李学恒

摘 要：本文基于水下地形测量技术进行分析，先介绍了几种常见的水下地形测量技术，包括人工水深测量技术、单波束声呐测深技术、多波束声呐测深技术、GPS定位测量技术，然后探讨了无验潮水下地形测量和无人测量船测深的具体应用，以期为水下地形测量工作提供有益参考。

关键词：水下地形测量；GPS-RTK技术；方法选用；技术分析

中图分类号：U416 文献标识码：A

水下地形测量和陆地地形测量较为相似，在水域开发的初始阶段都需要做好测图工作，但和陆地测量不同，海洋、河流、湖泊所要测量的是水下地形图。水下地形图有着广泛的应用，在远洋货运、港湾筹建、海域边界划分、都有着重要作用。也是监控大陆板块运动等任务不可或缺的基础资料之一。笔者基于水下地形测量技术进行分析，介绍最主要的几种测量方法，总结相关内容，提供给相关人士，供以借鉴。

1.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，是水下地形測量的一个中心环节；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。

2.水下地形测量技术方法

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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时水面的瞬间高程，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。

3.水下地形测量技术应用

3.1 无验潮（水位观测）水下地形测量

水上测量可以采用GPS无验潮方式进行工作（RTK方式）。基本原理是将GPS流动站的天线与测深仪的换能器安置在同一平面位置，作业时流动站根据基准站通过电台发送的改正数实时改正自身的测量值，获得点位的厘米级精度的平面坐标和高程坐标，同时数字测深仪获取该平面位置处的水深数据，根据观测的水面高程计算出该平面位置处水下点的高程坐标，与RTK获得的平面坐标一起组成水下点的三维坐标。然后将数据导入数字成图软件就可以编辑生成需要的水下地形图。RTK无验潮测深能消除波浪和潮位（水位）变化的影响，是一种理想的水上测量方法。

3.2 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。

结语

综上所述，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

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