《精编》水深测量理论方法

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1、第8章水深测量 李素江 电话 13820460310Email Lsj700129 第8章水深测量8 1一般规定 8 1 1条增加了检查高程控制点的要求 主要考虑到RTK三维定位技术的应用 过去传统水深测量 只检查水尺零点和基准面即可 而现在就得要求检查高程控制点 检查基准站的点位和高程能否满足RTK三维水深测量精度要求 8 1 2条要提醒大家注意条文的用词用语 由于测深仪的模拟记录对于水深测量成果质量具有可视性监督作用 在正常情况下水深测量都选用有模拟记录的测深仪 模拟记录有纸质模拟记录和数字模拟记录两种 目前带有数字模拟记录的单波束和多波束测深仪大都具有对数字信号进行回放的功能 对可疑数字

2、信号 可进行模拟回放检查 所以本条仍采用了 应 这一程度用语 在水底树林和杂草丛生水域 由于回声信号干扰严重 这里作了 不宜使用回声测深仪 的规定 至于对淤泥质港口回淤较严重的水域所使用的测深仪器未作具体规定 只给出了 应进行适航水深测量 的原则要求 第8章水深测量8 1一般规定 8 1 3条包括两部分 其一 测深和定位系统的延时和测船姿态会造成测点的位移 特别是对内河及海底凸凹不平的水域影响更为明显 因此应进行事先测试和校正 对于RTK三维水深测量 虽然自动克服了测船姿态影响 但是 系统延时的影响不能克服 所以除应按3 0 5条规定对仪器进行常规检验 校准外 也仍然需要在测前 测后对系统延时

3、进行现场测试和校准 另外 由于水位观测已在7 2节有详细规定 而且水位观测有关规定是各章通用的 所以在本章中不再单列水位观测一节 只在本条规定了 水位观测应符合7 2节的规定 和水位观测的开始和结束时间 8 1 4条关于波浪引起的测船的纵倾 横摇或升沉 不可避免地影响测深精度 根据我国水运工程测量的实践 顾及到沿海以及内河测深工况条件和目前广泛采用姿态传感器进行波浪改正的作业条件 并考虑测量的经济效益和最大测深误差要求 做出了本条的规定 第8章水深测量8 1一般规定 8 1 5条的表8 1 5是对一般定位手段而言的 不管用光学仪器还是新技术定位手段 都应执行 根据我国目前水深测量定位手段 大都

4、采用了DGPS这一高精度定位技术 DGPS伪距差分定位精度都在5m以内 载波相位差分可达厘米级 标称精度 所以对小于或等于1 5000测图 定位点点位中误差限差规定为图上1 0mm是可以达到的 8 1 6条是大家早已公认的技术指标 根据实际经验 通过对5m 10m 15m 20m 30m 50m等深度误差的分析 水深在20m以内的深度误差在 0 18 0 2m之间变化 大于20m时深度误差接近于水深的1 所以 我们取20m作为深度误差限值的分界水深 规定了当水深在20m以内时 深度误差限值为 0 2m 大于20m时 深度误差限值为水深的 1 8 1 7条对沿海航道基本测量周期未作修改 对内河航

5、道基本测量周期的规定 主要考虑了确定内河维护和航道基本测量周期的工作是属于 内河航道维护技术规范 JTJ287 内容 不应由测量规范来确定 故这次修订未列入 其具体规定较详细 是海事测绘较成熟的规定 这里不多赘述 第8章水深测量8 1一般规定 8 1 8条流速 流向和底质探测等测量内容是水运工程运营阶段航道基本测量或航道检查测量应进行的工作 在编绘航道图时 需载入锚地 航道入口及影响船舶操纵区段的水体表层最大流速和流向等水文要素 以满足安全航行的需要 同时 还需载入锚泊地的水底表层底质属性 供船舶锚泊参考 以保证锚泊安全 在施工测量和其他水深测量中 一般不作这些观测 考虑到国标 海道测量规范

6、及其他相关规范中的水深测量一章 大都包括了流速 流向和底质探测 为了使水深测量成为完整一章 满足航道测量制图的需要 特作了8 1 8 1 8 1 8 3款的原则规定 至于原规范中的水文观测部分 现已纳入正在制定的 水运工程水文观测规范 中 本条涉及到的具体水文观测内外业技术规定 在 水运工程水文观测规范 颁布实施之前 可按照本规范总则1 0 3条的要求参照有关水文观测的国标或行业标准执行 第8章水深测量8 2测深线布设 8 2 1条列出了多波束扫测 侧扫声纳扫海和软式拖底扫海主测深线方向 即宜平行于测区较长边 挖槽轴线和河道走向 8 2 2条的测深线间距是按第3章表3 0 4的三大测量类别 分

7、别针对不同的工程类别或阶段进行规定的 主要对原规范中相关测深线布设的表格进行了合并 并考虑了沿海和内河的不同要求 根据我国现实情况 水深测量测深线间距应充分满足水运工程施工和航行安全的要求 原来规范关于航道测量监测的规定较宽 不利于安全航行 同时为了使航道测量与国标 海道测量规范 GB12327 98 一致 使航道图有全国统一标准 特修订为条文中表8 2 2的航道基本测量和航道检查测量测线间距的规定 为了使规划设计阶段的勘测测线布设统一 特做出了图上20mm的规定 关于表8 2 2的表注 是为使疏浚施工单波束检查测量能有更大的覆盖范围 第8章水深测量8 2测深线布设 测深线间距表8 2 2 注

8、 水工建筑物及附属设施施工水深测量测深线间距可参照基槽施工测深线间距执行 疏浚施工中的检查测量的计划测线间距应符合表中的规定值 并应依次错开布设 增大测线覆盖程度 第8章水深测量8 2测深线布设 8 2 2 2多波束扫测 侧扫声纳扫测 软式拖底扫海一般均用于要求全覆盖测深的工程项目 为实现全覆盖测深 相邻有效扫测带间必须在有一定重叠的前提下来决定测深线间距 以保证不遗漏障碍物 在本规范的附录M2 1 5 M3 1和8 6 3 3款分别对这三种扫测手段的相邻有效扫测带重叠宽度作出了具体要求 对于多波束测深 测深线一般沿航道轴线或测区长边布设 在确定测线长度时 要考虑声速的变化 当一条测线上声速变

9、化超过2m s 一般就重新测定声速剖面 因此 为便于操作 保证一条测线上只测定一次声速剖面 就要控制测线的长度 另外 确定测线长度时 还应考虑一条测线记录数据量的大小 以便于数据处理和维护 8 2 3条的规定是为了尽量多发现浅点或浅于设计深度的上偏差点及水下障碍物 关于测深线在图上长度的规定是为了测出完整的挖槽边坡和减少测船换线转头时船身横摇造成的测深误差 同时 也可使测线经过非施工水域 为测深检查线提供可靠的对比水深 第8章水深测量8 2测深线布设 8 2 4条测深检查线长度的规定是根据生产实践确定的 对水运工程施工检测及交工或竣工水深测量的检查线应布设在挖槽边坡以外 这是因为新开挖的人工水

10、底地貌是不规则的 有时往往呈现锯齿形 甚至在1 2m范围内的水深之差可达米级 这样的人工水底地貌是不能作为深度对比水域的 而对于施工前的水深测量 由于水底较平整 坡度变化较均匀 所以 检查线可用纵向测深线代替 本次修订规定多波束测深检查线长度放宽到总测线长度的1 是基于相邻扫测带重叠处的水深可用作检查线 作为水深不符值比对用 第8章水深测量8 3定位 8 3 1条是根据国标 海道测量规范 GB12327 的规定 对于沿海航道 港池 泊位 吹填区施工测量 航道基本测量和检查测量及规划设计阶段的勘测 用测深杆或测深锤方式作业需反复测深 航速必然很慢 多用非机动船并且是点测深 所以测点的间距不能太大

11、 这里规定为图上12mm 水工建筑物及附属设施施工测量比例尺均大于1 1000 所以不论用何种仪器测深 测点间距均应当密些 这里取图上10mm 对内河一般水域的航道 港池 泊位 吹填区施工测量 1 500测图用测杆和水砣测深时 为真实反映水下人工地貌 测点间距一般都保证为5m 相当于图上10mm 所以规定了表注的要求 8 3 3条关于角度交会法定位 交会点与测深仪换能器不在同一位置 特别是后方交会中 两观测者不在同一位置 其偏差往往超过图上0 6mm 这就有可能将边坡水深移至航槽内 或者相反 所以在绘图时应予改正 第8章水深测量8 3定位 8 3 7条中重点说明下列三点 8 3 7 2款对GP

12、S接收机天线的要求 主要突出了对流动站天线的特殊要求 因为船上电磁场及金属构筑物与天线的关系对定位及其精度影响甚大 流动站天线高度与海区水位变化有关 而且定位中心与测深中心一般是不重合的 为了克服这些影响 本款在本规范第4 4节规定的基础上又增加了流动站避开或减少干扰装置的规定 8 3 7 3对于二维差分动态定位 卫星的缺席参数 仰角 可放宽到10 因为仰角越小 对图形组合较为有利 HDOP容易控制在较小的范围 相反 若大于15 对于差分定位的图形组合就会受到限制 8 3 7 4测量项目开始前 进行DGPS定位精度比对应在测区附近的控制点上进行 这样才能说明实际测量时的定位精度 第8章水深测量

13、8 4测深 8 4 1条测深精度不仅取决于测深仪本身的精度 还取决于对仪器检查 比对的精度 在沿海 不同地点的含盐量和水温将有所不同 所测仪器差也有所不同 所以必须强调现场检查和比对 测定仪器差应使用检查板 对于航道及港口工程等测图 水深大于20m时 使用检查板不易操作 所以一般不再使用测深锤作为校准器 因用测深锤检查测深仪将产生较大系统误差 这时可采用水文资料计算改正数 目前 主流测深仪基本上均为数字化测深仪 模拟记录也是由数字转化而来 在水深测量中 水中的声速起着至关重要的作用 可以用声速仪测定声速剖面 来直接进行测深仪改正 但在作业前 应做声速仪改正与检查板改正的比对 除定期对测深仪进行

14、检验外 本款新增加了 当仪器出现故障进行大修或更换测深仪的主要部件时 应重新检验仪器 的规定 这是我国计量法要求的 目前许多型号的测深仪都兼有模拟记录和数字记录功能 由于自动化成图的广泛普及 数字信号的可靠性必须有计量检验手段 为了保证模拟信号与数字信号相一致 要求检验测深仪时 对其两个信号都要比较 确认数字信号的可靠性 第8章水深测量8 4测深 8 4 3 8 4 4条这两条规定了换能器安装位置与动吃水的测定 同一条船 安装位置不同 动吃水改正数也将不同 8 4 5条显示在测深纸上的相邻定位线间距与实地宽度之比 称其为 显示比例 本条规定1 4000的显示比例 主要考虑了疏浚工程水下挖泥机具

15、 如耙头 绞刀等 的宽度 例如 耙宽为2m 折合在测深纸上的宽度约为0 5mm 若小于此比例 则对其不易分辨 提高测深纸上信号的分辨率 有助于发现水下障碍物及检查施工质量 对于有调节纸速装置的测深仪 可调整纸速达到此比例 无此装置的测深仪 只能靠降低船速来达到规定的显示比例 8 4 6条的规定由误差传播定律可说明 主测深线与检查线相交处1mm范围内 水深点的比对限差是深度限差的倍 考虑测深条件及风浪影响和国标 海道测量规范 GB12327 1998 中该项限差0 5m的规定 为提高经济效益 并使其精度指标不低于国标要求 本条规定了以深度限差的2倍 见表8 4 6 作为比对限差 第8章水深测量8

16、 4测深 8 4 7条规定了水深测量中重测与补测的要求 增加了进行RTK三维水深测量 RTK水位异常时的补测要求 8 4 8条对姿态传感器的规定进行了补充 增加了姿态传感器输出数据速率应不小于20Hz 这样可保证姿态补偿可反映真实情况 8 4 9条增加了多波束测深系统测深的相关规定 共分为5款 各款的规定都比较明确 这里只重点讲一下多波束测深系统的校准问题 任何测量仪器在使用之前 必须进行校准 其目的是为了控制成果质量 对于固定安装的多波束由于仪器设备是固定的 一般每年校准一次 但为了保证测绘成果质量 到一个新的工地后必须进行符合性检查 对于非固定安装的多波束测深系统或固定安装的设备移动过 由于仪器位置发生了变动 必须重新校准 若更换了系统中的硬件设备 也必须重新进行校准 必须保证测量时的换能器姿态与校准时相同 否则应重新进行校准 为了做到这一点 一般每次测量均应进行横摇 Roll 校准 现对多波束测深系统的延时和姿态的测定及校准进一步说明如下 第8章水深测量8 4测深 1 定位延时的测定与校准规定了测量水域和速度 目的是为了提高校准精度 规定方向是为了避免纵摇偏差的影响 取3组或以上