港口航道工程中精密水下地形测量的实现

港口航道工程中精密水下地形测量的实现

王勇张华

山东港湾建设集团有限公司山东日照276800

摘要：中国的经济发展迅速，我国的港口的发展逐渐加快，但是在港口的航道工程中的水下的地形测量不够精密，水下地形测量的技术还不够完善。为了提高港口航道工程的水下地形测量的精密度，分析影响水下地形测量的原因，根据原因制定一定的措施提高水下地形检测的精密度，完善水下地形检测技术。

关键词：港口航道工程；水下地形测量；精密度

随着我国的经济的发展，综合国力的增加，我国加入世贸组织，让中国在世界上的影响力逐渐增大[1]。在经济全球化的影响下，我国的商品销往全世界，全世界的商品也销往中国，因此，港口的发展也进入高速发展时期。在港口的建设中，需要进行水下的地形的检测，在检测的过程中需要使用一些高新的技术，由于水下地形检测技术不够完善，造成港口航道工程的水下地形检测的精密度不够，存在一定的误差。本文作一综述讲解港口航道工程的精密水下地形检测的实现。

1定位误差

在水下地形的测量时，高精度的平面定位是保证精密度的条件。随着我国的测量设备及高新技术的快速发展，GPS技术已经在各行各业中广泛应用，GPS技术已经将传统的水上定位方式代替了。另外，还有一种定位系统叫做差分全球定位系统，能够在确定的精确的位置上将GPS检测的接收机，并计算出基准站到GPS卫星的距离。这个距离的值叫做微距离修正主义值。基站能够通过接受这个误差修正值，从而减少定位的误差[2]。

1.1引起定位误差的原因在使用GPS进行水面定位时，出现定位的误差的原因是由于偏心的改正误差以及坐标转换误差。

1.2坐标转换误差现在使用的GPS定位系统采用的是地心坐标系，就是将地球质心作为原点制作大地坐标系，通过GPS的定位系统中得到的数值是地心坐标的值。在常规的使用的坐标中，在1954年的北京的坐标系是使用前苏联的卡拉夫索斯的椭圆体，我国决定使用国家大地的坐标系。在1980年，我国使用西安坐标系，将坐标的原点设在我国的中部的陕西省的泾阳县的永乐镇。之后使用WGS84的世界大地坐标系使用地心坐标系，原点是地球的核心。在检测的过程中如何减少在坐标转换的过程出现的误差是一个重要的问题。在实际的测量的过程中需要进行多个坐标的转换，而在转换的过程中会出现一定的误差，需要通过定点的对比减少坐标的转换参数从而减少误差。在检测前，在高级点上做GPS比对试验，根据实验的结果得出GPS的定位的误差。在对比的实验中，能够得出符合GPS的定位观测的误差限制，需要使用更加先进的GPS定位系统才能减少误差的产生。

1.3偏心改正误差在对定位中心以及测深中心的装载的过程中，如果空间不放在同一个中心点上，会出现一个偏心值。而这个偏心值是由于测深中心以及定位中心导致的差值。在检测中如果不能纠正这个偏心值，会导致出现误差。为了减少由于测深中心以及定位中心导致的误差，需要将定位中心放在测深杆的方向上，减少偏心值，保证定位的准确性。

2测深误差

在检测中传统检测过程中主要使用测深锤，测深杆以及回声的测深仪等，现在的检测中主要使用这些工具作为辅助的工具，在检测中主要使用的工具是测深仪声纳测深。在检测过程中，测速仪本身的误差，水深，水温等因素对测深仪的测深精度具有影响，但是与比例尺没有关系。

2.1引起测深误差原因引起测深误差的原因有很多种，其中主要有波浪误差、读数误差、换能器吃水误差等。

2.2波浪误差当船舶在海面上行驶时，会受到海浪的拍打，从而导致船只横摇，纵摇，升沉，首向出现变化等等，另外，在船舶行驶的过程中会有一个下座的过程，会导致接受波的方向以及换能器的发射出现方向以及距离的变化，从而将测深仪的回波信号发生变化，造成出现波浪误差。在船只的测量前，需要将海上的天气情况以及海面的情况考虑好，避免出现大风大浪的天气，导致测量的波浪误差。

2.3读数误差如果测深仪设备只有模拟的记录，由于人为的因素在摘录水深数据时候造成读数的误差。现在在水下的地形测量中，大多数检测人员都使用数字式的测深仪，能够将读数的误差消除。

2.4换能器吃水误差当船舶在测量时，测出的深度是换能器的表面到海底以及河底之间的距离加上换能器的吃水的深度。而当在海面上船舶停止运行时，能够通过钢卷尺将换能器的吃水深度检测出来，检测出的结果的误差就是换能器的吃水过程中的误差。但是船舶在行驶过程中，就不能通过钢卷尺测量出换能器的吃水的深度，因为这时的换能器吃水深度跟静止时的换能器吃水深度是完全不同的，这就需要改正换能器的吃水误差。

3定位检测和测深系统

定位系统以及测深系统是两个独立的技术系统，在水下地形测量系统工作的时候，两个系统由于时间的不同步导致了测深图像进行偏移，这种现象被称为延迟效应；而如果定位中心以及测深中心不再同一个中心点上，则会出现偏移效应。延迟效应和偏移效应所引起的误差，是由定位系统和测深系统匹配时所导致的。延迟效应产生的误差可以通过对同一个水下目标往来观测所获得的水下位置的误差计算，计算出系统时延的大小，并且进行改正。偏移效应产生的误差则可以运用定位系统与涌浪补偿仪同步后的共同作用来改正。

4小结

随着我国的经济的发展，港口的发展速度也在加快。港口的水下地形检测技术使用的较多，但是由于水下地形检测技术使用的新型技术较多，存在一定的误差。随着我国水下地形测量技术的发展，使用高科技的设备，可以最大限度减少误差的发生。姚鸿斌等[3]研究的港口航道工程中精密水下地形测量的实现研究结果与本文结果具有一致性，说明本文研究结果具有重复性以及可行性。在本文中找出造成港口水下地形检测技术出现误差的原因，并找出解决问题的方法。

参考文献：

[1]罗意，扬凯，吴坤泽等.多波束水下三维成像系统在工程检测中的应用[J].中国西部科技，2015，14（10）：80-82，67.

[2]冯东恒，石波，卢秀山等.一种顾及水下地形特点的多波束点云去噪算法[J].测绘科学技术学报，2017，34（4）：364-369.

[3]姚鸿斌.港口航道工程中精密水下地形测量的实现[J].中国水运（下半月），2013，13（12）：319-320.