第20讲--水下地形测量

1、第20讲 水下地形测量,水下地形图的用途,（1）建设现代化的深水港，开发国家深水岸段和沿海、河口及内河航段，已建港口回淤研究与防治等都需要高精度的水下地形图； （2）在桥梁、港口码头以及沿江河的铁路、公路等工程的建设中也需要进行一定范围的水下地形测量； （3）海洋渔业资源的开发和海上养殖业等都需要了解相关区域的水下地形； （4）海洋石油工业及海底输油管道、海底电缆工程和海底隧道，以及海底矿藏资源的勘探和开发等，更是离不开水下地形图；,（5）江河湖泊及水库区域的防洪、灌溉、发电和污染治理等离不开水下地形图这一基础资料； （6）在军事上，水下潜艇的活动、近海反水雷作战兵力的使用、战时登陆与抗登陆地

2、段的选择等，其相关区域的水下地形图是指挥作战人员关心的资料； （7）从科学研究的角度上看，为了确定地幔表层及其物质结构、研究板块运动、探讨海底火山爆发与地震等，也需要水下特殊区域的地形图； （8）为了进行国与国之间的海域划界工作，高精度的海底地形图是必备的。,特点,水下地形图在投影、坐标系统、基准面、图幅分幅及编号、内容表示、综合原则以及比例尺确定等方面都与陆地地形图相一致，但在测量方法上相差较大。 水下地形测量时，每个测点的平面位置与高程一般是用不同的仪器和方法测定。 水下地形测量时，水下地形的起伏看不见，不像陆地上地形测量可以选择地形特征点进行测绘，而只能用测深线法或散点法均匀地布设一些测

3、点。 水下地形测量的内容不如陆上的那样多，一般只要求用等高线或等深线表示水下地形的变化。,主要工作,控制测量 水深测量 测深点的平面定位 内业绘图,控制测量,水下地形测量的平面和高程控制应尽可能与陆上地形测量构成统一整体，只有在某些不需要进行陆上地形测量的情况下，才能单独为水下地形测量建立独立的平面和高程控制。 根据河流的大小和测区的范围，平面控制网可沿河流两岸布设成小三角锁或导线，其等级和精度应与陆上地形测量相应比例尺地形图的要求相同，并尽可能与国家控制点或高级控制点联测。 由于GPS技术的推广应用，目前水下地形测量的平面控制测量工作一般采用GPS完成，高程控制测量也在向GPS水准的方向发展

4、。,水位观测,水深测量需与陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘等实用价值。测深与高程系统的联系，一般通过水位观测的措施。 简单的水位观测站为立在岸边水中的标尺，标尺零点高程通过与水准点联测求得。 水深测量期间，按一定时间间隔对标尺进行读数，并绘制成水位-时间曲线，由此曲线即可得到测深时水面的瞬间高程，从而根据水深就可得到水底的高程。 在落差较大的地区，应设置多个水位观测站，并利用其测值按距离或高差进行归算改正。 利用水文观测资料查询。,水深测量,水深测量即测定水底点至水面的高度的测量工作，是水下地形测量的一个中心环节。 在水深测量前，先要确定测区范围和测图比例尺，设计图幅，准备图板和

5、展绘控制点，布设测深线和验潮站，以及确定验流点和水文站的位置。 测量时，测量船沿预定测深线连续测深，并按一定间隔进行定位，同时进行水位观测 。,为连续测得水深，必须选择适当的测深线间隔和方向。 测深线间隔一般取为图上1厘米，测深线方向一般与等深线垂直。 港湾地区的测深线方向应垂直于港湾或水道的轴线。 沿岸测量中，测深线的布设，在岬端处应成辐射状，在锯齿形岸线处应与岸线总方向成45。 水底平坦开阔的水域，测深线方向可视工作方便选择。 江河上可根据河宽和流速，布设横向、斜向或综合的测深线。,测深点的布置,水深测量设备,测深杆 水砣（测深锤） 回声测深仪 多波束测深系统 机载激光测深系统 遥感技术,

6、回声测深仪工作原理图,多波束测深仪,回声测深仪只能沿测线测量水深值，而多波束测深仪是一种能够一次给出与航向垂直的剖面内几十个甚至上百个水下测点水深值的测量仪器。 多波束测深仪具有测量范围大、速度快、精度高、记录数字化以及成图自动化等优点，它把测深技术从点、线扩展到面，并进一步发展到立体测深和自动成图，从而使水下地形测量技术发展到了一个较高的水平。 多波束测深仪按工作频率分为高频、中频和低频三种类型，一般将工作频率在95kHz以上的称为浅水多波束，频率在3660kHz之间的称为中水多波束，频率在1213kHz之间的称为深水多波束。,部分多波束测深仪技术指标,水深测量的误差及测深仪的检验,仪器误差

7、 对于SDH-13D为0.4% 外界环境影响 波浪、鱼，水草等反射的假回声，潮汐和海面气象 条件的变化等。 作业人员产生的误差 测深仪的检验,声速改正 在内河（淡水）进行水深测量，水下声波的反射和折射现象，都要涉及到声波在水中的传播速度问题，声速是一个极为重要的物理参量。 实际工作中，在现场实测温度，通过查阅有关资料并进行实验，建立了声速改正数学模型，温度变化对声速的影响最大，每变化1，对声速的影响约为4.5m/s。温度是随深度、时间和季节而变化的。水深测量时，这些河况条件必须精确地测定 测船动态吃水改正 船只动态吃水：经试验，速度10km/h以下的船只动态吃水可达5cm。将换能器安装于船只中

8、部，可消除其影响。 船只倾斜的误差影响 GPS天线与测深仪换能器之间联杆的长度为一固定值，测深船的倾斜会引起GPS天线与测深仪换能器之间联杆的倾斜，联杆倾斜对平面定位的精度影响较大，而对高程的精度影响很小。只要将联杆长度控制在2米以下，这两项误差的影响完全可以忽略。,测深船的倾斜 引起的误差随联杆长度的变化情况,5-2 测深点的定位,定位方法,前方交会 经纬仪前方交会 平板仪前方交会 后方交会 无线电定位系统 圆系统定位 双曲线系统（时差法定位、相位差定位） 极坐标自动定位系统 动态GPS定位,无线电双曲线定位系统定位原理,GPS卫星,流动站,基准站,GPS伪距差分改正信号,GPS坐标,水深,

9、水下地形数字化测绘系统示意图,8,GPS实时导航控制作业,GPS实时导航轨迹图,5-3 测深点的定位精度,略,5-4 水下地形测量的内业工作,主要工作,准备工作：测量资料的整理和检查 展点：把测深点展绘在图纸上，并标注高程 勾绘等深线,水深值粗差的探测,高程异常产生的原因：水下地形测量与陆地相比较，水下测量具有明显的动态效应，由于受水的阻隔，水深测量不仅受大气的影响，而且受水流的运动、水的物理性质、甚至水下运动物体的影响，水下测量具有比陆地更多的干扰源。 水下测量的高程出现粗差（异常）的概率远远大于陆地，据文献报道，其概率可达3%。另外，水下进行重复测量比较困难，而且缺乏必要的几何图形检核条件

10、，给粗差的处理增加了一定的难度。,测线法和抗差的圆域法,（1）测线法 比较被检测点与其相邻的点的高差或者坡度。如某点与其相邻点的高差符号相反且大于一定的值，或两个相邻的坡度符号相反且大于一定的值，可判断此点为异常点而剔除。此法对于一些“孤点”的判定十分有效。,（2）抗差的圆域法,自然地形表面符合一定的自然趋势，另外还有信号和噪声。地形点之间有一定的相关性。这是粗差探测的基础。 所谓圆域法是逐点在一定的范围（圆域）内，根据周围的点判断被检测点是否为异常点。但经典的假设理论（粗差归入函数模型）不具有抗差性，特别是粗差成簇出现时，剔除的效果不理想。为此，将粗差归入随机模型，即把含粗差观测值视为取自同期望异常大的方差母体的子样，建立抗差的圆域法数据模型。,内业绘图,定位点绘入图板的方法有解析法和图解法两种。 解析法定位是将所测定的参数按一定公式计算出点位坐标值