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测深仪水上测量应用
作者:    时间: 2015-10-26    关键字: 测深仪D330 水上测量 海洋测绘   浏览量:163

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 10 Hz ,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。

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