工程測(cè)量學(xué).第三章

第三章水下地形測(cè)繪§1.水下地形圖的用途§2.精度要求和技術(shù)設(shè)計(jì)§3.水下地形圖測(cè)量的定位方法§4.水深測(cè)量及水位觀測(cè)§5.水下地形圖測(cè)繪§2.精度要求和技術(shù)設(shè)計(jì)一、精度要求水深測(cè)量的精度主要由測(cè)點(diǎn)的測(cè)深精度和定位精度決定，其精度必須滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或特定測(cè)量項(xiàng)目的精度要求。二、技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)首先要確定測(cè)區(qū)范圍，劃分幅圖和確定測(cè)量比例尺，標(biāo)定免測(cè)范圍或確定不同比例尺圖幅之間的具體分界線，明確實(shí)施測(cè)量工作中的重要技術(shù)保證措施，編寫項(xiàng)目設(shè)計(jì)書和繪制有關(guān)附圖。（一）實(shí)地勘察（二）制定技術(shù)設(shè)計(jì)書（三）測(cè)線布設(shè)（一）實(shí)地勘察實(shí)地勘察主要是了解測(cè)區(qū)的社會(huì)情況、自然地理以及生活條件、測(cè)量船?？康拇a頭的情況，測(cè)區(qū)已知控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)位置、標(biāo)志類型及保存情況是否完好，所設(shè)水位觀測(cè)站站位和設(shè)站條件，是修正充實(shí)初步技術(shù)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。（二）制定技術(shù)設(shè)計(jì)書通過實(shí)地勘察，對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，制定技術(shù)設(shè)計(jì)書。技術(shù)設(shè)計(jì)書由技術(shù)說明書，控制測(cè)量、水深測(cè)量和海岸線地形測(cè)量設(shè)計(jì)圖及有關(guān)附圖和附表組成。（三）測(cè)線布設(shè)測(cè)線布設(shè)是水下地形測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，測(cè)設(shè)布設(shè)主要考慮測(cè)線間距和測(cè)線方向。測(cè)線間距是水下地形測(cè)量要求的一項(xiàng)重要指標(biāo)，測(cè)深線的間隔應(yīng)顧及測(cè)區(qū)的重要性、水底地貌特征和水深等因素。測(cè)線布設(shè)的方向?qū)Σ捎脝尾ㄊ鴾y(cè)深儀或多波束測(cè)深儀是不同的。原則上，采用單波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)線應(yīng)垂直等深線方向布設(shè)；采用多波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)線應(yīng)大致平行于等深線方向布設(shè)。為了檢查測(cè)深與定位是否存在系統(tǒng)誤差或粗差，并以此衡量測(cè)深測(cè)量成果總的精度，需要布設(shè)檢查線。檢查線的方向應(yīng)盡可能與主測(cè)線垂直，分布均勻，要要求布設(shè)在較平坦處，能普遍檢查主測(cè)深線。1.全站儀定位傳統(tǒng)的光學(xué)儀器定位，以行駛的測(cè)船上與測(cè)深點(diǎn)在同一鉛垂線的標(biāo)志為觀測(cè)目標(biāo)，由岸上的兩臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)照準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)施前方交會(huì)法定位，并且做到與水深測(cè)量工作同步。近年來，隨著電子經(jīng)緯儀的普遍使用，用傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀前方交會(huì)法定位已很少采用。新的方法是直接利用全站儀，按方位—距離的極坐標(biāo)法進(jìn)行定位。觀測(cè)值通過無線通信可以立即傳輸?shù)綔y(cè)船上的便攜機(jī)中，立即計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，與對(duì)應(yīng)點(diǎn)的測(cè)深數(shù)據(jù)合并在一起；也可儲(chǔ)存在岸上測(cè)站與全站儀在線連接的電子手薄中或全站儀的內(nèi)存中。到內(nèi)業(yè)時(shí)由數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)軟件，可自動(dòng)生成水下地形圖。2.GPS差分定位GPS定位技術(shù)的應(yīng)用，可以快速地測(cè)定測(cè)深儀的位置。測(cè)量時(shí)將GPS接收機(jī)與測(cè)深儀組合，前者進(jìn)行定位測(cè)量，后者同時(shí)進(jìn)行水深測(cè)量。利用電子手薄記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，并配備一系列軟件和繪圖儀硬件，便可組成水下地形測(cè)量自動(dòng)化系統(tǒng)?！?.水深測(cè)量及水位觀測(cè)水深測(cè)量是水下地形測(cè)量最主要的內(nèi)容。根據(jù)使用的測(cè)量工具，測(cè)深方法主要有人工測(cè)量、測(cè)深聲納測(cè)量以及近年來發(fā)展起來的機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)?；芈暅y(cè)深儀由換能器和控制儀兩大部分組成。在控制儀指揮下發(fā)射換能器按預(yù)定的時(shí)間間隔發(fā)生短促的電脈沖，并轉(zhuǎn)換成超聲波向水下發(fā)射。該聲波自水底反射后向上，其中一部分反射波被接收換能器接收，并轉(zhuǎn)換為電脈沖，經(jīng)放大后輸入控制儀。發(fā)射脈沖和接收脈沖之時(shí)間間隔即△t，從而就可以求出水深了。3.多波束測(cè)深儀回聲測(cè)深儀只能沿測(cè)線測(cè)量水深值，而多波束測(cè)深儀是一種能夠一次給出與航向垂直的剖面內(nèi)幾十個(gè)甚至上百個(gè)水下測(cè)點(diǎn)水深值的測(cè)量?jī)x器。多波束測(cè)深儀的特點(diǎn)：（1）全覆蓋無遺漏測(cè)量

（2）高分辨率測(cè)量

（3）高精度和高效率測(cè)量

（4）多用途、多信息測(cè)量4.水位的觀測(cè)水位測(cè)量需將陸地上平面位置與高程聯(lián)系起來才具有水下地形測(cè)繪的實(shí)用價(jià)值。測(cè)深的平面定位可借助陸地測(cè)量技術(shù)，如方向交會(huì)、距離交會(huì)、極坐標(biāo)法和GPS法。測(cè)深與高程系統(tǒng)的聯(lián)系，一般通過水位觀測(cè)實(shí)現(xiàn)。水位指水面相對(duì)于某一高程基準(zhǔn)面的高程，水準(zhǔn)觀測(cè)為確定水位的測(cè)量。最簡(jiǎn)單的水位觀測(cè)站為立在岸邊水中的標(biāo)尺，標(biāo)尺零點(diǎn)高程H0通過與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)求得，標(biāo)尺零點(diǎn)高程加上標(biāo)尺讀數(shù)即得水位。水深測(cè)量期間，按一定時(shí)間間隔對(duì)標(biāo)尺進(jìn)行讀數(shù)，并繪制水位—時(shí)間曲線，由此曲線即可得到測(cè)深時(shí)水面的瞬間高程，從而根據(jù)水深就可得到水底的高程。5.深度基準(zhǔn)面的概念水下地面點(diǎn)豎向位置的描述可使用與陸地同樣的高程系統(tǒng)，由此得到水下地形圖。但有時(shí)需用水深描述水下地面點(diǎn)豎向位置，則得到用等深線表示的水深圖或海圖。水深計(jì)算的起算面稱為深度基準(zhǔn)面。我國(guó)在海洋、港灣和河口以往主要采用略最低低潮面，從1956年開始采用理論深度基準(zhǔn)面；在內(nèi)河及湖泊采用最低水位、平均低水位或設(shè)計(jì)水位等作為深度基準(zhǔn)面。6.誤差來源與質(zhì)量控制測(cè)深誤差可以分為3類：粗差、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。這里的粗差是指由于測(cè)深儀的機(jī)械或電子部件損壞引起的誤差。系統(tǒng)誤差主要是由于測(cè)深儀換能器和測(cè)量船的姿態(tài)傳感器的安裝偏移產(chǎn)生的誤差。這些誤差主要通過系統(tǒng)的校準(zhǔn)來檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)的誤差大小和符號(hào)加以補(bǔ)償改正。而隨機(jī)誤差則是采用統(tǒng)計(jì)方法來分析。1）地形傾斜引起的誤差2）聲波引起的誤差3）時(shí)間測(cè)量引起的誤差4）測(cè)量船的姿態(tài)測(cè)量引起的誤差5）換能器相對(duì)位置變化產(chǎn)生的深度誤差6）對(duì)測(cè)深記錄的判讀和分辨誤差7）深度歸化誤差§5.水下地形圖測(cè)繪1.測(cè)深斷面線和斷面點(diǎn)的設(shè)計(jì)與布設(shè)在水下地形測(cè)量之前，為了保證水下地形測(cè)量的成圖質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)水面的寬度、水流緩急等情況，在實(shí)地布設(shè)一定數(shù)量的斷面線和測(cè)深點(diǎn)。測(cè)深斷面線的方向一般與河流主流或岸線垂直。測(cè)深斷面線一般規(guī)定在圖上每隔1～2cm布設(shè)一條，測(cè)深點(diǎn)的間距一般在圖上為0.6～0.8cm。2.水下地形測(cè)量方法斷面的方向可用儀器或目估確定，在所確定的斷面線上設(shè)立兩個(gè)標(biāo)志，以便測(cè)船瞄準(zhǔn)定向。在實(shí)測(cè)前進(jìn)行試測(cè)，以便測(cè)定船在點(diǎn)間運(yùn)行時(shí)間和岸上與測(cè)船之間的協(xié)調(diào)指揮。一般的水域測(cè)量多采用前方交會(huì)法或極坐標(biāo)法。外業(yè)工作結(jié)束后，即開始內(nèi)業(yè)工作，其主要內(nèi)容有：（1）將外業(yè)測(cè)角和測(cè)深數(shù)據(jù)匯總并逐點(diǎn)核對(duì)。（2）由水位觀測(cè)結(jié)果和水深計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程。（3）展繪各測(cè)點(diǎn)位置，注記相應(yīng)高程。（4）在圖上勾繪等高線或等深線表示出水下地形的起伏。3.河流橫斷面測(cè)量為了掌握河道的變化規(guī)律以及滿足水利工程設(shè)計(jì)的需要，需要在有代表性的河段上布設(shè)一定數(shù)量的橫斷面，定期在橫斷面上進(jìn)行水深測(cè)量并繪制成橫斷面圖供工程人員參考。其測(cè)量方法與測(cè)量水下地形圖類似，只是繪制成斷面圖，水平軸為水平距離，豎軸代表高程，并注明垂直和水平比例尺。4.河流縱斷面圖編制河床的最深點(diǎn)稱深泓點(diǎn)。沿河道深泓點(diǎn)剖開的斷面稱河流縱斷面。用橫坐標(biāo)表示河長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示高程，將這些深泓點(diǎn)連接起來，就是河流斷面。河流縱斷面