影响水深测量精度的几种因素及控制方法

影响水深测量精度的几种因素及控制方法袁江涛（中交一航局第四工程有限公司第九项目经理部）摘要：利用RTK-GPS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、经济，所以不失为一种先进的测量技术，已经得到了广泛的应用。本文结合实践经验，主要介绍了无验潮水深测量过程中影响水深测量精度的几种因素及其控制方法，目的为了减少水深测量过程中的累计误差提高测量精度。关键词：无验潮技术；水深测量；影响因素；控制方法；测深精度1引言在水下地形测量过程中，水深测量的精度是值得我们讨论的一个问题。目前水深测量多采用的是不受潮位变化的无验潮技术，此技术虽然在工作效率及精度上相对验潮测深有了明显提高，但是在测量过程中诸多制约着水深测量精度的因素都被人为的疏漏和无视。水深测量的精度主要由测点的测深精度和定位精度决定，其精度必须满足相应的国家标准、行业标准或特定测量项目的精度要求。2无验潮测深工作原理港口工程测量图的图载水深都是相对于同一个深度基准面来说的，我国当前海域测深普遍采用当地理论最低潮面为深度基准面。常规有验潮测深时，实测水深要减去基准面以上的深度(水位)，即水位改正，所以常规水深测量时都要进行水位观测(验潮)。无验潮测深技术使用RTK结合测深仪工作。RTK通过载波相位差分技术实时动态地获取三维坐标（X，Y，H)，且精度可达到厘米级。RTK除了定位精度高能有效保证更大比例尺测图的精度外，其另一优点为测得第三维坐标(高程)的精度同样可以达到厘米级，精度完全能够满足港口水深测量的要求。RTK定位天线中心的高程h是从深度基准面起算的高程，是通过在已知高程控制点上进行比测求得转换参数后换算的高程。测深仪通过换能器探头加载脉冲声波信号测量出换能器至海底深度，再通过简单的数学运算即得到测量点海底高程(水深)。RTK无验潮测深技术工作原理如图1所示，RTK天线直接安装在测深仪换能器杆顶，并保持天线中心与换能器杆在同一垂线上。RTK天线中心到测深仪换能器底部的垂直距离为h1，测深仪换能器底部到海底的垂直距离为实测水深h2，则P点高程为H=h-(h1+h2)，H通常为负值。在水深测量中负高程通常称为水深，成图时的图载水深前一般不加负号。图1RTK无验潮测深技术工作原理不过在实际测深操作过程中，诸多因素如仪器因素、环境因素等制约着测深精度，那么我们应该怎样消除或减少这些因素和如何对其进行控制成为本文主要探讨的问题。本文结合工作原理和工程实践来探讨无验潮测深技术中影响精度的几个问题并提出实用可行的控制方法。3影响定位精度的因素及控制方法3.1基准台及船台位置确定因素影响及确定原则3.1.1基准站架设的基准台位置及基准台和船台天线的设置因素影响定位精度3.1.2基准台位置的确定原则3.1.2.1基准台要求通视良好，周围视野开阔有条件时应尽量选在高建筑物上，视场障碍物的仰角应小于10°，便于更有效的接受卫星传来的数据，进而进行有效的结算，为流动站接受准确的数据打下基础，提高定位测量精度。3.1.2.2基准台应避开强磁或强电信干扰，其到高压线、变电站、无线电信号发射设备的距离应不小于100m，否则将影响卫星发布数据输入基站和影响流动站接收基站传出数据的精度。3.1.2.3基准台台址宜避开对电磁波有强吸收或反射影响的物体。4影响测深精度的因素及控制方法4.1船体摆动引起的误差测深应在风浪较小的情况下进行。当沿海波高超过0.6m，内河波高超过0.4m时，应停止作业。4.2RTK高程可靠性的问题RTK高程用于测量水深，其可信度问题是倍受关注的问题。在作业之前可以把使用RTK测量的水位与人工观测的水位进行比较。人工可以用另一台流动站测量得到的水位高程与测深仪上显示的进行检验校正，而测深仪的水深数据校正则是通过打水砣测水深进行比对改正。通过以上注意事项从源头减少水位误差，判断可靠性，用水位高程进一步实践证明RTK高程是可靠的。4.3测深仪安装的控制方法测深仪是以声波的形式通过换能器发射和接收，从而通过计算得出水深，那么测深仪的安装过程中就要求我们更多要考虑的就是怎样减少影响水深测量精度的因素，从而提高水深测量精度。4.3.1安装位置要求外界杂声干扰少，要远离电动机、排气和排水管，避开这些机械产生的有规律的杂声干扰,同时要避免测船行驶时在换能器底部出现气泡。4.3.2要求换能器必须安装在离船舱较远的地方，应该安装在船的前半部，但是船首附近又是水流冲击船壳最激烈的地方，所以换能器宜安装在离船艏l/2～l/3船长的部位，同时又远在吃水线以下，但不低于船底（b）。为了使换能器安装牢固，最好在换能器的前后两侧用绳索拉紧固定(a)。4.3.3当在上述部位无法安装或安装有困难时，可适当前移，但不能后移。要注意勿移至船艏船长的部位。4.3.4换能器底面要与水面平行，倾斜角不大于发射角的1/6。abc对于换能器，安装时应使长的一边和船轴线方向一致(c)。4.3.5测深仪的主机应安装在便于操作和驾驶员联系的地方，便于指挥。电源电缆线不能太长，尽量简短。4.3.6尽量远离机舱，以避免受机器强烈震动和电磁的干扰。4.3.7换能器安装是准确可靠进行水深测量的重要环节。换能器入水深度一般为0.3～0.8m，此项误差是常数，在深度改正中可以通过调节记录纸零线位置进行消除。具体情况还要根据流速、航速和测量吃水的大小而定。船大，流速大，航速快，入水可深一些，反之，换能器入水可相应的浅一些。4.3.8换能器杆安装偏差由于换能器杆连接了RTK天线和换能器，换能器杆如果安装不垂直,形成的偏角将导致测深仪测量的水深值具有系统性误差，同时，由于RTK天线不垂直而使RTK测量高程比实际值偏小，也产生系统性误差。而且根据理论计算，我们可以得出由于换能器安装不垂直形成的偏角越大，水深越深、换能器杆越长，则测量的水深值比实际值越大，深偏差越大。可见，测深时应时刻注意换能器杆的安装情况，保证其垂直方向安装固定，必要时应使用安装架固定。同时，测量时一般避免行船方向与海浪方向垂直，测线尽量布置成与海浪方向一致，从而减小受倾斜因素影响。4.4其它影响因素为了保证水深测量的精度，在RTK无验潮水深测量中除了注意以上影响因素外，对测深仪本身误差的改正、船速改正、声速改正、海水的盐咸度、浑浊度等都要进行仔细处理，避免误差的累计。5总结在沿海港口码头经济高速发展的今天，水运工程水深测量过程中新仪器（测深仪）的使用必将提高工作效率，RTK无验潮测深技术虽已逐步被使用，但是要想得到精确的水深测量图成果，需要考虑诸多因素的影响，只有有效控制每一项影响精度的因素，最终的成果质量才能得到保障。本文通过现场水深测量实践情况，分析了RTK无验潮水深测量中影响精度的几个关键问题，并提出了可行的控制方法。我们应该加以重视，通过各种有效对策方法来降低和避免各种误差因素带来的影响，往往我们最容易忽视这些细节，也正是我们认为最不会出现误差的细节，结果导致误差累计越大超出规范要求。反之，我们注重这些细节，那么对工程施工过程中的原地形地貌、分部分项水深验收就能更准确的落实到数据上，为各工序的顺利衔接打下坚实的基础，提高工作质量及工作效率。各种误差影响因素及其相应的对策应该得到我们共同的认识和注重，并在现场施工水深测量中加以注重。参考文献：[1]JTJ203-2001水运工程测量规范．[2]冯守珍，胡光海．水深测量误差成因分析[3]卢军民,安延云,张东明,黄勇清,无验潮测深技术水深测量精度探讨[4]中海达HD-27测深仪操作手册.