水下地形测量技术论文

摘要:本文浅谈作者对三亚东、西河及进港航道进行疏浚整治而进行测量的过程的情况。关键词:GPS地形测量测量技术1工程概况为了对三亚东、西河及进港航道进行疏浚整治及对该河段进行可行性研究,且为初步设计和施工设计提供可靠依据。今天小编为大家推荐《水下地形测量技术论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

水下地形测量技术论文 篇1：

水下地形测量技术方法应用分析

【摘 要】随着科技的进步与时代的发展，我国的水下地形测量技术已经被广泛应用到各个行业的各个领域当中。不管是城市的防洪还是河道的整治、港口的建设与海底的探矿都需要对水下的地形进行合理的勘测并进行准确定位。由于水域具有面积范围广、储量大、及区域连通强等特点，因此，在对海洋、湖泊、河流进行测量时所需克服的种种困难非常之多，同时，采用的测量方法不仅繁杂，而且所得到的测量数据精度要求越来越高，这就需要我们加大对地下地形测量技术方法的研究。文章通过对水下地形测量技术的阐述，分析了其技术的应用，希望对我国水下地形测量的发展有所帮助。

【关键词】水下地形测量；技术方法；应用

一、水下地形测量概念

所谓水下地形测量，是在水下运用一定的测量仪器对地形进行的测量，一般是通过确定三维坐标来实现测量。主要是水深测量，这是沿测深线方向，按一定间隔测取待测深度点（称测深点）的深度，即测定水底点至水面的高度的测量工作，是水下地形测量的一个中心环节；在水深测量工作中，还要精确地测定深度点的平面位置，这项工作简称为定位；水深测量需与陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘等实用价值，测深与高程系统的联系，一般通过水位观测的措施。

二、水下地形测量技术方法

（一）水深测量

根据使用的测量工具，测深方法主要有：人工测量、单波束声呐测深仪测量、多波束声呐测深系统测量等。

1.人工测量主要利用测深锤、测深杆对水深进行测量。其中测深锤只适用于水深较小、流速不大的浅水区，且精度差、工作效率低，现已很少使用。这是较为传统的检测方法，在现阶段主要应用在浅滩水深少于100cm的地区，因为这些地区水深过浅，声呐难以准确地反映出水下地形特征。

2.单波束测深声呐（也称回声测深仪）是目前用途最广，国内外进行水深测量的最基本的仪器。声呐是仿生学的重大突破，其特点是能够发出特定频率的音频声波，声波在和物体接触的时候，会根据接触面材质的不同发生不同程度的回弹，而测探仪能够接收到回弹的声波，根据回弹的速度和声波在水域的速度综合分析研究，以确定仪器和前方物体之间的距离。若要求水面至水底的深度时，则应将测得的水深加上换能器的吃水，可得水面至水底的深度。

（二）导航定位

水下地形测量时，测量船须沿着预先设计的测线行驶，并且按照规定的时间或距离获取水深值和该水深值的平面位置。在20世纪90年代以前，有多种定位方法用于水下地形测量，如交会法、极坐标法、微波测距系统和无线电定位系统等。目前，GPS几乎完全取代了这些传统的定位方法，成为水下地形测量工作中最主要的定位手段，传统方法在实际工作中已经极少使用了。特别是离岸较近的情况下使用GPS实时动态（简称RTK）测量方式使定位更加简便快捷。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

（三）水位观测

水深测量需与陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘等实用价值。测深与高程系统的联系，一般通过水位观测的措施。简单的水位观测站为立在岸边水中的标尺，标尺零点高程通过与水准点联测求得。水深测量期间，按一定时间间隔对标尺进行读数，并绘制成水位-时间曲线，由此曲线即可得到测深時水面的瞬间高程，从而根据水深就可得到水底的高程。在落差较大的地区，应设置多个水位观测站，并利用其测值按距离或高差进行归算改正。

三、水下地形测量技术的应用

（一）RTK技术在水下地形测量中的应用

1.根据实际情况布设制定控制网的位置，RTK技术通过差分技术分析实施测量，此时在数据传输系统的作用范围内达到相当的准确度与精度，通常情况下此技术并不需要铺设较多已知点。例如在2平方公里范围内三个控制点就能达到预期标准，某一点作基准站的架设位置、其余两点进行转化参数的求算，通过校核就能复核相互关系是否准确，此外三个控制点如若分布在测量区域的周边位置就可用于求解其参数。控制点的架设位置的选择应该尽量集中在测量能达到的区域内，保障转换参数的顺利测绘。

2.进行水下地形的全过程测量，此过程需要接收机、数据传输机和探测仪的组合使用：

第一，确认准基站的位置，在考虑布设环境的基础上，考虑GPS的传输信号经过传输是否能达到接收机所在的位置、数据传输机作用时被影响的环境因素，发射台尽量布设至一定高度；

第二，采用RTK技术测量时，GPS测量得到了相关坐标数据，就能对相关坐标系进行转换，得到转换参数，当基准站开始工作后，相关连接仪器的测量工作也会随之开始，将已知点的坐标数据进行输入得到转换参数；

第三，在水域环境中导航仪器辅助GPS的测量工作，由于水面上不存在参照物，只能根据事先准备的工作线进行操作，采用RTK技术在测量区域内设置相关功能；

第四，RTK技术的后续工作就是测探仪将传输得到的数据进行运算处理，这些实时监测的水深经过运算就可以得出相应位置的高程。成图软件就可以集中这些位点的高程数据，进而编辑出水下地形图。

（二）无人测量船测量水下地形

科技的发展使得测量行业也有了巨大变革，无人船也被投入到了现阶段的水域测量工作，能够将水下测量的设备装载到无人船上，通过精确的声呐、全球定位系统等遥感设备，结合新兴的远程控制软件设备，实现操作技术人员在岸上就能够时时的监控无人船只情况，并就无人测量船回传的测量数据进行分析研究。但在离岸较远或风浪较大的水域无法应用。

四、结束语

综上所述，对水底地形进行测绘，并绘制出相应的水下地形地貌图，对于我国水上运输、设计航行路线、水底资源探索开采及养殖而言，有着重大的实施意义及广阔的经济前进。随着我国经济水平的不断提高，水下地形测量的需求不断增加。水下地形测量的手段有很多种，其优点和缺点并存。因此，相关人员应当依据工程的具体情况而选择恰当的测量方法，除了对测量时的环境因素和精度进行全面考虑之外，还应当不断的创新，采取科学的手段来弥补测量手段的不足之处，从而在未来的道路上可以使水上测量事业的不断进步。

参考文献：

[1]罗忠.GPSRTK技术在地形测量中的应用分析[J].科技创新与应用，2017，07：294.

[2]钟会华.水下地形测量中的GPS误差分析及控制策略[J].珠江水运，2017，03：74-75.

[3]秦昌杰，谢敏真.CORSRTK无验潮水下地形测量技术在上海潮滩测量中的应用[J].上海国土资源，2017，01：96-99.

作者：张吉毫 孟震

水下地形测量技术论文 篇2：

浅谈水下地形测量技术

摘 要:本文浅谈作者对三亚东、西河及进港航道进行疏浚整治而进行测量的过程的情况。

关键词:GPS 地形测量 测量技术

1 工程概况

为了对三亚东、西河及进港航道进行疏浚整治及对该河段进行可行性研究,且为初步设计和施工设计提供可靠依据。测图比例尺为1∶1000,测量范围:东至东河盐田,西到三亚港务局及港航道,南至鱼港路,北至东西河大桥以北150m,采用当地理论深度基准面等。

本测区的范围内,既有交通要道三亚东西大桥,桥上车流量比较大,在东西河两侧,高低不等的大小房子互相交错,河中及码头停泊着密密麻麻的渔船。这给地形测量、水深测量及平面控制带来了很大的困难。

2 平面控制

由于本次测量范围内,既有公路、洼地、山岭,港口码头等复杂的地形地貌,给测量的控制点的选点上带来很大的麻烦。根据测量规范,应选在便于观测和进设标石的位置。因此,本次的控制点一般选在宽大的河堤上或在较高的房子上,或者宽大的人行道边上,既便于架设仪器又便于凿设标志和号点。本次的平面控制属于54坐标系,平面控制的起点为三亚市测绘院提供的HD1和HD2的两个控制点。水平角观测按I级精度进行,把一台GPS接收机放在位置已精确测定的点上,组成基准台。基准台接收机通过接收GPS卫星信号,测得并计算出到卫星的伪距,将伪距和已知的精确距离相比较,求得该点在GPS系统中的伪距测量误差,再将这些误差作为修正值以标准数据格式通过播发台向周围空间播发。附近的DGPS用户接收到来自基准台的误差修正信息,以此来修正自身的GPS测量值,从而大大提高其定位精度。

(1)仪器设备:使用南方9600型单频GPS接收机4台。(2)测量方法:GPS点观测采用静态观测模式,数据采样间隔位10s卫星截至高度角为15°,有效卫星个数不少于4颗,观测时段长度为一个小时。(3)数据处理:GPS基线后处理和网平差软件采用南方GPS静态处理软件。GPS点测量时采用世界大地坐标系WGS-84,并在1954年北京坐标系参考椭球体上采用高斯正形投影转换为1954年北京坐标,本次1954年北京坐标的中央子午线为108°。经平差处理,各GPS点的精度满足规范要求。

3 高程控制

由于三亚市测绘院提供的两个控制点的高程为1985国家基准面,根据测绘院提供的三亚港当地理论深度基准面的换算关系为1985国家高程0.377(当地理论深度基准面)。高程控制测量根据测区的实际情况采用四等水准高程控制测量方法进行。四等水准测量。仪器设备使用某测绘仪器厂生产的DS3型自动安平水准仪。本次高程测量,全环路线长度为5km,全程高程闭合差为2.4cm,小于4.4cm的规范要求,闭合差的平差按各测站的长度占全程线总长的权的比例分配。

4 水位控制

由于测区是内河入海口处,外港及内港存在一定的水位差。因此,在本次测量决定设置两支临时观测水尺,一支安置在内港,一支安置在外港码头西南角,且同时进行观测。在水位观测时,每日观测对时,其误差不大于1min,如超限时拨正,且对时及拨正的情况进行登记。在水深测量时,要求每10mim观测水位一次,每次的水位读数取波峰,波谷读数的中数。且观测值读至厘米。

5 水深测量

首先在河道两岸建立一定密度的控制点,布设一定数量的水位站,要考虑到水位站的控制范围与测深精度、瞬时水位差、水位改正模型之间的关系,水位站的密度必须满足控制范围内内插后的水位精度。具体作业时运用GPS和导航软件对测深船进行定位,并指导测深船在指定测量断面上航行,导航软件或测深系统每隔一个时间段自动记录观测数据。测量数据处理主要包括坐标转换、声速改正、水位改正、时间同步改正、地形图生成等。在水深测量前,先检查平面控制成果,校对基准面与水尺零点的关系。检查测深仪的工作状态是否良好。本次测量采用国产测深仪—— 海鹰牌双频回声测深仪。测深时,选择在风浪较小的情况下进行,既测深仪记录纸上波峰与波谷之差不超过0.6m的情况下。由于水下测量是反映水下地形地貌的。因此,为了能够最大限度反映水下的地形状态,主测深线且垂直于等深线的方向或岸线。测深线间的间距根据规范要求在图上测线间距为1.0cm,即在实际上的1∶1000的比例尺应该是10米布设一条测线以满足规范要求。点位的最大间距按规范不大于图上4.0cm,即1∶1000的比例尺的实际间距的40m。其偏差不大于1,的规范要求。测深前测船与水位站进行时间校对,水位观测的测前10min开始,测后10min结束,要把测深仪换能器安装在距测船船长的1/3的船长处,测深仪等各部分安装完毕后进行吃水改正,吃水改正采用静态吃水改正和当测船按测量时行驶的速度行驶的动态吃水改正。水深测量结束后,再对测深仪的换能器的吃水改正进行复检。测深仪测出各水深点水深后,并经过水位改正得出各水深点的水深。

6 地形测量

由于房子高低不等,地形复杂,布置的首控点不能满足地形测量的需要,所以又从首控点推测支导线点作为地形测量的平面控制点。在测量高大建构筑物的位置时,特征点必须是建构筑物的拐角点,这就要求在使用RTK采点时,RTK流动站必须放在紧靠建构筑物的拐角处,这些约束条件就使其不能有效工作。而利用RTK做控制和在一些困难地区辅助全站仪使用能很好解决这些问题。从效率上考虑,RTK在测量时只需要较少的控制点,也就不需要经常的迁站,无论是人员调配、工作效率上都取得了良好的效果。

7 内业成图

由内业人员利用AutoCAD成图软件对经过调整、检查后的水域地形测量数据进行调入、绘制草图后,由外业技术人员根据外业草图进行检查线精度统计,确定满足规范要求的同时,交由质检相关人员检查,确认无漏测、错误现象后提交内业队进行成果图的编绘。

作者：吴文

水下地形测量技术论文 篇3：

疏浚工程水下地形测量中GPS RTK技术的应用

摘要：本文简单介绍了疏浚工程中GPS RTK技术水下地形测量系统的原理，一般步骤程序，并结合中海达GPS、测深仪在疏浚工程中的应用，重点通过对RTK技术在水下地形测量中影响精度因素的分析， 明确操作注意事项，从而对工程质量进行有效控制。

关键词：疏浚工程；水下地形测量系统；操作程序；使用注意事项

引言

我公司主要业务是挖泥船河道疏浚和吹填，主要工作內容是根据设计图纸对河道进行疏浚加深和扩挖，因此，不论河道开挖前原始水下地形测量，施工过程中检测河道疏浚高程、平面位置及回淤情况，还是工程完工验收，都必须进行大范围的河道水下地形测量。水下地形测量对疏浚工程的质量至关重要。

以往的疏浚工程水下地形测量，主要采用断面索（测绳）或水准仪视距法或经纬仪交会定位，确定其平面位置，再利用测深锤测量水深，从而绘制断面图或平面图。该测量方法不仅操作困难、投入人力多、效率低，受气象的影响大，外业测量人员很艰苦，成图时间长，而且测量结果受人为因素影响较大，精度差。而要克服上述缺点，就必须引进先进的测量仪器、测量方法和数据处理方式。

疏浚工程测量较其它工程测量具有自己的特点。首先是工作条件复杂，通视条件差，河道测量工作中经常遇到树木、芦苇丛等遮挡，水上测量困难；二是疏浚工程精度要求不高，《疏浚工程施工技术规范》（SL17-90）中疏浚开挖边线点位误差为水下±1.0m，岸边±0.5m，开挖高程在最大超深0.4m，最大欠挖0.3m，较建筑物测量要求精度相差甚远；三是水利工程多位于相对偏远的地区，已知控制点少，测量区域一般由分散的水工建筑物或带状河道组成，测量范围广。针对疏浚工程测量的这些特点，并随着工程测量数字化技术和设备的不断推广应用，近几年，我公司逐步采用超声波测深仪和 GPS 全球定位仪组成水下地形测量系统进行测量，能十分方便、快捷、高效、精确地进行河道河床水下地形观测。现把水下地形测量系统做个简单介绍：

一、GPS RTK水下地形测量系统组成

水下地形测量主要是在船上进行的，水面上测量测点的平面坐标，水面下使用测深仪测定水深，两者结合起来就获得水下测点的三维坐标，进而获得需要的水下地形图。GPS 全球定位系统提供测点的虚拟三维坐标，利用测深仪测量水深，从而形成水下测点的实际三维坐标，通过电脑软件数据处理，直接平面成图或断面成图。

1、GPS RTK水下地形测量系统组成示意图如下：

2、超声波测深设备

超声波测深仪主要由超声波换能器和测控装置两部分组成。超声波换能器用于超声波发射和接收，测控装置控制仪器发射、接受和对接受数据进行分析处理。它是以水体为超声波媒介，测深时将超声波换能器放置于水下一定位置，换能器到水底的深度可以根据超声波在水中的传播速度和超声波信号发射出去到接收回来的时间间隔计算出来。

3、GPS 全球定位系统

在河道水下地形观测时，利用 GPS 全球定位系统可以测定各观测点的三维坐标，即：水平位置和高程。我们常用的中海达双频 RTK GPS 定位系统，它由基准站和移动站组成，其中，基准站包括：一体化蓝牙GPS 接收机、无线发射电台、遥控终端和电源系统，移动站包括：GPS 接收机、蓝牙手簿等。其主要技术指标见表 2。

表1 RTK GPS主要技术指标

二、水下地形测量系统主要操作步骤

1、在较开阔场地架设固定基准站、电台，安装 GPS 接收机；在测量小船上安装固定超声波测深仪，并将 GPS 移动站与测深仪连接。

2、启动 GPS，通过控制手簿设定系统坐标；启动测深仪，设定坐标、水深、工作频率等基本参数。

3、利用测深板等校核测深仪数据，如误差较大，调整工作频率的参数。

4、采用计划线或散点法进行测量和数据采集、贮存；

5、将测量数据导入专用水下地形测量绘图软件进行数据处理、分析，绘制水下地形图。

三、水下地形测量系统的特点

超声波测深仪配上双频 RTKGPS 定位系统，组成了一套先进的水下地形测量系统，该系统不仅体积小、操作简单，而且测量精度高、工作稳定可靠，可全天候工作，主要特点有以下几点：

1、操作简单易学

无论是超声波测深仪，还是 RTKGPS 定位系统控制手簿，都配备了Windows 操作系统，全中文界面。超声波测深仪配备 12 英寸电阻式触摸屏和专业导航测量系统，操作简单易学。

2、工作快捷方便

测量系统设备安装方便，操作简便。测量过程中，测量船只可以在测深仪导航系统的指示下按断面行走，也可按散点测量法在测量范围内任意行走，散点测量时通过屏幕查看测量船航迹线，避免重复测量。测量数据无须人工记录，由测深仪电脑自动记录保存。

3、测量精度高

该水下地形测量系统测量数据连续、即时显示和保存，工作稳定，测点数量多，测量精度高，而且可基本消除波浪对测深数据的影响。为了减小定位误差，一般将 GPS 固定站与移动站的最大距离控制在 1 km 范围内，因此，测量精度完全满足规范要求。

4、数据处理简单

测深仪可以实时记录保存各测点的水平坐标、高程和水深，将数据文件导入装有水下地形绘图软件系统的电脑，即可绘制出水下地形图、断面图，并可进行数据分析处理。

四、实际应用情况

我公司自2003年开始在挖泥船上安装中海达GPS信标机进行平面开挖位置控制，2007年开始应用中海达GPS RTK加测深仪进行河道地形测量技术，经常利用该水下地形测量系统对我们施工的河道工程进行断面观测和水下地形观测，实际应用情况证明，应用该水下地形测量系统进行河道工程测量，使得过去非常耗时、耗力且困难重重的水下地形观测变得十分方便、快捷，尤其是测量精度大大提高。利用该设备，只要配备一条船、几个人，不仅测量速度快，节省人力，更重要的是测量精度得到了保证，而且数据处理也十分快捷。

五、使用注意事项

1、基准站与流动站之间无线电信号传播质量对 GPS 定位精度的影响较大，因此，基准站最好远离无线电发射站、变电站、高压线路等无线电干扰源，与大面积水域保持有效距离。基准站也不能放置在离建筑物太近的地方，否则会影响对卫星定位信号的接收。

2、要在每次测深前，对测深仪作零位和测深比对校正。根据水质变化情况，适当调整测深仪的工作频率，并利用测深板进行数据比对，以选择合适的工作频率，确保不同的水深情况下，误差最小。

3、由于 GPS 采样与测深仪采样频率不完全同步，工作时因测量船不停移动，加之风浪影响，测得的平面位置和水深可能会存在误差，必须进行延时校正。

4、测深仪换能器要浸入水下 20cm 左右，且当水深小于 30 cm 时不能准确测量，需要用测深锤（杆）进行补测。

5、测深仪测量的个别数据可能失真，如换能器信号正好打在水中生物、气泡、悬浮物等，可根据测深仪走纸水深调整，如无法判定真伪，对该区域重测。

六、结束语

采用超声波测深仪和 GPS 全球定位系统组成的水下地形测量系统对疏浚工程河道进行水下地形观测，使得我们对河道河床地形的观测变得十分简便、快捷、高效，通过测量软件和成图软件等可方便地进行测量数据处理和分析，从而及时了解河道工程质量情况。我们相信，类似的水下地形测量系统将会在更多的水利工程河道、湖泊水下地形观测中得到推广应用。

作者：刘强