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数字化测绘技术在水下地形测量中的有效应用

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张志康

[导读] 摘要：信息化技术的发展推进了我国测绘工作技术体系的优化和创新，尤其是在水下地形测量过程中，应用智能的数字化设备和技术进行作业，能够进一步提升数据的精准性和测绘的安全性.本文首先阐述了数字测绘技术的基础概念，其次借助实际的水下地形测绘案例，分析了数字化测绘技术在水下地形测量中的有效应用。

        山东中基地理信息科技有限公司 250014
        摘要：信息化技术的发展推进了我国测绘工作技术体系的优化和创新，尤其是在水下地形测量过程中，应用智能的数字化设备和技术进行作业，能够进一步提升数据的精准性和测绘的安全性.本文首先阐述了数字测绘技术的基础概念，其次借助实际的水下地形测绘案例，分析了数字化测绘技术在水下地形测量中的有效应用。意在通过本文论述，能够凸显数字化测绘技术的价值，并且为水下地形测绘工作的发展提供优化依据。
        关键词：数字化；测绘技术；水下地形测量；应用
        引言
        数字测绘技术属于空间技术的领域，主要为国土资源统计以及工程项目前期规划提供技术支撑，而针对水下的地形测绘来讲，受到水流、沟壑等复杂环境的影响，传统的人工测绘方式会面临较多的危险，同时也会影响测绘的精度，因此在大数据技术繁荣发展的环境下，充分利用大数据研发设备进行智能测绘，不仅能够满足相关作业需求，也能够提升精准性和安全性。
        一、数字化测绘技术的基础原理
        本文所讨论的数字测绘技术是建立在GNSS定位系统基础上，结合计算机技术、软件技术、测探技术等多项智能化技术于一体的新技术[1]，在作业的过程中，结合水底的测绘点进行差分统计，结合数据捕捉、自动绘图、电子手薄等系统整合成最终的水下地貌。在这个过程中主要根据超声发射器的超声波发射和反馈信息来定位不同水温下的数据传输速度，来计算超声波的反馈时间，经过水深、时间、天线位置高程等便能够计算出测绘点的高程。详细的公式如下：
        测量点水深：H=a+vt/2
        式中：a测绘船只的吃水深度；v为不同水温下的超声波传递速度；t为超声波发出到接收反馈的时间；
        测量点高程：z=h0-h-H
        式中：h0为GNSS天线的高程数据；h为天线的高度。
        二、数字化测绘技术在实际水下测绘作业中的应用
        （一）测绘项目概况
        本文选取了引江济淮工程中的测绘作业项目作为案例进行分析，项目区域为江下游段，航道的主要职能为城乡供水、江淮航运，同时也负责区域内的灌溉补水、巢湖改善、淮河水生态环境保护等。本次测绘项目的全长为27.1km，同时为了进一步满足项目的施工设计以及预算需要，在2019年末对项目部分航道进行测绘，以中线两侧各400m范围内为主，测绘的对象为水下的基础地形。
        （二）测绘基础资料
        测图的比例尺按照规范要求选择为1：1000，在水下的地形点定位过程中，误差为0．3m，利用2000中国坐标系，高程误差为0．05m，选用1985国家高程基准。针对水域周边的环境进行研究之后发现，测区的起点以及终点有部分鱼塘、沟壑，有较大面积的浅水区，因此传统的人工测绘方式受阻大，便采用智能无人船进行测绘。
        测区的中段障碍物较少，利用民用船携带南方SDE-280型号的测深仪进行测绘。沿航道的中线上间隔30m布设横断面，全线共900条，结合断面的位置进行水下地形测绘，为了保证采集到的地形数据具有交互性，将采集的间距控制在2m。模拟测绘方案如图1。

        图1：项目的模拟测绘方案
        （三）测绘技术应用
        本项目主要是建立在CORS网的基础上实现水深的动态检测[2]。CORS系统可以根据不同类型、需求、层次的测绘对象提供实时的检测数据调整，利用载波相位以及伪距进行修正，具备实时性和灵活性，且能够满足GNSS的数据精度需求。
        因此本次项目中主要利用CORS技术、GNSS系统来代替基准站，同步检测水位和测绘数据，能够在缩短工作周期的同时，保证数据精准，且节省人力。
        （四）测绘数据处理
        本项目中的被测区域水下地势较为平坦，90%的测区高差在0．4-4m，水深较浅的区域利用单频测深仪进行测绘，该种设备的组成结构为环能器以及水深数字检测和输出装置。在测绘的过程中，首先需要启动导航软件，能够设置并且记录被测点位的水深参数，其次将获取到的数据对接至DGPS以及测深仪的输出接口端，能够将数据传输至计算机系统中；再次，这些数据会指引测绘船只前往指定地点进行测绘作业。同时该系统能够实时的检测船只的偏航情况，并进行修正，保证船只沿着断面航行。为了验证本次测绘数据的精准度，结合当前的测绘断面数据进行统计，并总结归纳为表1。
        表1：测绘数据精准度统计

        由上表可知，利用利用CORS技术、GNSS系统能够将误差控制在合格的范围内，这些数据经过计算机程序提取之后，在自动绘图软件中进行整合，能够快速的得出水下地形结构，减少人为操作失误的几率，从而强化的测绘的精准性。
        结语
        综上所述，传统的水下地形测绘作业利用基准站和GNSS流动站的配合来实现测绘点的定位，但是由于水底的高程精度会受到水位以及水流速的影响，增加了数据之间的误差。为了避免上述误差，本项目中采用了无验潮水深测量的方式，利用利用CORS技术、GNSS系统相结合的技术，建立在水位监测的基础上来弥补检测的误差，不仅能够推动水下地形监测技术的升级，也能够构建完善的测绘基础，提升数字化技术的应用价值。
        参考文献：
        [1]万飞.数字化测绘技术在水下地形测量中的应用研究[J].科技风，2020（16）：140+143.
        [2]蔡文兰. 无人船水下测量技术的应用研究[D].南昌工程学院，2019.
        [3]韩扬. GNSS结合多波束技术在乐山大佛水域勘查中应用研究[D].吉林大学，2017.
        [4]顾飞艇，王灵锋.数字化测绘技术在水下地形测量中的应用[J].黑龙江科技信息，2016（17）：76-77.
        [5]陈然. 数字化水下地形测量技术应用研究[D].昆明理工大学，2009.
        [6]蒲焕尧．浅析水下地形测量中数字化测绘技术应用［J］．建材与装饰，2019（17）：121-122．
        [7]李颖．数字化成图在水下地形测量中的应用［J］．科技资讯，2017（24）：222-223．