工程测量学.第三章

第三章水下地形测绘§1.水下地形图的用途§2.精度要求和技术设计§3.水下地形图测量的定位方法§4.水深测量及水位观测§5.水下地形图测绘§2.精度要求和技术设计一、精度要求水深测量的精度主要由测点的测深精度和定位精度决定，其精度必须满足相应的国家标准、行业标准或特定测量项目的精度要求。二、技术设计技术设计首先要确定测区范围，划分幅图和确定测量比例尺，标定免测范围或确定不同比例尺图幅之间的具体分界线，明确实施测量工作中的重要技术保证措施，编写项目设计书和绘制有关附图。（一）实地勘察（二）制定技术设计书（三）测线布设（一）实地勘察实地勘察主要是了解测区的社会情况、自然地理以及生活条件、测量船停靠的码头的情况，测区已知控制点和水准点位置、标志类型及保存情况是否完好，所设水位观测站站位和设站条件，是修正充实初步技术设计的重要环节。（二）制定技术设计书通过实地勘察，对初步设计进行修改，制定技术设计书。技术设计书由技术说明书，控制测量、水深测量和海岸线地形测量设计图及有关附图和附表组成。（三）测线布设测线布设是水下地形测量技术设计的主要内容之一，测设布设主要考虑测线间距和测线方向。测线间距是水下地形测量要求的一项重要指标，测深线的间隔应顾及测区的重要性、水底地貌特征和水深等因素。测线布设的方向对采用单波束测深仪或多波束测深仪是不同的。原则上，采用单波束测深仪时，主测线应垂直等深线方向布设；采用多波束测深仪时，主测线应大致平行于等深线方向布设。为了检查测深与定位是否存在系统误差或粗差，并以此衡量测深测量成果总的精度，需要布设检查线。检查线的方向应尽可能与主测线垂直，分布均匀，要要求布设在较平坦处，能普遍检查主测深线。1.全站仪定位传统的光学仪器定位，以行驶的测船上与测深点在同一铅垂线的标志为观测目标，由岸上的两台经纬仪同时照准目标，实施前方交会法定位，并且做到与水深测量工作同步。近年来，随着电子经纬仪的普遍使用，用传统的光学经纬仪前方交会法定位已很少采用。新的方法是直接利用全站仪，按方位—距离的极坐标法进行定位。观测值通过无线通信可以立即传输到测船上的便携机中，立即计算出测点的平面坐标，与对应点的测深数据合并在一起；也可储存在岸上测站与全站仪在线连接的电子手薄中或全站仪的内存中。到内业时由数字测图系统软件，可自动生成水下地形图。2.GPS差分定位GPS定位技术的应用，可以快速地测定测深仪的位置。测量时将GPS接收机与测深仪组合，前者进行定位测量，后者同时进行水深测量。利用电子手薄记录观测数据，并配备一系列软件和绘图仪硬件，便可组成水下地形测量自动化系统。§4.水深测量及水位观测水深测量是水下地形测量最主要的内容。根据使用的测量工具，测深方法主要有人工测量、测深声纳测量以及近年来发展起来的机载激光测深系统。回声测深仪由换能器和控制仪两大部分组成。在控制仪指挥下发射换能器按预定的时间间隔发生短促的电脉冲，并转换成超声波向水下发射。该声波自水底反射后向上，其中一部分反射波被接收换能器接收，并转换为电脉冲，经放大后输入控制仪。发射脉冲和接收脉冲之时间间隔即△t，从而就可以求出水深了。3.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。多波束测深仪的特点：（1）全覆盖无遗漏测量

（2）高分辨率测量

（3）高精度和高效率测量

（4）多用途、多信息测量4.水位的观测水位测量需将陆地上平面位置与高程联系起来才具有水下地形测绘的实用价值。测深的平面定位可借助陆地测量技术，如方向交会、距离交会、极坐标法和GPS法。测深与高程系统的联系，一般通过水位观测实现。水位指水面相对于某一高程基准面的高程，水准观测为确定水位的测量。最简单的水位观测站为立在岸边水中的标尺，标尺零点高程H0通过与水准点联测求得，标尺零点高程加上标尺读数即得水位。水深测量期间，按一定时间间隔对标尺进行读数，并绘制水位—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。5.深度基准面的概念水下地面点竖向位置的描述可使用与陆地同样的高程系统，由此得到水下地形图。但有时需用水深描述水下地面点竖向位置，则得到用等深线表示的水深图或海图。水深计算的起算面称为深度基准面。我国在海洋、港湾和河口以往主要采用略最低低潮面，从1956年开始采用理论深度基准面；在内河及湖泊采用最低水位、平均低水位或设计水位等作为深度基准面。6.误差来源与质量控制测深误差可以分为3类：粗差、系统误差和随机误差。这里的粗差是指由于测深仪的机械或电子部件损坏引起的误差。系统误差主要是由于测深仪换能器和测量船的姿态传感器的安装偏移产生的误差。这些误差主要通过系统的校准来检测，并根据检测的误差大小和符号加以补偿改正。而随机误差则是采用统计方法来分析。1）地形倾斜引起的误差2）声波引起的误差3）时间测量引起的误差4）测量船的姿态测量引起的误差5）换能器相对位置变化产生的深度误差6）对测深记录的判读和分辨误差7）深度归化误差§5.水下地形图测绘1.测深断面线和断面点的设计与布设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度、水流缓急等情况，在实地布设一定数量的断面线和测深点。测深断面线的方向一般与河流主流或岸线垂直。测深断面线一般规定在图上每隔1～2cm布设一条，测深点的间距一般在图上为0.6～0.8cm。2.水下地形测量方法断面的方向可用仪器或目估确定，在所确定的断面线上设立两个标志，以便测船瞄准定向。在实测前进行试测，以便测定船在点间运行时间和岸上与测船之间的协调指挥。一般的水域测量多采用前方交会法或极坐标法。外业工作结束后，即开始内业工作，其主要内容有：（1）将外业测角和测深数据汇总并逐点核对。（2）由水位观测结果和水深计算各测点高程。（3）展绘各测点位置，注记相应高程。（4）在图上勾绘等高线或等深线表示出水下地形的起伏。3.河流横断面测量为了掌握河道的变化规律以及满足水利工程设计的需要，需要在有代表性的河段上布设一定数量的横断面，定期在横断面上进行水深测量并绘制成横断面图供工程人员参考。其测量方法与测量水下地形图类似，只是绘制成断面图，水平轴为水平距离，竖轴代表高程，并注明垂直和水平比例尺。4.河流纵断面图编制河床的最深点称深泓点。沿河道深泓点剖开的断面称河流纵断面。用横坐标表示河长，纵坐标表示高程，将这些深泓点连接起来，就是河流断面。河流纵断面