测深仪与GPS组合在水下地形测量中的应用研究

测深仪与GPS组合在水下地形测量中的应用研究

廖先飞,胡志全

重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司  重庆400000

摘要：测深仪是利用声学原理来测定海底深度的一种仪器，一般由测深仪、换能器和数据处理系统组成。它通过测量海底发射信号的频率来确定水深，并将测得的水深数据记录在换能器上。换能器会通过记录海底声波反射信号，来确定海底的高度。其基本原理是将测深仪测得的水深数据转化为一系列时间间隔不同、坐标不同的正弦曲线图，并以此为基础绘制成地形剖面图。这些图是用电子计算机编制的，并具有良好的显示和储存功能。

关键词：水下测量； GPS ；测深仪

引言

测深仪与GPS组合对海中水深具有较高的测量精度，具有较高的测量速度，可以提供1m/s级别的水深数据。本文通过使用高精度 GPS接收机作为定位设备，用测深仪和计算机对海底进行实时测量，通过分析测深仪与 GPS组合测量时产生的数据，利用一定的方法进行数据处理，将数据进行一定程度的整合与修正，得到精确的海底地形信息，并利用所得到的海底高程数据绘制出海底地形图，这样便可以解决在进行水下地形测量时遇到的精度低、速度慢、可靠性低等问题。

1测深仪与GPS组合所存在的问题

该系统需要配置高精度 GPS接收机，所以它与测深仪器组合使用的测量方式存在着一定的不足。首先，这种方式会受到 GPS定位精度的限制。其次，这种测量方式对 GPS信号质量要求比较高。最后，如果用 GPS接收机直接测定海底高程，则需要在测深仪上增加测深传感器以获取更精确的海底地形信息[1]。目前，关于测深与 GPS组合的研究主要集中在 GPS辅助定位的方式、测深仪的参数设置和测量结果的处理三个方面，而关于测深仪与 GPS组合测量水下地形的研究还不是很多。

2如何将测深仪与GPS组合

根据数据处理原理，可以将 GPS定位得到的水深数据与测深仪测得的海底高程数据进行叠加，再利用软件将叠加后的水深数据进行适当的修正，便可以得到准确的海底高程数据。测深仪与 GPS组合测量海底地形主要采用两种方法。直接将GPS定位信息对测深仪采集到的数据进行改正，再利用已知高程点来计算出海底高程。另一种方法是将 GPS定位信息与测深仪采集到的水深数据结合起来，以 GPS定位信息为基准，对测深仪所测得的水深数据进行一定程度的改正和滤波处理，将处理后的水深数据与海底高程数据结合起来，从而得到精确可靠、精度高而且速度快、可靠性强的海底地形图。

3利用测深仪与 GPS组合测量海底地形的具体步骤

第一步是将测深仪的传感器布置在待测区域的中心位置上，并安装到船身上，再将船进行定位。第二步是将测深仪放置在待测区域，测量船通过 GPS信号接收模块来接收 GPS卫星发出的信号，通过测深仪的声呐定位功能，再通过船速对测量点进行定位。第三步是将测深仪的数据记录到电脑里，然后通过计算得到水深数据。第四步是根据不同水深情况，对所测得的深度数据进行不同处理，以获得高精度的水深数据。

4利用测深仪与GPS组合的优势

通过将测深仪与 GPS组合，利用 GPS定位来修正测深仪放样位置的误差，并通过船速对测量点进行定位，从而获得高精度的水深数据。这种方法减少了仪器本身误差对测量结果的影响，并且提高了水下地形测量效率和测量精度[2]。该系统主要由安装船、 GPS接收模块、数据处理系统和数据采集设备等组成，测量船安装在待测区域的中心位置，通过将测深仪放置在待测区域的中心位置，通过 GPS定位来修正测深仪放样位置的误差，并通过船速对测量点进行定位，从而获得高精度的水深数据。该系统可以通过 GPS定位信息来修正测深仪放样位置的误差，从而提高了水下地形测量精度。该系统具有测深精度高、速度快、可靠性强等优点，并且由于测深仪与 GPS组合使用，使其测量结果更加精确。该系统还可以根据不同的水深情况对深度数据进行处理，从而得到精确可靠、精度高而且速度快、可靠性强的海底地形图。

5测深仪与GPS组合主要功能

一是可以直接利用 GPS定位信息来修正测深仪放样位置的误差。二是可以利用测深仪与 GPS组合测量时所用到的水深传感器的坐标，将其计算出的海底高程数据与 GPS所提供的水深数据进行叠加，这样就得到了精确可靠、精度高而且速度快、可靠性强的海底地形数据，为后续水下地形测量奠定了基础。在测量过程中可以对所需用到的水深传感器进行设置，并将水深传感器设置到系统中。通过双击“开始测量”按钮，便可以实现测深仪与 GPS组合测量海底地形的过程。通过单击“测量”按钮，可以选择测量区域，并显示出当前测量的水深数据。也可以选择需要进行数据处理的点，通过单击“开始数据处理”按钮进行数据处理，然后根据需要对该区域进行水深测量[3]。另外，为了方便用户对所测得的水深数据进行处理，在系统中提供了各种功能强大的工具栏。这些工具栏包括：测量数据窗口、 GPS实时定位信息保存窗口、测深显示窗口、显示 GPS实时定位信息窗口等，这些工具栏通过双击可进入相应的操作界面，并可对其进行编辑或删除等操作。在这些工具栏中，用户可以对所测得的水深数据进行编辑和保存，并通过“测量”按钮来选择“打开测量数据窗口”或“打开 GPS实时定位信息窗口”，这样，用户就可以在这些工具栏中选择需要的工具，然后再通过鼠标进行操作，对所测得的水深数据进行处理

[4]。为了保证测量数据的安全，软件对测深传感器进行了加密处理，这样当用户用鼠标对所需测量数据进行操作时，会通过加密操作来完成。同时用户还可以通过单击“退出”按钮退出软件，这样就避免了数据被随意删除或修改的情况发生。当用户修改完测量数据后，系统将自动退出，并且无法再次对所需测量数据进行修改。另外，为了方便用户对所需测量数据的修改和删除，系统提供了三个功能强大的工具栏：用户界面、工具栏和测深显示窗口。

结语

本文采用测深仪与 GPS组合测量海底地形的方法进行测量，该方法具有较高的精度、可靠性和速度性，尤其是在应用该方法进行海底地形图绘制时，还具有精度高、速度快等优点，在一定程度上提高了水下地形测量效率和测量精度。根据实验结果可以看出，本文设计的基于测深仪与 GPS组合测量海底地形可以满足实际工程测量需求，该系统能够有效提高水下地形测量效率，并保证测量精度，对其他工程领域的水下地形测量具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]陈文政. GPS-RTK结合测深仪应用技术研究[J]. 西部交通科技,2022,(02):132-134.

[2]商建伟. 基于GNSS的单波束测深系统在大中型水库水下地形测量中的应用[J]. 山东国土资源,2022,38(01):65-69.

[3]杨少愚,孙睿英,任思思. 无人船在水下地形测量应用中的可靠性分析及工艺流程优化[J]. 测绘与空间地理信息,2021,44(S1):233-236.

[4]孟海豹,石峰. GPS和测深仪组合技术在水下地形测量中的应用[J]. 工程技术研究,2020,5(03):37-38.