一、引言 , {' o3 n& |- I0 b7 q f p
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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二、测深仪的原理/ A' i Y# F" N$ S6 m
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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。2 k* c/ ^ j% U
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三、无验潮水下地形测量基本原理
% V0 T' _! u6 D" q' I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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说明：
7 f4 L' L8 g1 Dh为GPS天线到水面的距离（即天线高）。
- @, S- {6 K- Ha为吃水。- Y# P* y4 H, W* O, _
b为换能器杆子的长度（常数）。
: T# t. ~: o! A+ [s为换能器底部到水底的深度。
* A, i/ E7 {& f# qH为水深。
* n f6 _ K C! C5 E3 s2 p* ^h0直接由RTK实时测得。1 B) Y) M5 X# i W7 `/ y
另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即为常说的水位。4 [# G7 A$ G. g& `' e
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。* u1 w5 R* ?- u, w9 t+ N
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四、水下地形测量要求及设备( v- E8 _9 L5 R% L( o7 ~
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。 ^3 R. [) I( P7 n6 |; C/ \
作业采用的仪器设备软件有：! z" i5 m6 o! j, h/ Q1 H$ q1 I3 \. A
华测X91GNSS(1+1)
6 D6 r4 M7 a4 A) f华测D330单频测深仪 4 z+ M5 w2 R4 F
华测Hydronav导航软件
$ m* F8 b3 m. b# G+ k9 gAUTOCAD辅助成图系统
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$ ?9 _8 Z: ^+ }( k0 Y9 B6 ?0 l五、水下地形测量的具体实施7 ~# g$ n1 I( T; X! X) A: R1 L
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。1 n6 Y! A% O! ]( t1 Q
1、前期的准备工作。
& Y) U8 m( ~1 W, U+ r# u( la. 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。
' S: V b- B2 z8 b' R. Rb. 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。
' p7 @* k3 d- f- u0 mc. 任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。
2 ]+ o, e3 P5 `( g$ [6 k: ^d. 施工区域计划线的绘制。
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6 @/ o- m7 I1 G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。, l( T9 W" @% P9 I
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# W$ A+ m4 W# u# Z7 B2 X2、外业的数据采集
; n/ v5 g" O; X3 Z: e% Ka.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。9 m% q0 N9 l: q, I
b.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）。
4 B( q; i" o/ c6 Nc.RTK和测深仪的联机调试：- U) h8 _1 Z& h
（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。- M4 l- N$ p E. u$ M m
（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。$ h6 \* p2 t! ~, P4 |
d.数据的采集和保存% M2 E4 Z# o, ]
（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。 X" @9 ^( t" { r
（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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( b! U% ^( ]% m3 ?' x/ s3、内业处理及成图输出, n3 d8 I: b4 E# u! n! l
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）。# Q% I9 h+ T& ?* Z0 O' A1 r
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b.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。
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六、成果的检验7 J8 y$ z2 Z/ T) U( V% x
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。1 e% k( j$ ^2 f+ A
七、无验潮水下地形测量的优点
s% ^ `7 Z8 d5 m3 G1、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。
8 a' r* U$ W9 D j2、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。
6 [! E0 R; K& v& x2 q! M. n* d3、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。+ p u* \" \' k4 P
4、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。 0 _: [ d' ^ E. r, u8 S
八、结束语
& s6 }+ c4 Y L. T) Q# {, L2 E: w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。" w# X; h* q: I* s+ W' l/ b- W
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