关于水下地形施测技术的研究

来源：职称驿站所属分类：地质论文
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　　摘要：本文主要从完成《北京市昌平区1：1000水下地形图测量》工程中所用施测的方法入手，总结阐述了水下地形图测量的基本流程和如何提高施测技术手段。

　　关键词：水下地形测量,基本流程,技术更新,研究

　　我们在完成《北京市昌平区1：1000水下地形图测量》工程中，因测区位于昌平区东南，地势比较平缓，无高层建筑等特点，采用了GPS RTK技术与回声测深仪以及地形图编辑软件三者结合对任务进行了施测，现结合这个项目，谈谈自己的体会。

　　一水下地形测量主要包括：控制测量;测深点的定位;测深点的水深测量;软件编辑和成图。

　　(一) 控制测量

　　测区布有足够密度的已知一级导线点和水准点，因而我们只对测区范围内的已知控制点进行了检测，经检测已知控制点满足测图要求。

　　(二)测深点的定位

　　1、测深点的定位方法

　　1.1 断面索量距法

　　1.2 交会法

　　1.3 无线电定位法

　　1.4 全球定位系统(GPS)定位法

　　2、测区采用了GPS RTK技术定位法

　　2.1 GPS RTK技术定位法特点

　　GPS是由美国研制的导航、授时和定位系统。它由空中卫星、地面跟踪监控站、和用户站三部分组成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。GPS系统的特点是高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

　　实时动态测量(RTK) 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。

　　2.2 施测时我们采用了徕卡动态GPS产品Leica GS20 PDM接收机，该接收机是一款技术先进、高度集成、极其轻便、功能强大的GPS/GIS 数据采集和维护系统。

　　① 高精度数据采集

　　GS20 是一款经后处理可达厘米级定位精度的单频GPS 接收机。GS20可有选择地接收C/A码和载波相位数据，同时也可以对C/A 码和载波相位数据进行后差分处理以获取分米级和厘米级的定位精度。

　　② 空间/属性数据的一体化采集

　　GS20 不仅是的持空间数据采集器，她同时也支持野外数据的属性数据录入、编辑和输出。使之真正成为GIS 的数据采集和更新功能。

　　③ 无线传输

　　GS20 PDM 支持蓝牙无线传输技术，使用户能够实时上传、下载编码列表、工程文件、坐标系统和语言文件。这里的蓝牙传输包括两个层次的含义：一是野外操作过程中，GS20接收机和WORCE 间的无线蓝牙传输;另一是指在数据后处理时，GS20 接收机和电脑间的无线蓝牙通讯。蓝牙技术使GS20 成为市场上第一款无线实时改正的分米级手持式GPS。

　　④ 数据后处理

　　数据后处理软件GIS DataPRO 提供了强大的数据处理功能。GIS DataPRO支持对GS20 采集数据的编辑、视图操作和后差分处理等，同时GIS DataPRO 也支持多种常用的GIS 数据的导入导出，包括：Shape 、dxf、dwg、mif、dgn等格式文件的导入导出。

　　因为测区只有七平方公里，为了提高精度，我们选在无风天，用非机动宽体船作施测平台。

　　(三)测深点的水深测量

　　1、测深点水深测量的方法

　　1.1 用测深杆和测深锤测水深法

　　1.2 用测深仪测水深法

　　2、测区采用了回声测深仪测水深法

　　施测时我们采用了美国海洋数据设备公司(ODEC)小型水下地形测量仪器Bathy500MF/DF型回声测深仪。

　　2.1 Bathy500MF/DF特点

　　① 河底跟踪能力强

　　回波信号数字化算法确保在复杂水下环境下跟踪河底，输出连续可靠的水深数据。

　　② 浅水应用模式

　　Bathy500MF/DF专门提供了浅水应用模式，最小盲区仅0.15米。

　　③ 灵活的通信能力

　　除具有水深输出和GPS定位数据输入功能外，还可以接收任意格式的注释信息，用户可以在回声图上自动记录自己需要的数据(最多40个字符)，如断面线名、起点距、水深、时间等。

　　④ 调频能力

　　主机工作频率可随时在操作面板上选择。用户仅需更换探头就可以使其工作在新频率上。

　　⑤ 大屏幕LCD显示

　　大屏幕LCD可以显示所有仪器工作状态参数。

　　⑥ 记录纸剩余量指示

　　Bathy500MF/DF提供了一个按百分比显示的剩余纸量信息。

　　⑦ 全密闭防水设计

　　Bathy500MF/DF的记录纸显示窗、操作键盘、接头等均按防水设计。

　　为了保证测深成果的可靠性，我们分段校正时差;在测前测后，选择底质较硬，水深为5米左右的地方，用测深仪与测深杆同时分别测量水深，来比较测深仪的技术性能是否正常。

　　(四)软件编辑和成图

　　我们采用了徕卡GIS DataPRO后处理系统和开思SCS2000多用途数字地形地籍测绘与管理系统。

　　1、用徕卡GIS DataPRO后处理系统对观测数据进行解算和整理，整理后的文件转换成DWG格式文件。

　　2、用开思SCS2000多用途数字地形地籍测绘与管理系统进行编辑和成图。

　　开思SCS2000多用途数字地形地籍测绘与管理系统是运行在AutoCAD R14平台上的专业测绘应用软件，涵盖了现场作业到图板数字化和扫描矢量化等内外业所有作业方法。可完成地形测量(陆上和水下)、地籍测量和统计报表、房地产计算统计、施工放样、断面数据和土方/库容量提取、比例尺缩放、图形属性编码转换和信息提取、DTM立体建模、与GIS数据交换等工作。

　　利用开思SCS2000多用途数字地形地籍测绘与管理系统，把徕卡GIS DataPRO后处理系统整理后的DWG格式文件，在系统中进行数据属性转换，建模生成等深线，再进行地形图编辑，得到符合要求的1：1000水下地形图。

　　总之，水下地形测量的基本流程是：先在测区范围内进行控制测量，对测量船上的测点进行三维定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，测深仪每隔一个时间段自动纪录水深数据，输出数据到地形图编辑软件中编辑和成图。

　　二存在的问题和思考

　　测深仪和实时动态测量(RTK) 系统授时的不同步，造成了各自独立的数据成果，带来了大量人工干预，从而增加了工程的成本和偶然误差。

　　解决上述问题的最好办法就是水下地形测量硬件的技术更新，测深仪和实时动态测量(RTK) 系统必须有机的完全结合在一起，成为一种能直接测量水下地形点三维坐标的测量仪器，同时降低硬件成本，这样才能极大地降低劳动作业强度，减少工作量，提高作业效率。

　　三结束语

　　随着“3S”技术的发展，水下地形测量技术手段的更新，我们将逐步实现外业测量的自动化，内业成图系统的自动化，并最终实现水下地形测量内外业自动一体化。

　　参考文献

　　[1]李青岳陈永奇.工程测量学.北京:测绘出版社,1997

　　[2]邬伦等.地理信息系统.北京:电子工业出版社,2002

　　[3]黄杏元等.地理信息系统概论.北京:高等教育出版社,2001

　　[4]边少锋李文魁.卫星导航系统概论.北京:电子工业出版社,2005