华测D330测深仪在无验潮测量中的应用

华测D330测深仪在无验潮测量中的应用

上海华测导航技术有限公司 陈光荣

摘要 ： 测深仪原理，介绍无验潮测量

关键词： 无验潮 RTK 水下地形测量，测深仪

一.引言

随着 R T K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，极大的提高了工作效率，解决了常规仪器不能解决的问题。已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的。 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

H = 吃水+ Vt／２

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A点的平面坐标(X, Y,Z)

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。

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及为常说的水位 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。

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米为准（如下图）

b.任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。

c.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。

平面图 等高线

断面图 三维立体图

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过程中注意的若干问题：

1. RTK作业：

a基站尽量选择地势高且开阔的地方， 电台天线要尽量高。

b电源电量要充足， 否则也将影响到作业距离。

c基准站位置变动移动站需要重新点校正。

d.基准站严禁自启动，断电重新开机需要重新校正。

e.点校正完后才能采集数据，不能后处理。

2. 测深仪：

a.测深仪在测量之前和测量之后均需要进行声速校正。

b.测量杆绑的时候尽量垂直且绑稳，吃水在0.5米以上，且在距离船尾1/3左右位置为宜。

c.记录好测深图像，后处理时，剔除残差可以参考。

d.船在航行的过程中，航速在6节以内为宜。

e.如果GPS的位置和换能器的安装位置不一致，需进行天线偏差改正。

f.测深仪在贴近码头处或者水下乱石堆处需谨慎处理。

3. 软件：

a.记录限制为固定解。

b.精确量取天线高( 天线至水面的高度)，测深仪吃水改正参考同一水平。

c.不同厂家的GPS模型不一致，解算的参数不一样。

4. 其他：

a.测量尽量选择在平潮，风浪比较小的时候测量。

b.船在航行的过程中，尽量沿计划线测量，偏差大的地方可以不记录。

c.软件中左侧显示的GPS的坐标和水面高程。

八 无验潮水下地形测量的优缺点：

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，G P S数据更新速度达 1 0 H z ， 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 G P S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。

无验潮水下地形测量的缺点是：

1. GPS需使用RTK,价格相对而言贵些。

2．RTK操作起来相对而言麻烦些，需要有一定的专业知识和经验。

3．RTK作业距离有一定的限制，在20公里以外信号比较差。

九 结束语

利用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。

不失为一种先进的测量技术，值得在水深测量乃至其它水下地形测量中大力推广应用。

参考文献：

1 徐绍铨，王泽民 《GPS卫星测量原理与应用》 武汉测绘科技大学出版社,1998.

2 吴子安，吴栋材 《水利工程测量》 测绘出版社,1998.

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/d439c0cda1c7aa00b52acb4c.html