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測深儀水上測量應(yīng)用
一、引言
隨著RTK的普及和水上導(dǎo)航測量軟件的成熟，一種新型的水上測量方式---無驗(yàn)潮水下地形測量應(yīng)運(yùn)而生，因其具備全天候、精度高、作用距離遠(yuǎn)、效率高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的測量方式相比有著巨大的優(yōu)勢，極大地提高了工作效率，被廣泛的應(yīng)用于各種工程測量之中，本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹無驗(yàn)潮水下地形測量方法及應(yīng)用。
二、測深儀的原理
利用超聲波穿透介質(zhì)并在不同介質(zhì)表面會產(chǎn)生反射的現(xiàn)象，利用超聲波換能器（探頭）發(fā)射超聲波，測出發(fā)射波和反射波之間的時間差來進(jìn)行測量水深。 聲波在水中的傳播速度為V，換能器（探頭）發(fā)出超聲波，聲波經(jīng)探頭發(fā)射到水底，并由水底反射回到探頭被接收，測得聲波信號往返行程所經(jīng)歷的時間為t，則：Z = Vt/2；同時根據(jù)探頭上固定桿的刻度可獲知水面與探頭之間的距離，即吃水深度，兩者之和即為水深。
三、無驗(yàn)潮水下地形測量基本原理
水下地形測量的主要任務(wù)是確定水下某一點(diǎn)的泥面標(biāo)高，即下圖A點(diǎn)的平面坐標(biāo)(X, Y,Z) 普通的DGPS測量的高程值h0精度比較差，滿足不了要求，為了解決水下地形測量，在精度要求不高的地方需要人工的方法檢驗(yàn)潮位，這就是常規(guī)的驗(yàn)潮方法。
說明：
h為GPS天線到水面的距離（即天線高）。
a為吃水。
b為換能器桿子的長度（常數(shù)）。
s為換能器底部到水底的深度。
H為水深。
h0直接由RTK實(shí)時測得。
另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即為常說的水位。
如上圖所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相關(guān)，與潮位無關(guān)，從而達(dá)到無驗(yàn)潮效果。
四、水下地形測量要求及設(shè)備
水下地形測量的工作主要由RTK接收機(jī)、 數(shù)字化測深儀 、內(nèi)置導(dǎo)航軟件等組成。為滿足碼頭施工的需要，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，需對該水域進(jìn)行1:500水下地形圖測量。
作業(yè)采用的儀器設(shè)備軟件有：
華測X91GNSS(1+1)
華測D330單頻測深儀
華測Hydronav導(dǎo)航軟件
AUTOCAD輔助成圖系統(tǒng)
五、水下地形測量的具體實(shí)施
水下地形測量分三部分：前期的準(zhǔn)備工作，外業(yè)數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)處理及成圖輸出。
1、前期的準(zhǔn)備工作。
a. 控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集，施工區(qū)域位置的確定，施工區(qū)域計(jì)劃線的繪制。
b. 測深儀換能器的綁扎，換能器一般綁在距離船尾1/3為宜，吃水深度以超過0.5米為佳。
c. 任務(wù)的建立，設(shè)置坐標(biāo)系、 投影、 轉(zhuǎn)換參數(shù)。
d. 施工區(qū)域計(jì)劃線的繪制。
如下圖按1:500的要求，將施工區(qū)域按5米間隔將整個區(qū)域分布好。
2、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集
a.RTK作業(yè)：將GPS基準(zhǔn)站架設(shè)在固定的位置，啟動基準(zhǔn)站，用移動站采集控制點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行點(diǎn)校正，再找另外一個控制點(diǎn)進(jìn)行比對，檢測結(jié)果符合要求后，方可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。
b.測深儀水深的比對：在進(jìn)行水深記錄之前，需進(jìn)行水深的比對工作，調(diào)節(jié)測深儀的聲速，確保測量深度在誤差范圍內(nèi)（一般在靜水條件下，用比對板在不同的深度進(jìn)行比測，也可用測深錘比對，通過調(diào)節(jié)聲速，達(dá)到要求）。
c.RTK和測深儀的聯(lián)機(jī)調(diào)試：
（1）將RTK接收機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接上D330測深儀,設(shè)置好GPS和測深儀的數(shù)據(jù)格式，通過串口調(diào)試助手將信號連接通。
（2）坐標(biāo)的檢測：將RTK點(diǎn)校正的參數(shù)輸入到導(dǎo)航軟件中，檢測軟件顯示坐標(biāo)和手簿顯示的坐標(biāo)是否一致（注意：設(shè)置好天線高后導(dǎo)航軟件顯示的高程即為水位），檢測合格后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
d.數(shù)據(jù)的采集和保存
（1）打開測深軟件，將水深測量圖像實(shí)時保存下來。
（2）打開導(dǎo)航軟件，按設(shè)計(jì)好的計(jì)劃線，按2米一個點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集結(jié)束后保存。
3、內(nèi)業(yè)處理及成圖輸出
a.內(nèi)業(yè)處理：將記錄好的原始數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)取樣，去掉有粗差的水深點(diǎn)，通過后處理軟件生成坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件,數(shù)據(jù)格式為（點(diǎn)號，X,Y,Z）。
b.成圖輸出：將通過內(nèi)業(yè)處理好的坐標(biāo)文件通過繪圖軟件，直接可以顯示位置信息，生成等高線，斷面圖，三維立體效果圖，并可進(jìn)行土方量的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。
六、成果的檢驗(yàn)
同一地方不同方式比較：在距離碼頭1公里位置設(shè)立自動潮位儀，人工驗(yàn)潮的方式，對同一段進(jìn)行3次水深測量，無驗(yàn)潮方法測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過比對，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉測量：在測量的時候先縱向測3條線，再橫向測3條線，其中位置相交的地方進(jìn)行水深比較，水深互差在0.1米之內(nèi)。
七、無驗(yàn)潮水下地形測量的優(yōu)點(diǎn)
1、無須驗(yàn)潮數(shù)據(jù)，減少工作量。驗(yàn)潮法需要專人測量水位，建立驗(yàn)潮站或者花錢從水文部門獲取水位數(shù)據(jù)。
2、每個水位與GPS通過軟件自動同步，極大提高精度，GPS數(shù)據(jù)更新速度達(dá) 10 Hz ，每個水深點(diǎn)都對應(yīng)的水位值，無須內(nèi)插或外推。
3、減少波浪等引起的誤差。驗(yàn)潮法測量中由于波浪影響，換能器上下起伏使得測的水深有誤差，在數(shù)據(jù)處理時無法消除，而無驗(yàn)潮法是通過GPS天線高程來推算水下高程的，天線與探頭的相對位置固定，船舶的上下波動跟結(jié)果無關(guān)。
4、數(shù)據(jù)處理方便、快捷。無驗(yàn)潮采集的數(shù)據(jù)全部集中在一個文件里面，無需輸入潮位信息，即時能進(jìn)行后處理，編輯水下地形圖或斷面圖。
八、結(jié)束語
利用測深儀無驗(yàn)潮技術(shù)進(jìn)行水深測量，使得水深測量這項(xiàng)工程變得簡單、方便、快捷、輕松、，極大的提高了生產(chǎn)效率，結(jié)合華測的Hydronav導(dǎo)航軟件，真正實(shí)現(xiàn)了全自動測量。值得在水深測量乃至其它水下地形測量中大力推廣應(yīng)用。
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