目的开展奠定了坚实的基础。