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1、水下地形测绘的前期质量控制王灵锋，赵广乾，张炳蔚 （浙江省河海测绘院， 浙江 杭州 310008）（Zhejiang Surveying Institute of Estuary and Coast，Hangzhou Zhejiang）摘要：本文较为全面地介绍了水下地形测绘前期生产的流程及在各生产环节中存在的影响产品质量的因素、产生原因等，并提出了相关质量控制的方法及途径。关键词：水下地形测绘、前期阶段、质量控制1 引言 水下地形测绘是通过在水面上进行动态定位和测深，进行外业数据采集后以图形、数据形式表示水下地貌特征的一项基础服务工作。其产品成果通常为水下地形图、水深图、断面图或以表格为表达形
2、式的数据，广泛应用于关系国计民生的各行各业。比如，水利资源开发利用、农田水利设施建设、航道整治、围涂促淤、跨海（江）桥梁架造、港口码头以及沿江河的交通工程的建设、防汛抗险等。正因为水下地形测绘在国家生产和人民生活中发挥着巨大的作用，其产品质量的控制必须引起高度重视。现代水下地形测绘产品的生产过程是多仪器多设备、多数据、多阶段、多人员的交互过程，影响水下地形测绘产品的因素是多方面的繁杂交织网，存在于生产过程的每一个环节，因而质量控制过程是一个复杂和繁琐的过程。为了有效控制水下地形测绘产品的质量，从前期的基础工作开始就要贯彻实施质量控制。2 影响水下地形测绘产品质量的前期因素 水下地形测绘的前期工
3、作主要包括以下几个阶段。（1）技术设计、策划阶段（2）人员安排、仪器设备准备阶段（3）外业数据采集阶段不同的测绘项目要求有不同的生产环节，在前期工作的每个环节中都存在影响质量控制的因素，所以，水下地形测绘前期的质量控制应该在每个环节上踏踏实实地下功夫，把握住每个环节影响质量的因素。现在已进入数字水下地形测绘阶段，新技术、新仪器、新设备的引入和使用导致了水下地形测绘产品生产流程和方式的根本改变，因此影响水下地形测绘产品质量的因素与以往也发生了相应的变化。主要可以概括为技术人员的技能水平因素、仪器设备影响因素、外业数据采集环境及天气因素、测区水文特征因素等。控制好这些影响质量的因素，就能很好地实施
4、前期质量控制，以下分阶段具体介绍。3 水下地形测绘前期阶段质量控制的方法途径 3.1 技术设计、策划阶段 在每个水下地形测绘项目承接后，无论项目大小，承接单位必须根据业主要求，参考规范技术标准，在作业前确定作业方式方法、制订作业计划、搜集已知成果资料，对该项目进行技术上的设计安排或策划。此阶段的质量控制非常关键，控制住了此阶段的质量元素也就控制了影响水下测绘产品质量的源头。此阶段的质量控制出了问题，下面的环节也就会随之出现质量问题，造成不必要的浪费和无法挽回的损失。为了更好地控制本阶段的质量，可以从一下几点进行把握。（1）以顾客为关注焦点，明确顾客的各项要求，做到在可执行范围内尽量满足顾客对产
5、品的要求，并在技术设计中给予充分考虑，把各项要求明确写入技术设计书或者测绘任务书，指导项目组进行生产。（2）实行项目评审和技术设计书、测绘任务书的校对审核制。一个项目要做什么、该怎么做需要相关人员进行必要的沟通和讨论，这就要求每个技术设计策划的相关人员都要对项目要求进行充分的了解，而且把各环节中影响质量的因素提出来进行讨论、评审、确定最后的方案。只要有人参与的环节就有可能出现质量问题，在技术设计中任何人都有可能出现某些设计策划编写中的缺陷。所以，经过评审的项目方案由相关设计部门或技术人员编写好后还要经过一定程序的校对和审核，以保障技术设计书或测绘任务书中编写的内容能充分地满足规范和客户要求。（
6、3）确保项目所使用的已知成果等起算资料的正确性、适宜性、精度等能满足作业要求，确保已知成果为最新成果。（4）控制点的选取、水位站布置应以能有效控制测区为原则，具体可参照如下。1）RTK 无验潮水下地形测量模式时，作为计算坐标转换七参数的已知控制点应布局合理、结构强度好，而且架设基准站的控制点应离测区尽可能的近，根据笔者单位多年的经验，即使使用目前性能较好的仪器，(比如天宝公司生产的 GPS)当测船离开基准站 5 公里以上时，GPS RTK 接收机也会经常发生差分信号失锁现象，坐标解算值不能固定。2）有验潮水下地形测量时水位站的布设合理与否是影响质量的主要因素，为了能较好地控制水位观测质量，水位
7、站布置应满足下列要求：a. 能充分反映测区的水位变化；b. 相邻验潮站之间的距离应满足最大潮高差不大于 1m、最大潮时差不大于 2h，潮汐性质基本相同；c. 无沙洲、浅滩阻隔，无壅水、回流现象；d. 不直接受风浪、急流冲击影响，不易被船只碰撞；e. 能牢固设置水尺或自记水位计，便于水位观测和水准测量。（5）合理布设测线。在水下地形测量之前，为了保证水下地形测量的成图质量，应根据测区内水面的宽窄、水流缓急等情况，在实地布设一定数量的测深线和测深点。对于沿海港口航道测量而言，主测线方向宜垂直于等深线的总方向或航道轴线。特殊地区的测深线方向与等深线之夹角应不小于 45,必要时应平行于岸线布设测深线。
8、对于内河航道，测深线应垂直于河流流向、航道中心线或岸线方向；弯曲河段可设为扇形；对流速大、横向测深线布设有困难时，可布设成斜向测深线。在实际工作中，由于浅水滩涂水域多遇到渔网或养殖网箱等，不能按测线测深，可根据情况在测船能到达的地方采用散点法测量水深。根据规范要求，为检查测深是否存在粗糙或系统差，需布置一定数量的测深检查线，按照规范不少于主测深线总长度的 5%；不同测深组测深的相邻测段应布设 1 条重合测深线，同一测深组不同时期测深的相邻测段应布设两条重合测深线。（6）为确保设计质量，必要时进行测区踏勘。3.2 人员安排、仪器设备准备阶段水下地形测绘多，产品质量的人员影响因素也相对较多，安排时
9、需充分考虑这方面的因素。产品生产的过程是各环节人员相互协作、共同作用的工程，每个环节的人员须能胜任本环节的工作才能确保质量，任何一个人身上出了质量问题，整个产品质量都会受到影响。所以，一个项目中要安排适合每项工作环节的人员。另外，每个项目除了安排项目负责人之外，还需委派过程检查员以监督、检查作业实施过程中的质量。仪器设备是数据采集的工具，其对产品质量的影响是最直接的。仪器都需经过检定检验合格，各项技术指标需经过检核后方能出库使用。3.3 外业数据采集阶段此阶段为水下地形测绘产品生产各环节的重中之重，此环节的质量如果把握不好，严重的要导致返工甚至在后续的工程项目建设中出现工程事故，因此外业采集时
10、必须抱着严谨、负责的工作态度，严格按照规范操作，减小测量误差。此阶段的质量控制包括测点定位观测质量控制、水位观测质量控制和水深观测质量控制。测点定位和水位观测质量控制分有验潮和无验潮模式讲述。此阶段的质量控制可从以下几个方面进行。（1）无验潮模式下的定位精度控制。无验潮模式即为利用 GPS RTK 技术实时动态测定测深点位置和水位的作业模式，适用于定位精度要求高的大比例尺水下地形图和断面图及水深图测量。为保证定位精度，无验潮测量时，数据有效记录格式设置为 RTK 固定解。为保证成果的质量，利用无验潮模式作业时需验证转换参数及基准站设站的正确性，在已知点上进行三维坐标比测，此步骤必不可少。这里涉
11、及基准站的架设和定位仪的安装误差控制，作业时须严格将基准站仪器对中整平、精确量取基准站和流动站的仪器高。无验潮测量时，为保证测量精度和作业的顺利进行，需选择合理的作业时段。首先应选择 GPS 信号好的时段，一般中午 10 点至下午 14 点之间太阳紫外线较强，电离层对电磁波的折射也就越强，同时水面反射也很强，使 GPS 解算精度降低、信号较差，造成定位解算数据不能固定甚至发生“飞点”现象。所以，大比例尺测图作业时应尽量避开这个时段。另外，对于受潮汐影响较大的测区最好选择高低平潮附近时段进行，此时水流较缓，水面平稳高程误差较小，而且测船的航向容易控制。（2）有验潮模式下的定位精度控制。有验潮模式
12、即为利用 DGPS 接收机接收 DGPS 基准站通过无线电发射的经过差分修正的 GPS 卫星定位信号实现测深点定位，同时在测区合理布局设置水位站以解算测点水位的作业模式，适用于定位精度要求相对较低的小比例尺水下地形图和水深图的测量。为确保定位精度，应选择实时差分定位解。影响水位观测质量的因素除了设计阶段水位站位置的选取有关外，水位数据采集时还会因水尺零高精度、人工观测误差、自记水位仪走时误差、波浪引起的误差、自记水位仪断电或其他故障引起的水位数据记录中断、抄录其他水位站资料的质量问题等造成质量缺陷。在水位观测时应充分考虑各方面的因素，严格控制水位观测质量。为了控制这些因素造成的质量问题，可采取
13、下面的措施。1） 适时校核水尺零高；2） 观测人员应按时间规定及时测记水位，漏测时不能伪造，应记录实际时间水位；3） 水位读数应取波峰、波谷读数的平均值；4） 水位观测应采用北京时，每日早、晚应对时，临时水位站应在每日观测前后对时，其误差不应大于 1min，超限时应拨正；5） 定期校测和检查自记水位计，及时发现有可能出现的问题；6） 严格审查抄录其他水位站的资料。（3）水深观测质量控制。影响水深观测质量的因素主要有仪器设备性能、水下河（海）床底质特性、换能器吃水量取精度、声速测定及设置、换能器安装、风浪、船速等。水深测量时，现在大多选用回声测深仪，仪器设备的性能直接影响水深测量的质量，根据不同
14、测区的情况应选择合适的测深仪才能准确测量定位点的水深，否则，仪器使用不当将会徒劳而返。比如，在水深流急区域、水底地形复杂区域、浮泥层较厚区域等对测深仪的要求较高，一般的单频测深仪换能器无法接收回波信号而使测深失败，这就需要选择性能好的单频测深仪或双频测深仪。换能器吃水深度的精确量取和声速的测定及设置是保证水深观测质量的重要因素，在实际工作中，为验证吃水深度量取和声速测定及设置是否正确，在正式水深测量之前需进行静态水深测量比测。比测时，可在测船停止航行的状态下，在平坦的河（海）床上使用测深杆或测深锤量取一组换能器安装位置的水深数据，同时利用回声测深仪测定一组水深数据，两组数据进行比对即可，差值较
15、大则说明换能器吃水深度量取或者回声仪设置有问题，经验证无误、差值在允许范围内后才可进行水深测量。在水深测量时，换能器的安装位置及安装牢固与否会直接影响吃水的变化从而影响水深观测质量。安装时必须保证换能器在测船行驶过程中是牢固不动的，任何松动都会使换能器造成前后左右倾斜或者上下跳动，造成测深不正确。另外，在测船行驶时由于颠簸和摇摆会造成对换能器吃水深度的变化，这种变化在测船的不同位置有不同程度的影响。根据经验，在船舶中舷位置这种影响最小，所以，测深时最好把换能器牢固安装在船舶中舷处。另外，定位天线应与换能器安装在同一铅垂线上，确保测深和定位在相同位置。在水深测量时，由于风浪不同程度的影响，使测点
16、水深不同程度的偏离同一水深基准面，造成测深数据不能正确反映测区的水深变化。因此，为控制水深测量质量，风浪较大时应停止水深测量作业。对于在风浪较小的情况下有验潮采集的水深数据，可在内业时进行滤波削浪处理，减小风浪造成的测深误差。无验潮技术测量时由于水深变化量和水位变化量是同时进行的，风浪的影响不影响它们的综合变化量，即测点的河（海）底高程变化，无需滤波削浪处理。另外，船速的大小除了对定位精度有影响外，对水深测量的质量也比较明显。船速过快时，测深仪换能器接收到的回声信号就会大幅减少甚至无法接收，造成测深打印纸上无水深记录痕迹、一片空白的现象，所谓“欲速则不达”就得到了很好的验证。但是，船速也不能过慢，太慢就影响测量的进度。根据经验，船速控制在 4 7 节时既能保证水深数据采集的质量，又能保证测量进度。 （4）外业记录质量控制。在外业数据采集时做好相关记录也是有效控制水下地形测绘产品质量的重要途径，在条件允许时外业记录越细致越方便内业数据的处理，有益于提高内业工作的效率和质量。4 结语目前，越来越多的单位或个人加入到水下地形测绘行业，但由于目前没有一
