第五章水下地形测绘

5.根据测区特点和作业技术水平，重点提出适当的作业 方法和注意事项，必要时应作出具体技术指示。
（三）测线布设
1.测深水域的确定 在进行海底地形测量前，需确定要测量水域
的范围。通常应用陆地控制点， 采用常规陆地测 量方法，测取需测深海域和海滩外围的范围。也 可以先测定海岸及沿海地形图。这样，就可以圈 定测深线布设的范围和设计测量方法。也可以实 现海洋地形和陆地地形的拼接
与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消 ，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差， 这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站 之间的距离对精度有决定性影响。
（3）GPS-RTK定位系统
RTK技术始于20世纪90年代初,是基于载波相位观测值基础上的实 时动态定位技术。如图所示，RTK技术的工作模式是在已知点上架设基 准站，接受机借助电台将其观测值及坐标信息，发送给流动站接收机， 流动站接收机通过电台（数据链）接受来自基准站的数据，同时还要采 集GPS观测数据，在系统内形成载波相位差分观测方程,采用卡尔曼滤波 技术,在运动中初始化求出整周模糊度。并进行实时处理，求得其三维 坐标（X，Y，Z），精度可达厘米级。
3.以理论最低潮面作为深度基准面，深度基准面的高度 从当地平均海面起算一般情况下，它应与国家高程基准进行 联测。深度基准面一经确定且在正规水深测量中已被采用者， 一般不得变动。
灯塔、灯桩的灯光中心高度从平均大潮高潮面起算。 海岸线以平均大潮高潮时所形成的实际痕迹进行测绘。
§5-1.精度要求和技术设计
江河湖泊及水库区域的防洪、灌溉、发电和污染治理等 离不开水下地形图这一基础资料；
在军事上，水下潜艇的活动、近海反水雷作战兵力的使 用、战时登陆与抗登陆地段的选择等，其相关区域的水下地 形图是指挥作战人员关心的资料；
从科学研究的角度上看，为了确定地幔表层及其物质结 构、研究板块运动、探讨海底火山爆发与地震等，也需要水 下特殊区域的地形图；
国内外具体处理方法一般有两种： 一种是规定图上主测深线的间隔为10mm的情况下，根据
上述原则确定海区的测图比例尺； 另一种是根据上述原则先确定实地上主测深线的间隔，
再取其图上相应的间隔，如6mm、8mm、10mm，最后确定测图 比例尺。
我国水下地形测图比例尺一般为： 港地以及一些面积较小但较重要的岛屿周围，
2. 测深线的布设
测深线又称计划线，是测量仪器及测量仪器 载体的计划探测路线。
测深线可以分主测深线、补充测深线和检查 测深线。
测线布设是水下地形测量技术设计的主要内 容之一，测设布设主要考虑测线间距和测线方向。
测线间距是水下地形测量要求的一项重要指 标，测深线的间隔确定原则应根据对所测海区的需 求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况，以及测 深仪器的覆盖范围而定的。
3.测深线成辐射线、平行圈wk.baidu.com、螺旋线方向 (沙嘴、岬角、石陂延伸处或 重要海区的礁石与小岛周围）
补充测深线主要用于局部重要海域的加 密测深和对礁石、沙嘴、沉船等的探测
为了检查测深与定位是否存在系统误差或粗差， 并以此衡量测深测量成果总的精度，需要布设检 查线。检查线的方向应尽可能与主测线垂直，分 布均匀，要要求布设在较平坦处，能普遍检查主 测深线。检查线一般应占主测线总长5％～10 ％.
（二）导航定位
一个典型的水深测量 定位系统包括：GPS接收机、 安装有导航系统软件的计 算机、导航显示器、操作 员使用的显示终端以及与 探深仪连接的的数据通讯 电缆，有时还需要专门的 同步定标器，其目的就是 控制测深仪的定标时间和 GPS 的定位取样时间保持 一致。
导航定位软件具有数据采集、质量控制以及界面友好的导 航定位信息显示功能。导航定位显示信息包括:测线和测量船 的位置，导航信息与数据采集信息，以及供船驾驶的航向和偏 航等
水文气象、通讯、交通运输、物资器材、医疗卫生 和船舶避风锚泊等条件。
2.勘察已有控制网（点）和水准点位置、标志 类型及保存情况。实地勘察所需增设的控制点（包 括显著物标）间的通视情况、确定其位置、觇标类 型及标高；勘察导线路径上物理测距仪的工作条件
3.检查已有验潮站水准标志的保存情况，对潮 汐性质复杂资料又不足的海区，一般均应设站勘察。 拟新设的站，应勘察站位和设站条件。
空间部分 用户部分
主控站 地面天线
1.单点GPS定位
单点GPS定位就是采用一台GPS接收机，以测码伪距为观 测量，根据单点定位的原理。确定测量船的水深测量瞬时位 置在WGS-84系中的坐标，也称为绝对定位。
定位的精度取决于应用的测距码。当采用P码时，单点定 位精度为5-10米；当采用S码时，定位精度为20-50米。根据 水下地形测量定位精度的要求，当测量比例尺小于1：50000 时，由于定位精度要求低，采用单点定位GPS定位方式可以满
测深线的布设方向：
1.测深线垂直于等深线方向或者平行于等深线方向布设
测线布设的方向对采用单波束测深仪或多波束测深 仪是不同的。原则上，采用单波束测深仪时，主测线应 垂直等深线方向布设（虚线）；采用多波束测深仪时， 主测线应大致平行于等深线方向布设（实线）。
2.测深线与水流轴线成 450方向
(对狭窄航道、锯齿形海岸)
最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和 用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、 SA影响、大 气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和 用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法适用于用 户与基准站间距离在100km以内的情况。
（2）伪距差分定位
伪距差分是目前用途最广的一种技术。在基准站上 的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的 距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β 滤 波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测 距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的 伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置 ，就可消去公共误差，提高定位精度。
一、精度要求
水深测量的精度主要由测点的测深精度和定位精 度决定，其精度必须满足相应的国家标准、行业 标准或特定测量项目的精度要求。
二、技术设计
包括项目设计和技术设计
1.项目设计 主要包括确定测区范围，划分幅图和确定测量比例尺， 标定免测范围或确定不同比例尺图幅之间的具体分界线，明 确实施测量工作中的重要技术保证措施，编写项目设计书和 绘制有关附图。 2.专业设计 首先应全面地收集和分析测区有关资料，进行初步设计 ；然后对某些资料不足或难以评估资料可靠性的海区，进行 实地勘察和调查；在此基础上对初步设计进行修改和充实， 并编制技术设计书。
技术说明书的内容为：
1.任务的来源、性质、技术要求；测区的自然地理特点 ；技术设计的依据及原有测量成果的采用情况。
2.各施测控制点的等级、标石和觇标类型及造埋数量； 水深测量图幅、测深里程、航行障碍物的数量、海岸地形测 量的图幅、面积和岸线长度。
3.作业所需的各种主要仪器、器材、船只类型和数量。
4.根据测区地理气象及技术装备条件，确立不同海区的 作业率，并计算各种测量作业的工作量和工作天数。
以1：5000比例尺施测； 港湾、锚地、狭窄水道、岛屿附近及其他有
较大军事价值的海区，以l：10000比例尺施测； 开阔的港湾、地貌较复杂的沿岸海区及多岛屿海 区，以1： 25000比例尺施测等。
测深线方向的布设原则： 1.有利于完整地显示海底地貌 2.有利于发现航行障碍物 3.有利于进行测绘工作
3.局部区域网差分定位系统
局域差分（LADGPS）是在局部区域内布设一个 GPS差分网，网内由若干个差分GPS基准站组成，通常 还包含至少1个监控站。处于该局域内的用户可根据多 个基准站提供的改正信息，经平差后求得自己的改正 数。它的作用距离一般在200~300km内，如我国沿海建 设的信标差分网。
4.资料不足的港、湾、河口及易变地段应进行 实地勘察，以提出合理的施测方案。
5.调查了解测区内航行障碍物的变化情况。 6.勘察岸台、检查台、比对点的位置，测试测 区电磁场对无线电定位仪的干扰情况。
（二）制定技术设计书
通过实地勘察，对初步设计进行修改，制定技术设计书。
技术设计书由技术说明书，控制测量、水深测量和海岸线地 形测量设计图及有关附图和附表组成。
为了进行国与国之间的海域划界工作，高精度的海底地 形图是必备的。
二.水下测绘测量的基本内容 1.建立平面和高程控制测量基础；
一般沿着所测区域进行面状或线状布设 海上控制网：海岸、岛—陆、岛—岛控制网
二.水下测绘测量的基本内容 2.进行水位观测，确定平均海面、深度基准面
和计算水深测量时的水位改正；
局域差分GPS技术通常采用加权平均法或最小方 差法对来自多个基准站的改正信息进行平差，求出自 己的坐标改正数或距离改正数。
3. RBN/DGPS定位系统
RBN/DGPS定位系统是我国交通部在沿海区域建立的无线 电指向标/差分全球定位系统。整个系统由均匀分布在沿海的 21个台基准站组成，形成了一个LADGPS区域性定位系统。该系 统利用无线电信标站台向移动站播发差分改正信号，为我国沿 海提供差分GPS的24h服务，使用户在400km海域内接收差分信 号，陆地100km内接收差分信号得到2-5m的定位精度。用户只 要拥有一台信标GPS接收机，就可利用这一免费信号资源，进 行实时差分定位。此技术正在得到大力推广。
水下测绘概述
一.概述
建设现代化的深水港，开发国家深水岸段和沿海、河 口及内河航段，已建港口回淤研究与防治等都需要高精度的 水下地形图；
在桥梁、港口码头以及沿江河的铁路、公路等工程的 建设中也需要进行一定范围的水下地形测量；
海洋渔业资源的开发和海上养殖业等都需要了解相关 区域的水下地形；
海洋石油工业及海底输油管道、海底电缆工程和海底 隧道，以及海底矿藏资源的勘探和开发等，更是离不开水下 地形图；
3.资料收集和分析 在技术设计之前，应收集测区下列资料： （1）最新出版的地形图和海图； （2）控制测量成果资料及其说明； （3）水位控制资料； （4）助航标志及航行障碍物的情况； （5）其他与测量有关的资料。
对所收集的资料，应对其可靠性及精度情况进行全面 分析，并作出对资料采用与否的结论。
（一）实地勘察 勘查内容 1.调查测区行政区划、社会情况、自然地理、
§5-2导航定位
一、全站仪定位 二、导航（GPS）定位 三、数据获取与质量控制
（一）全站仪定位
传统的光学仪器定位，以行 驶的测船上与测深点在同一铅垂 线的标志为观测目标，由岸上的 两台经纬仪同时照准目标，实施 前方交会法定位，并且做到与水 深测量工作同步。
近年来，随着电子仪器的普 遍使用，用传统的光学经纬仪前 方交会法定位已很少采用。
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位 技术分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。
（1）位置差分定位
这是一种最简单的差分方法，安装在基准站上的 GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基 准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响 、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与 基准站的已知坐标是不一样的，存在一个差值。基准站 利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且 对其解算的用户站坐标进行改正。
新的方法是直接利用全 站仪，按方位—距离的极坐标 法进行定位。观测值通过无线 通信可以立即传输到测船上的 便携机中，立即计算出测点的 平面坐标，与对应点的测深数 据合并在一起；也可储存在岸 上测站与全站仪在线连接的电 子手薄中或全站仪的内存中。 到内业时由数字测图系统软件， 可自动生成水下地形图。
足测图精度。
x x i2 y y i2 z z i2 1 2
2.GPS差分定位
目前GPS系统提供的单点定位精度是优于25米，而为 了得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：
将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基 准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数， 并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行 GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定 位结果进行改正，从而提高定位精度。
二.水下测绘测量的基本内容 3.进行水深测量、助航标志的测量、航行
障碍物的调查探测、水文和地质测定等；
二.水下测绘测量的基本内容 4.进行海岸地形测量。
三. 坐标系基准
1.平面坐标采用国家统一规定的坐标系，其与地心坐标 系的关系采用国家统一使用的转换参数或满足规范精度要求 的区域性转换参数。
2.高程采用1985年国家高程基准，远离大陆的岛、礁， 其高程基准可采用当地平均海面。