一、引言 

隨著RTK的普及和水上導航測量軟件的成熟，一種新型的水上測量方式---無驗潮水下地形測量應運而生，因其具備全天候、精度高、作用距離遠、效率高的特點，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，被廣泛的應用于各種工程測量之中，本文結合實踐經(jīng)驗，介紹無驗潮水下地形測量方法及應用。
 

二、測深儀的原理

利用超聲波穿透介質并在不同介質表面會產(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、無驗潮水下地形測量基本原理

水下地形測量的主要任務是確定水下某一點的泥面標高，即下圖A點的平面坐標(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潮位，這就是常規(guī)的驗潮方法。

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，與潮位無關，從而達到無驗潮效果。

四、水下地形測量要求及設備

水下地形測量的工作主要由RTK接收機、 數(shù)字化測深儀 、內置導航軟件等組成。為滿足碼頭施工的需要，根據(jù)項目設計要求，需對該水域進行1:500水下地形圖測量。

作業(yè)采用的儀器設備軟件有：

華測X91GNSS(1+1) 

華測D330單頻測深儀 

華測Hydronav導航軟件 

AUTOCAD輔助成圖系統(tǒng) 
 

五、水下地形測量的具體實施

水下地形測量分三部分：前期的準備工作，外業(yè)數(shù)據(jù)采集，內業(yè)處理及成圖輸出。

1、前期的準備工作。

a. 控制點數(shù)據(jù)的收集，施工區(qū)域位置的確定，施工區(qū)域計劃線的繪制。 

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. 任務的建立，設置坐標系、 投影、 轉換參數(shù)。 

d. 施工區(qū)域計劃線的繪制。 

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基準站架設在固定的位置，啟動基準站，用移動站采集控制點坐標，進行點校正，再找另外一個控制點進行比對，檢測結果符合要求后，方可進行數(shù)據(jù)采集工作。

b.測深儀水深的比對：在進行水深記錄之前，需進行水深的比對工作，調節(jié)測深儀的聲速，確保測量深度在誤差范圍內（一般在靜水條件下，用比對板在不同的深度進行比測，也可用測深錘比對，通過調節(jié)聲速，達到要求）。

c.RTK和測深儀的聯(lián)機調試：

（1）將RTK接收機通過數(shù)據(jù)線連接上D330測深儀,設置好GPS和測深儀的數(shù)據(jù)格式，通過串口調試助手將信號連接通。

（2）坐標的檢測：將RTK點校正的參數(shù)輸入到導航軟件中，檢測軟件顯示坐標和手簿顯示的坐標是否一致（注意：設置好天線高后導航軟件顯示的高程即為水位），檢測合格后方可進行數(shù)據(jù)采集。

d.數(shù)據(jù)的采集和保存

（1）打開測深軟件，將水深測量圖像實時保存下來。

（2）打開導航軟件，按設計好的計劃線，按2米一個點進行數(shù)據(jù)采集，采集結束后保存。
 

3、內業(yè)處理及成圖輸出

a.內業(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，通過后處理軟件生成坐標數(shù)據(jù)文件,數(shù)據(jù)格式為（點號，X,Y,Z）。
 

b.成圖輸出：將通過內業(yè)處理好的坐標文件通過繪圖軟件，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，并可進行土方量的計算和統(tǒng)計。
 

六、成果的檢驗

同一地方不同方式比較：在距離碼頭1公里位置設立自動潮位儀，人工驗潮的方式，對同一段進行3次水深測量，無驗潮方法測得的數(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行水深比較，水深互差在0.1米之內。

七、無驗潮水下地形測量的優(yōu)點

1、無須驗潮數(shù)據(jù)，減少工作量。驗潮法需要專人測量水位，建立驗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 10 Hz ，每個水深點都對應的水位值，無須內插或外推。

3、減少波浪等引起的誤差。驗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果無關。

4、數(shù)據(jù)處理方便、快捷。無驗潮采集的數(shù)據(jù)全部集中在一個文件里面，無需輸入潮位信息，即時能進行后處理，編輯水下地形圖或斷面圖。 

八、結束語

利用測深儀無驗潮技術進行水深測量，使得水深測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、，極大的提高了生產(chǎn)效率，結合華測的Hydronav導航軟件，真正實現(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用。

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