摘 要：隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，水下測(cè)量技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)測(cè)繪，發(fā)展到數(shù)字測(cè)繪時(shí)代。結(jié)合水利工程測(cè)量的生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)水下測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，并簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)代水下測(cè)量的方法，以期指導(dǎo)水利工程測(cè)量的生產(chǎn)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：水下測(cè)量；GPS；測(cè)深儀

中圖分類號(hào)：TV22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-8772（2012）15-0148-02

1 概述

水下地形測(cè)繪作為測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，是海道測(cè)量，河流、湖泊測(cè)量的主要內(nèi)容。隨著GFS定位技術(shù)、水聲測(cè)量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水下地形測(cè)繪技術(shù)從傳統(tǒng)的光學(xué)定位、單波束測(cè)深、手工進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖、成果單一的時(shí)代跨入GPS定位、使用多種測(cè)深手段、數(shù)據(jù)處理和繪圖自動(dòng)化、成果多樣化的嶄新時(shí)代。多年來(lái)，筆者在工作中參照規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合自己的工作實(shí)踐，經(jīng)過(guò)不斷總結(jié)積累，在水下測(cè)量方面取得了一些經(jīng)驗(yàn)。

2 傳統(tǒng)測(cè)量方法

水下地形測(cè)量最基本的工作是定位和測(cè)深。定位工作是水下地形測(cè)量的基礎(chǔ)。無(wú)論是測(cè)量地球的某一幾何量還是物理量，都必須把這些量固定在某一種坐標(biāo)系統(tǒng)相應(yīng)的格網(wǎng)中，否則是毫無(wú)意義的。傳統(tǒng)水下地形測(cè)量的載體為測(cè)量船。根據(jù)測(cè)量船離陸地的遠(yuǎn)近和定位精度的要求可采用不同的定位方法。

2.1 經(jīng)緯儀交會(huì)法

2臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)照準(zhǔn)測(cè)船時(shí)開始測(cè)深，測(cè)深采用手投測(cè)深錘或測(cè)深桿的方法。定位的方法可使用前方交會(huì)、后方交會(huì)、側(cè)方交會(huì)、極距法。水下地形測(cè)量采用光學(xué)定位方法進(jìn)行定位的原理和計(jì)算與陸地測(cè)量一致。工作中要求測(cè)站、測(cè)船、 測(cè)深密切配合，用對(duì)講機(jī)相互聯(lián)系，共同完成測(cè)量任務(wù)。

由于是對(duì)運(yùn)動(dòng)的載體進(jìn)行定位，定位精度不及陸地測(cè)量精度高，讀數(shù)也容易出錯(cuò)，該方法適用于流速較小，底面變化不大，無(wú)需測(cè)距儀或全站儀即可完成任務(wù)。

2.2 橫斷面法

首先，在兩岸布置大體相互平行的測(cè)深斷面，其兩端點(diǎn)按圖根點(diǎn)精度施測(cè)。測(cè)深時(shí)，在斷面的一端安放經(jīng)緯儀、測(cè)距儀或全站儀。儀器前視另一端點(diǎn)，時(shí)刻注視并指揮測(cè)船方向；測(cè)距儀或全站儀跟蹤測(cè)距，根據(jù)比例尺不同，當(dāng)點(diǎn)距差不多時(shí)，測(cè)站命令測(cè)船停船、測(cè)深，同時(shí)測(cè)出距離或坐標(biāo)，各項(xiàng)記錄后，進(jìn)行下一個(gè)地形點(diǎn)。如此反復(fù)完成測(cè)深任務(wù)。該方法適用于水面較窄的水域，遇到地形變化時(shí)，先試著測(cè)深后定位，能夠比較準(zhǔn)確地測(cè)出地形變化的特征點(diǎn)。

2.3 散點(diǎn)法

水域面積較小、較窄的測(cè)區(qū)，或水陸交接處，宜采用該方法來(lái)完成測(cè)量任務(wù)。施測(cè)時(shí)，如果水較淺，可以采用直接立鏡，如果水較深時(shí)，可以借用測(cè)船在船上立鏡，確定其位置，同時(shí)量出立尺點(diǎn)到水底的距離，即可得出其高程。

2.4 簡(jiǎn)易斷面索法

本方法適用于水面寬小于50m，且無(wú)水草的小水域。施測(cè)時(shí)，首先確定兩個(gè)端點(diǎn)的位置和高程（在橫斷面測(cè)量或地形測(cè)量中，分別測(cè)到兩個(gè)水邊并做一標(biāo)記志），然后兩人各立一端，拉緊斷面索，由一岸開始，一人放，一人收而移動(dòng)繩索。測(cè)點(diǎn)時(shí)，兩人應(yīng)適當(dāng)松索，讓測(cè)深錘自然下降，估計(jì)到底時(shí)（此時(shí)豎直的測(cè)深繩剛好不彎曲），根據(jù)測(cè)深繩上的標(biāo)志讀取水深，距離根據(jù)岸上測(cè)繩的移動(dòng)讀取。

人工河道比較規(guī)則，可根據(jù)實(shí)際情況選擇部分?jǐn)嗝鏈y(cè)量，以便“摸”出水底變化情況，找出特征點(diǎn)位置，其他斷面測(cè)量時(shí)可以參考它，達(dá)到準(zhǔn)確、省時(shí)的目的。

若水面較寬時(shí)，拉著繩索在水中極難行走，可以采用如下的施測(cè)辦法：首先預(yù)留兩個(gè)端點(diǎn)同前，然后兩人分別立于兩端并拉緊百米繩，施測(cè)時(shí)，由測(cè)船或其他代用品沿著斷面繩進(jìn)行測(cè)深，距離可以從百米繩上直接讀取，水深用測(cè)船或其他代用品測(cè)量。

2.5 冰上測(cè)量

由于時(shí)間緊或其他原因，在我國(guó)北部地區(qū)入冬后可以進(jìn)行冰上測(cè)量。測(cè)量時(shí)，在冰上鑿一小孔，測(cè)出其位置和冰面高程，然后量出冰面至水底距離即可確定水底高程。另外，也可直接立尺于水底。

同樣，其定位方法有散點(diǎn)法和斷面法：對(duì)于河道而言，應(yīng)首先橫向探出坡腳、河底及深泓點(diǎn)位置，以下斷面和散點(diǎn)可以參考之，使立點(diǎn)準(zhǔn)確并能很好地反映水下地形。有經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)不同顏色判斷水深，然后立尺、量深。該方法工作量大，但定位準(zhǔn)確，測(cè)深精度高。工作中應(yīng)注意人身、儀器安全。

2.6 回聲測(cè)深儀測(cè)深

回聲測(cè)深儀是一種應(yīng)用回聲測(cè)距原理測(cè)量水深的儀器。其工作原理為：換能器從水面發(fā)射聲波，聲波傳到水底界面被反射，再回到換能器被接收。測(cè)定聲波從發(fā)射，經(jīng)水底反射，到被接收所需時(shí)間T就可確定水深，即H= CT/2（其中H為水深，C為聲波在水中的傳播速度）。我們最初使用的是SDH - 13A型測(cè)深儀，該設(shè)備有精度校正裝置，使各擋發(fā)射時(shí)間得以精確控制，因此測(cè)深精度高。為便于良好工作，在機(jī)動(dòng)橡皮舟的船底上鋪有面板，在船上固定有工作架，工作中將測(cè)深儀安放在工作架上。施測(cè)前，應(yīng)作好斷面控制和儀器調(diào)試等工作。斷面控制：斷面布設(shè)為相互平行，個(gè)別地方布置成扇形，其兩端應(yīng)按測(cè)站精度施測(cè)；儀器調(diào)試：主要包括如下內(nèi)容：（1）調(diào)聲波微調(diào)R，使零線和校準(zhǔn)線距離“XI”量程時(shí)為15cm，“X2”量程時(shí)為7.5cm；（2）按下定標(biāo)鍵后應(yīng)出現(xiàn)一條垂直于跡線的直線，否則更換打印針或皮帶及調(diào)緊固螺拴等；（3）有時(shí)很難將零線調(diào)到0處，可以將其調(diào)到0.5cm或1.0cm位置。

施測(cè)時(shí)，在斷面一端安放全站儀，當(dāng)船離開水邊適當(dāng)距離，方向準(zhǔn)確速度均勻后，跟蹤定位，記錄的同時(shí)讓司儀員按下“定標(biāo)”鍵，以后測(cè)站指揮測(cè)船勻速直線前進(jìn)，當(dāng)快到對(duì)岸時(shí)，雙方進(jìn)行聯(lián)系，再跟蹤定位，記錄時(shí)通知司儀員按下“定標(biāo)”鍵，這樣一個(gè)斷面就結(jié)束了。

當(dāng)距離較遠(yuǎn)無(wú)法跟蹤時(shí)，可以在按定標(biāo)時(shí)仍下浮漂（其下懸有適當(dāng)重錘），然后調(diào)頭停船定位。通過(guò)施測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)嫻熟的駕駛技術(shù)和密切的配合是確保精度的關(guān)鍵。

內(nèi)業(yè)工作中，通過(guò)實(shí)測(cè)距離和記錄紙上斷面長(zhǎng)度換算比例尺，取跡線變化處并滿足規(guī)定間距處量取各點(diǎn)距離進(jìn)行換算，最終確定其平面位置，高程由水面高程減去水深即可。

3 現(xiàn)代測(cè)量方法

3.1 測(cè)深儀配合GPS進(jìn)行水下測(cè)量。

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)不斷更新，GPS RTK已廣泛應(yīng)用到工程測(cè)量中，測(cè)深儀出現(xiàn)了模擬數(shù)字信號(hào)和數(shù)字測(cè)深儀。測(cè)深儀能與GPS RTK配合使用，可與GPS全球定位系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行通訊，很好地完成了一般的水下測(cè)量任務(wù)。

水下測(cè)量時(shí)在船上安置GPS接收機(jī)和天線，再配合測(cè)深儀和筆記本電腦聯(lián)合使用。GPS接收機(jī)測(cè)得的坐標(biāo)和測(cè)深儀測(cè)得的水深以及斷面線方向?qū)崟r(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，駕駛員按計(jì)算機(jī)顯示的斷面線方向行駛，測(cè)量員將計(jì)算機(jī)設(shè)為每30 m或其他固定間距自動(dòng)記錄坐標(biāo)和水深。同時(shí)測(cè)量當(dāng)天水面高程，內(nèi)業(yè)處理時(shí)由水面高程減去水深，即得斷面點(diǎn)的水底髙程。

由于回聲測(cè)深儀是通過(guò)聲納反射從而測(cè)得水深，因此當(dāng)遇到水草或其他物質(zhì)時(shí)，容易產(chǎn)生偏差，在水草稠密且面積較大時(shí)，單頻回聲測(cè)深儀無(wú)法正常測(cè)量，需改用雙頻回聲測(cè)深儀或其他測(cè)深工具測(cè)量。

隨著近幾年來(lái)水下地形測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，單波束回聲儀已不能完全滿足需求，進(jìn)而開發(fā)了多波束測(cè)深儀，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家早已經(jīng)開始使用多波束測(cè)量技術(shù)。

多波束水下測(cè)量系統(tǒng)以其全覆蓋、無(wú)遺漏的測(cè)量方式，在效率、精度、分辨率及水下地形成圖質(zhì)量上有了大幅度提高，整個(gè)系統(tǒng)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)全過(guò)程真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化，徹底改變了傳統(tǒng)的水下測(cè)量手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)適應(yīng)于內(nèi)河、水庫(kù)、湖泊及海洋等水域水下地形測(cè)量，水下目標(biāo)搜尋及監(jiān)視，特別適合江岸險(xiǎn)工險(xiǎn)段水下監(jiān)測(cè)等。

3.2 水下攝影測(cè)量

除以上水下測(cè)量方法外，也可采用水下攝影測(cè)量對(duì)水底目標(biāo)或局部地形進(jìn)行測(cè)敏，以確定水下攝影目標(biāo)的形狀、大小、位置和性質(zhì)，或局部地形的起伏狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，水下測(cè)量技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)測(cè)繪發(fā)展到數(shù)字測(cè)繪時(shí)代。測(cè)深儀輸出信號(hào)由傳統(tǒng)的紙質(zhì)信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)，發(fā)展到全數(shù)字信號(hào)；測(cè)深儀由過(guò)去的單頻、雙頻，發(fā)展到目前的多波束水下測(cè)量系統(tǒng)。

據(jù)悉，我國(guó)已研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多波束測(cè)深儀，該儀器的研制成功將打破國(guó)外在該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)壟斷，在我國(guó)具有極大的推廣價(jià)值。（責(zé)任編輯：陳喜輝）</