一、引言
6 t1 W3 j) s |! H随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式---无验潮水下地形测量应运而生，因其具备全天候、精度高、作用距离远、效率高的特点，与传统的测量方式相比有着巨大的优势，极大地提高了工作效率，被广泛的应用于各种工程测量之中，本文结合实践经验，介绍无验潮水下地形测量方法及应用。
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; M0 _; b! m9 j, j6 ^8 a二、测深仪的原理* D3 s) ]+ s$ v
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- c9 i/ z( K# M, C利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象，利用超声波换能器（探头）发射超声波，测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量水深。 声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：Z = Vt/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为水深。, p$ K4 C' d8 t5 K: n
2 \% p3 d* p# F% q! w+ i2 d三、无验潮水下地形测量基本原理1 d, y" w" b: p( L5 G5 t' z
水下地形测量的主要任务是确定水下某一点的泥面标高，即下图A点的平面坐标(X, Y,Z) 普通的DGPS测量的高程值h0精度比较差，满足不了要求，为了解决水下地形测量，在精度要求不高的地方需要人工的方法检验潮位，这就是常规的验潮方法。
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0 J3 x& E+ f9 |说明：
/ s8 D( B2 U7 i/ l) a9 P7 |& q) t! t. N( d5 Qh为GPS天线到水面的距离（即天线高）。# G( w6 }: {! Y7 t
a为吃水。
8 \( Q5 e+ f5 i* N0 \7 ]3 f1 T1 i5 Nb为换能器杆子的长度（常数）。4 p+ ^0 h( F% x( C
s为换能器底部到水底的深度。
8 \. L6 f" G4 {1 z. {H为水深。( q' ~2 p+ _7 m, E
h0直接由RTK实时测得。0 z7 R' n( ]% R7 {& B
另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即为常说的水位。+ Q& {- j/ Y* j4 F( a. i9 ~" N
如上图所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相关，与潮位无关，从而达到无验潮效果。2 f2 i* U! I! Q2 ?! C6 Z
/ d2 o" p) U1 f四、水下地形测量要求及设备% b' z5 z! n; B
水下地形测量的工作主要由RTK接收机、 数字化测深仪 、内置导航软件等组成。为满足码头施工的需要，根据项目设计要求，需对该水域进行1:500水下地形图测量。
9 L G6 q! H# [6 q6 f' y作业采用的仪器设备软件有：) f9 l3 E6 m; V% o3 _
华测X91GNSS(1+1) 4 }5 J8 ^: `% B& o# g8 {
华测D330单频测深仪 6 d% r7 j; e# _8 t% u5 s
华测Hydronav导航软件 ! W% M3 u* d q+ E4 Z7 \( `
AUTOCAD辅助成图系统
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五、水下地形测量的具体实施; v, d5 Z, R7 X
水下地形测量分三部分：前期的准备工作，外业数据采集，内业处理及成图输出。$ o7 ^+ `7 W) W( w/ S1 B
1、前期的准备工作。 k' U3 l: L# q5 n
a. 控制点数据的收集，施工区域位置的确定，施工区域计划线的绘制。 2 J a/ u9 }* l& J7 t! V
b. 测深仪换能器的绑扎，换能器一般绑在距离船尾1/3为宜，吃水深度以超过0.5米为佳。
( W2 X- w7 ~/ z3 E M" b2 Mc. 任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。
( W8 V u% c" K- c4 S6 zd. 施工区域计划线的绘制。
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如下图按1:500的要求，将施工区域按5米间隔将整个区域分布好。
; T8 I _9 {# c6 A& E : N3 T6 K3 h$ h' N0 `; S
' B9 C; U1 [+ S9 a t) r2、外业的数据采集- o: L! W I1 |! k- U* p0 z
a.RTK作业：将GPS基准站架设在固定的位置，启动基准站，用移动站采集控制点坐标，进行点校正，再找另外一个控制点进行比对，检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。
& a2 b W+ V$ C3 i- h7 Y: Lb.测深仪水深的比对：在进行水深记录之前，需进行水深的比对工作，调节测深仪的声速，确保测量深度在误差范围内（一般在静水条件下，用比对板在不同的深度进行比测，也可用测深锤比对，通过调节声速，达到要求）。" X# S4 k2 g* `3 y" U- r
c.RTK和测深仪的联机调试：* ]) R( a7 [0 {# g
（1）将RTK接收机通过数据线连接上D330测深仪,设置好GPS和测深仪的数据格式，通过串口调试助手将信号连接通。7 b) F* O6 r- h9 U- l& M7 d' _! [6 w
（2）坐标的检测：将RTK点校正的参数输入到导航软件中，检测软件显示坐标和手簿显示的坐标是否一致（注意：设置好天线高后导航软件显示的高程即为水位），检测合格后方可进行数据采集。+ W2 R1 h/ X& U" I1 r0 K
d.数据的采集和保存+ M; I: X% S& X5 \
（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。
; j2 ^$ A6 \/ }, U1 |（2）打开导航软件，按设计好的计划线，按2米一个点进行数据采集，采集结束后保存。
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! H4 d& {# Q! H A$ g1 O/ m3、内业处理及成图输出
4 d3 S k) _; K. _ p: q( `a.内业处理：将记录好的原始数据，通过数据取样，去掉有粗差的水深点，通过后处理软件生成坐标数据文件,数据格式为（点号，X,Y,Z）。+ E! k, P" `3 e2 c; h
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# L3 i6 V: P( o! @( y8 I. S
* X, w- F- |. ?$ rb.成图输出：将通过内业处理好的坐标文件通过绘图软件，直接可以显示位置信息，生成等高线，断面图，三维立体效果图，并可进行土方量的计算和统计。* g" z1 p% J4 K, a* u! M
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+ v e& {7 W. ^% ~# p六、成果的检验
& V: q! F' B- P- l9 e同一地方不同方式比较：在距离码头1公里位置设立自动潮位仪，人工验潮的方式，对同一段进行3次水深测量，无验潮方法测得的数据经过比对，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉测量：在测量的时候先纵向测3条线，再横向测3条线，其中位置相交的地方进行水深比较，水深互差在0.1米之内。8 d7 T( I) q4 k1 K& s/ |
七、无验潮水下地形测量的优点% n |, M" W4 c6 a7 j. ]( O2 C; a% ~5 }
1、无须验潮数据，减少工作量。验潮法需要专人测量水位，建立验潮站或者花钱从水文部门获取水位数据。
7 F- a$ j9 r" B, o$ D7 ^# J* E2、每个水位与GPS通过软件自动同步，极大提高精度，GPS数据更新速度达 10 Hz ，每个水深点都对应的水位值，无须内插或外推。
4 m4 M. S( e7 r8 {/ Q0 {. t# k3、减少波浪等引起的误差。验潮法测量中由于波浪影响，换能器上下起伏使得测的水深有误差，在数据处理时无法消除，而无验潮法是通过GPS天线高程来推算水下高程的，天线与探头的相对位置固定，船舶的上下波动跟结果无关。
' P6 W3 a! n# O4、数据处理方便、快捷。无验潮采集的数据全部集中在一个文件里面，无需输入潮位信息，即时能进行后处理，编辑水下地形图或断面图。
' K4 z# C' A% C. `八、结束语, y) R# i# `" p* v6 a& f; |3 A
利用测深仪无验潮技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、，极大的提高了生产效率，结合华测的Hydronav导航软件，真正实现了全自动测量。值得在水深测量乃至其它水下地形测量中大力推广应用。( n% A* L1 i, Y" `; P1 f7 R1 T
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