水库水下地形测量中GPS结合测深仪应用

水库水下地形测量中GPS结合测深仪应用

摘要：随着GPS技术的不断发展，RTK技术的出现和计算机技术的飞速发展，平面定位技术实现了高精度、自动化、数字化和实时化。随着探测技术的数字化和

自动化，为水下地形测量数字化、自动化和水利测量提供了基础，为测绘提供了

先进的手段。文章介绍GPS结合测深仪在水下地形测量中的实际应用、测深设备

的基本工作原理，以及在测量过程中会遇到的问题及处理方法。

关键词：水下地形测量；GPS；测深仪

0引言

水下地形测量在许多工程建设项目上有着重要的作用，它可以为桥梁、码头、水库、港口等工程建设项目提供必要的基础数据，是现代水利工程中的一项重要

工程技术。由于传统水下测量模式存在着诸多弊端，譬如测量难度大、数据不精确、不能反映真实水下地形等问题。现代的“GPS+数据处理软件+测深仪”的测量

模式逐步取代传统的测量模式。

1控制测量

水下地形测量应与地面上的国家控制点或高级控制点构成统一整体，只在需

求的情况下单独建立水下地形测量的高程和平面控制。

2水下地形测量

2.1数字测深仪的工作原理

数字测深仪是利用声波的传导特性，实现水下地形测量的仪器。数字测深仪

的原理是通过振荡器发出超声波后遇到障碍物，再通过接收器接收反射回的声波，通过时间差t，求出距离D=Ct/2，C为超声波波速。

2.2水下地形测量系统组成

水下地形测量利用GPSRTK和数字测深仪、计算机联合使用作业。作业人员

应在测量前将测区的范围图导入计算机，按规范要求在测量前设计好测线，测量

时应按照测线进行测量活动。利用RTK的定位定向功能指导船只航行。利用计算

机的测深软件实时观测船只的航向、航速、船只的平面坐标、水深及RTK的解状态。声波在水中传播速度受到水温、水深、水的盐度等因素的影响，因此要进行

相关参数的修改，同时可以利用声抛仪辅助修改相关参数，用以获得准确的测深

数据。

2.3水下地形测量工作原理

用测深仪专用连接杆连接测深仪与RTK，再将连接好的连接杆安装在船只上，将测深仪没入水下，连接杆要始终保持垂直于水面，并保持连接杆与船只的相对

位置不变，RTK可以实时的获得平面坐标与高程坐标，由RTK所获得的高程减去RTK距水面的高度。同时船只有一定程度的摇晃及水流的波动，因此，此时所获

得的水面高程仅为参考值。所以要求我们在工作时选择较大型的船只，同时注意

保持航速，航速不宜过快，保证数据的准确性。

2.4水下地形测量具体过程

实际工作中三人即可完成操作，由一人驾驶船只，船只要按既定航线行驶，

同时保持船只行驶速度，速度不宜快。一人利用电脑操作GPS接收机和测深仪，

实时观测数据及解状态，另一人利用声抛仪每隔一段距离测量一次声速，用以进

行声速改正，如发现问题，及时处理。

2.5设备的安装

所选用的船只尽量选择大而稳的。测深仪的换能器要尽量远离船只的发动机、

推进器用以减少噪声的干扰。换能器要安装在船只的中前部，但不要安装在船头，因为船头会拍打水面，造成气泡与噪声。探头要尽量深入水下，减少船体对探头

侧方扫描的影响。同时要保持GPS与换能器的相对位置不变。

2.6布设网格

将测区的范围图导入计算机中的测深软件，测线的间隔应按照项目的规范要

求计划，同时测深点的间隔也应按照规范要求计划。为了连续均匀的获得测深数据，必须合理规划好测深线的间隔与方向，方向一般与等深线垂直。当岸线成锯

齿形且总方向成45度角，水底的地势平坦开阔时，测深线的方向可以自行选择

以工作方便为准；在江河上就要根据水速、河宽和布设综合、横向或者斜向的测

深线。

2.7水下地形数据采集

设置完各个参数后，由于RTK技术快速定位技术，操作船只的工作人员可以

通过观看电脑显示器，准确的获得当前位置及航行，保持船只按既定的航线行驶。按项目与规范的要求同步采集测深数据与平面坐标，数据存储在电脑中，完成水

底地形数据采集。

2.8异常水深数据的处理

由于测量过程中会存在着粗差，会对数据的精度有较大影响，所以必须要进

行有效的数据处理。同时由于粗差的存在只是个别现象，粗差的存在是有一定的

规律性，可以根据不同粗差的产生原因进行修改。

（1）测深线上孤立零点的粗差处理。去掉此类粗差可采用单点改正法又称

直接改正法。由于在水下测量时，不可能出现水深为零的情况，如果出现为零的

情况，可以确定为粗差，这种情况通常以离散点的形式出现，可以通过软件的算

法直接去掉这些离散点，也可手动删除这类离散点。

（2）具有连续性和相关性的水深数据粗差的处理。此类粗差是比较难处理的，这种粗差的样式较多，需要人工与计算机相结合的方式处理。测深数据的删

除有以下几点原则：测深数据的定位点较密时，可以适当删除一些数据比较一致

的点；船只的行进轨迹有较大变化的定位点数据要保留；水下地形变化较大的定

位点数据要保留。如果发现有漏测情况，可内插获取；凡是水深出现异常值时，

应做记录，分析原因，也可加密探测，用以证实。如果由其他因素影响，如GPS

的解状态存在问题，如果这种问题出现的时间较短，可用内插求得这段时间的平

面位置和高程，如果时间较长，需要进行补测。

3水下地形测量中遇到的困难和解决方法

3.1水上勘测定位不准，航线易偏

水下测量最困难的地方就是勘测船在水面上很难找到参照物，而此次使用的RTK可以对勘测船进行实时定位导航。当水面比较广阔时，以往没有导航技术很

容易出现左右偏移的情况，无法做到保证航线为一条直线的理想状态。解决这一

现象可以在勘测前目测远方，确定岸边一参照物，向这个参照物航行，在航行时

如出现偏离也不要猛烈校准，而应小幅度修正确保航线平滑的到达既定目标。

3.2RTK实测数据和测深仪测深数据相匹配的困难

在实际操作时水面是上下起伏的，因此在测量水深时与真实值会有一定的误差，在本项目中就行了改进，测量水深时采用了将测深尺或是测深杆同GPS连接

在一起，确保两者的相对位置是不变的。当因受到风浪而使得勘测船而上下起伏时，测深仪获得的水深数据有所增加，GPS的高程数值也会相应升高，两者数据

降低时也会得到相同的结果。