测深仪水上测量应用

测深仪水上测量应用一、引言随着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。二、测深仪的原理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，两者之和即为最终水深。三、无验潮水下地形测量基本原理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。说明：h为GPS天线到水面的距离（即天线高）。a为吃水。b为换能器杆子的长度（常数）。s为换能器底部到水底的深度。H为水深。h0直接由RTK实时测得。另外：Z=h0-h-H=水位-H其中h0-h即为常说的水位。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。四、水下地形测量要求及设备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。作业采用的仪器设备软件有：华测X91GNSS(1+1)华测D330单频测深仪华测Hydronav导航软件AUTOCAD辅助成图系统五、水下地形测量的具体实施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、前期的准备工作。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。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。c.任务的建立，设置坐标系、投影、转换参数。d.施工区域计划线的绘制。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。2、外业的数据采集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。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）。c.RTK和测深仪的联机调试：（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。（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。d.数据的采集和保存（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。（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。3、内业处理及成图输出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）。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。六、成果的检验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。七、无验潮水下地形测量的优点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。2、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10Hz，每个水深点都对应精确的水位值，无须内插或外推。3、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，船舶的上下波动跟最终的结果无关。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。八、结束语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、高效，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。