第7章 水深测量及水下地形测量

Development and Innovation | 发展与创新 |·229·2020年第23期水下地形测量技术分析刘士付（山东正元航空遥感技术有限公司，山东 济南 250101）摘 要：无论是海洋还是内陆河湖的航道港口建设、水利工程、水域管理等，都需要进行水下地形的测量，由于水底的不可见性、不易直接接触的特性，水下测量与陆地地形测量的方法有很大的不同。

对此，文章结合生产实际，探讨了常见的水下地形测量方法，为开展相关的水下测量项目提供有益的参考。

关键词：水下地形图；测量技术；定位方法中图分类号：TV221.1；P217 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）23-0229-02作者简介：刘士付，男，本科，工程师，研究方向为测绘工程技术。

地球大部分区域被海洋覆盖，海洋开发前景广阔，比如越来越多的海洋工程建设和航运的需要，以及内陆河流、湖泊、水库等的开发利用及治理管护，对于水下地形的探测需求将会更多。

随着卫星导航定位、声学探测、数据通信、计算机数据处理与可视化、图像学和图形学以及现代测量数据处理理论和方法等相关领域的发展，水下地形地貌信息获取技术正在向高精度、高分辨率、自主集成、综合化和标准化方向发展。

文章结合生产实际，对几种常见的水下地形测量方法进行探讨。

1 水下地形测量基本原理无论是海洋还是内陆河湖的水下地形，相对于陆地地形地貌都是偏简单的，基本没有什么建筑物和植被，因此水下地形的测绘主要工作就是定位和水下高程的测绘，个别要求探测水底土质或淤泥厚度。

由于有水体的阻隔，水下测量要素虽然不多，但是测绘难度不小。

在定位方面，基本上多数是通过GNSS 卫星进行定位，部分通过传统的光学测量定位实现。

测绘水下高程时，由于水面高程是易于测量的，多数通过测量水深实现水下高程的解算。

2 水下地形测量定位方法2.1 传统光学定位方法在短距离内或者GNSS 卫星信号不好的区域，可以采用传统光学定位方法进行测量，主要仪器有测距仪、经纬仪、全站仪等，定位方法有前方交会法、后方交会法、极距法。

导航工程中的水下测量与海底地形分析导航工程是指利用各种技术手段，确定船舶、飞机、车辆等物体的位置、姿态以及移动轨迹，以便实现精确导航和定位的工程。

水下测量与海底地形分析是导航工程中的重要内容，通过对水下环境进行测量和分析，可以提供海底地形数据，为导航系统提供准确的信息。

本文将探讨水下测量技术和海底地形分析的应用。

一、水下测量技术1.声纳测深技术声纳测深技术是一种利用声波在水中传播的时间差和频率变化来测量水深的方法。

它通过发射声波脉冲至水下，然后接收回波并计算声波从发射到接收所经历的时间差来确定水深。

声纳测深技术具有测量范围广、测量速度快、精度较高等优点，被广泛应用于水下测量。

2.多波束测量技术多波束测量技术是指利用多个声纳传感器同时发射声波，从而形成多个接收声纳接收回波的情况。

通过接收多个回波，可以得到更多的信息，提高测量精度。

多波束测量技术能够快速获取水下地形数据，并在不同方向上提高测量覆盖范围，提供准确的水下地形信息。

3.激光扫描技术激光扫描技术采用激光束来扫描水下物体，通过测量激光束的反射时间和强度来获取水下地形数据。

激光扫描技术具有高精度、高分辨率的特点，可以获取具有细节的水下地形数据。

激光扫描技术适用于复杂水下环境的测量，能够提供准确的水下地形信息。

二、海底地形分析1.地形数据处理海底地形数据的处理是将测量得到的原始数据进行加工处理，获取可视化的地形图或地形模型。

处理方法包括数据滤波、插值、拟合等。

数据滤波能够去除噪声和异常值，保留有效的地形信息。

插值方法可以根据有限的数据点生成连续的地形曲面。

拟合方法可以通过拟合曲线或曲面来描述地形形态。

地形数据处理能够将原始数据转化为可视化的地形，为后续分析提供准确的数据基础。

2.地形特征分析海底地形特征分析是对地形数据进行分析，提取地形的特征信息。

常见的地形特征包括海山、河流、裂缝、盆地等。

通过对地形特征的分析，可以了解海底地壳的构造和演化过程，为海洋地质和海洋生态等领域的研究提供依据。

XXXX铁路XX水库、XX水库水下地形测量技术设计测绘有限公司二○一五年十月目录1.概述 (1)1.1作业的任务和目的 (1)1.1.1.作业任务 (1)1.1.2.作业目的 (1)1.2.项目执行要求 (1)1.2.1.任务安排 (1)1.2.2.工作量 (2)1.3.主要技术参数 (2)1.3.1.平面、高程系统及基准 (2)2.技术设计执行情况 (2)2.1.作业依据 (3)2.2.平面及高程控制测量 (3)2.3.水下地形测量 (3)2.3.1.测线布设 (3)2.4.地形图编绘 (7)2.4.1.编绘内容 (7)3.提交的成果及资料 (8)1.概述1.1作业的任务和目的1.1.1.作业任务(1)根据计划的测线进行外业数据采集，得到水深观测数据。

(2)对外业采集的观测数据进行数据处理、转换及编绘1：500水下地形图。

1.1.2.作业目的严格按照规范要求进行外业调查和内业资料整理，保证使用设备100%检验合格，工作正常，采集资料100%可信可靠，野外资料记录完整，真实客观解释外业资料，报告详实，图件完整清晰。

1.2.项目执行要求1.2.1.任务安排根据工期与工作量并结合测区实际情况，我队以工程质量优秀为测绘目标，加强项目管理职能，提高测绘效率；增加技术力量投入，保证工程进度，确保工程工期。

1.2.1.1.测前准备明确任务后，马上开始组织确定项目机构，进行人员配置；收集有关资料，对特殊区域进行现场踏勘；检验调配仪器设备。

组织人员、设备、船只等准备进现场正式开展外业测量工作。

投入的主要设备一览表表11.2.1.2.外业实施组织各种设备及人员到达现场展开外业实施。

完成平面与高程的控制以后，进行水下地形测量，并进行全程过程检查。

1.2.1.3.内业数据处理各模块完成外业检查工作以后，立即开始内业数据处理。

编制专题图、编写技术文档。

1.2.2.工作量表21.3.主要技术参数1.3.1.平面、高程系统及基准坐标系统：国家CGCS2000椭球，成图比例：1:500；高程基准：1985国家高程基准，等高距为1米。

浅谈水下地形测量技术摘要:本文浅谈作者对三亚东、西河及进港航道进行疏浚整治而进行测量的过程的情况。

关键词:GPS 地形测量测量技术1 工程概况为了对三亚东、西河及进港航道进行疏浚整治及对该河段进行可行性研究,且为初步设计和施工设计提供可靠依据。

测图比例尺为1∶1000,测量范围:东至东河盐田,西到三亚港务局及港航道,南至鱼港路,北至东西河大桥以北150m,采用当地理论深度基准面等。

本测区的范围内,既有交通要道三亚东西大桥,桥上车流量比较大,在东西河两侧,高低不等的大小房子互相交错,河中及码头停泊着密密麻麻的渔船。

这给地形测量、水深测量及平面控制带来了很大的困难。

2 平面控制由于本次测量范围内,既有公路、洼地、山岭,港口码头等复杂的地形地貌,给测量的控制点的选点上带来很大的麻烦。

根据测量规范,应选在便于观测和进设标石的位置。

因此,本次的控制点一般选在宽大的河堤上或在较高的房子上,或者宽大的人行道边上,既便于架设仪器又便于凿设标志和号点。

本次的平面控制属于54坐标系,平面控制的起点为三亚市测绘院提供的HD1和HD2的两个控制点。

水平角观测按I级精度进行,把一台GPS接收机放在位置已精确测定的点上,组成基准台。

基准台接收机通过接收GPS卫星信号,测得并计算出到卫星的伪距,将伪距和已知的精确距离相比较,求得该点在GPS系统中的伪距测量误差,再将这些误差作为修正值以标准数据格式通过播发台向周围空间播发。

附近的DGPS用户接收到来自基准台的误差修正信息,以此来修正自身的GPS测量值,从而大大提高其定位精度。

(1)仪器设备:使用南方9600型单频GPS接收机4台。

(2)测量方法:GPS点观测采用静态观测模式,数据采样间隔位10s卫星截至高度角为15°,有效卫星个数不少于4颗,观测时段长度为一个小时。

(3)数据处理:GPS基线后处理和网平差软件采用南方GPS静态处理软件。

GPS点测量时采用世界大地坐标系WGS-84,并在1954年北京坐标系参考椭球体上采用高斯正形投影转换为1954年北京坐标,本次1954年北京坐标的中央子午线为108°。

水深测量（简称测深）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：人工测量测深声呐测量此外，机载激光雷达测深仪（Airborne Lidar Bathymeter）从20世纪60年代末期开始用于水质透明度好的水域，测深深度可达60米，目前，该项技术并未得到广泛使用。

本节将重点介绍：人工测深单波束声呐多波束声呐测量一、人工测深在水下地形测量中，最早的测深工具是测深杆和测深锤。

尽管现在的测深设备主要是测深声呐，但在在水草密集的区域，或者极浅滩涂等声呐设备无法工作的地方，这些原始的测深工具仍然在发挥作用。

一、人工测深测深锤重约3.5kg，水深与流速较大时可用5kg以上的重锤。

在测深锤的绳索上每10cm作一标志，以便读数。

由于测深锤只适用于水深较小、流速不大的浅水区，测深时应使测深锤的绳索处于垂直位臵，再读取水面与绳索相交的数值，其测深精度与操作人员的熟练程度有很大关系，且工作效率低。

一、人工测深一、人工测深测深杆适用于水深5m以内且流速不大的水区。

同样，在测深杆上每10cm作一标志，以便读数。

现在虽然很少用测深杆进行水深测量，但在浅滩测量时，当回声测深仪难以反映小于1m的水深时，用测深杆进行水深测量更加有效。

二、单波束测深仪测量在19世纪20年代，人类就能够测量声音在水中的传播速度，直到一个世纪后才研制出了第一台回声测深仪，逐渐结束了人类用测深锤和测深杆测量水深的历史。

目前，回声测深仪（也称测深声呐）用途最广，是国内外进行水深测量的最基本的仪器。

1914年，美国设计制造第一台回声测深仪；约1940年，周同庆(1907-1989，物理学家、教育家)研制出我国第一台自动回声测深仪。

随着电子工业的发展与集成电路技术的应用，测深技术不断得到改进，测深仪从模拟信号处理发展到数字信号处理，极大地提高了水深测量的精度和效率。

二、单波束测深仪测量（一）测深原理测深仪的型号虽多，但其测深的基本原理都是利用声波在同一介质中均匀传播的特性。

RTK水下地形测量简要操作指南一.内业准备a.预装的软件有Trimble configuration Toolbox清华山维成图软件EPS坐标转换软件Coodr3.1Excel电子表格b.设置NMEA GGA输出格式1. 连接计算机串口com1与接收机串口com22. 启动configuration Toolbox 软件3. Communications/Get File激活current4. Contents列表框中选“File”,并选中As auto power up file5. Adailable列表框中激活“Output”,并设置输出串口(5700主机)、频率、类型:Message type: NMEASerial port: Port 2Frequency: 1HZMessage subtype: GGA6. Contents列表框中选“Serial-Port 2”,并设置5700输出串口与计算机传输的波特率:Receiver serial port: port 2Baud rate: 9600Parity: NoneFlow control: None7. 所有设置完毕,单击Transmit将设置好的文件传输到5700主机中8. Communications/Activate File激活我们刚才传输到5700主机中的文件power_up9. 屏幕弹出信息表示成功10. Windows菜单“开始\程序\附件\通讯”中运行“超级终端”11. 任意给定一个名称,确定后弹出的“连接到”对话框中,将“连接时使用”设置为与5700通讯时计算机串口号(一般为com 1),点击确定,弹出属性框,设置如下:波特率:9600数据位:8奇偶校验: 无停止位: 1数据流控制:硬件应用后可在窗口中看见5700主机发送出的GGA信息。

c.同样在超级终端中可检测来自测深仪的信息。

d.测深仪操作1. 新建工程2. 投影设置坐标系统:北京-54坐标系投影方式:高斯投影3°带(如为任意中央子午线则选自定义投影) 图定义:如为标准分带,则Y坐标附带号。

测绘技术中的水下地形测量与水下地图制作随着现代科技的不断进步，人类对于地理信息的需求也变得越来越强烈。

测绘作为一项重要的技术手段，旨在获取地球表面的准确、全面的地理信息。

而水下地形测量及水下地图制作则是测绘技术领域中的一项重要内容，在海洋探测、海底资源开发、海上安全等领域发挥着重要作用。

水下地形测量是指通过测量手段来获取水下地形的高程、形状等信息的过程。

在过去，由于技术手段的限制，人们对于水下地形的了解相对较少。

然而，随着水下科学技术的发展，现代测绘技术实现了对水下地形的高精度测绘。

其中一项重要的技术就是声纳测深。

声纳测深是利用声波在水中传播的特性，通过发射声波信号并接收反射信号来测量水下地形的技术。

声纳测深仪通过测量声波信号的传播时间和反射强度来确定目标物体的距离和深度。

同时，还可以通过测量多个点的位置来绘制水下地形图。

除了声纳测深，水下激光雷达（SLR）也是近年来被广泛应用的测量技术之一。

水下激光雷达是利用激光束在水下的传播特性来获取水下地形信息的一种技术。

通过发射激光束，并接收反射激光束的信息，可以精确测量水下地形的形状和高程。

水下激光雷达具有测量速度快、精度高等优点，被广泛应用于海底地貌测绘、水下遗迹勘探等领域。

水下地图制作是根据水下地形测量所获得的数据，通过一系列的处理和分析，将水下地形信息以可视化的方式呈现出来的过程。

水下地图具有高精度、多层次、立体化等特点，可以帮助人们更好地理解和利用水下地形信息。

然而，水下地图制作过程中面临着数据量大、处理复杂等挑战。

在水下地图制作中，GIS（地理信息系统）起着重要的作用。

GIS可以将不同源的地理数据进行整合、分析与展示，从而实现对水下地形的多角度表达。

利用GIS技术，可以将测量得到的水下地形数据与卫星遥感影像、航海图、物质分布等数据进行叠加，从而建立起一幅立体化、多层次的水下地图。

此外，虚拟现实（VR）技术也为水下地图制作提供了新的视角。

利用VR技术，人们可以在虚拟环境中，身临其境地探索水下地形。

海洋测绘中的水下地形测绘方法在当今科技飞速发展的时代，海洋测绘成为了人类认识和探索海洋的重要手段之一。

而水下地形测绘，则是海洋测绘的重要组成部分。

本文将介绍几种常见的水下地形测绘方法。

首先，我们介绍的是声纳测量法。

声纳测量法是一种利用声波在海洋中传播的原理来获取水下地形信息的方法。

声纳测量法的原理是利用声波在水中传播的速度和反射原理，通过测量声波的往返时间，来确定水下地形的深度。

声纳测量法快速、精度较高，被广泛应用于海洋地理测绘和海底资源勘探等领域。

其次，我们介绍的是激光测深仪法。

激光测深仪法是一种利用激光束穿过水体，通过测量激光束的反射时间来确定水下地形的方法。

激光测深仪法具有测量速度快、精度高的特点，尤其适用于测量浅水区域的水下地形。

第三种方法是多波束测量法。

多波束测量法是一种通过同时发送多个声波束来获取水下地形信息的方法。

这种方法可以在短时间内获得大量的水下地形数据，提高测量效率。

多波束测量法可以通过分析不同波束之间的差异，进一步提高水下地形的精度。

除了上述方法，还有一种被广泛应用的方法是卫星测量法。

卫星测量法是一种通过使用卫星携带的测量设备，利用卫星和地球之间的测量与观测数据，来获取水下地形的方法。

卫星测量法具有覆盖范围广、数据全面的特点，被广泛应用于海洋测绘和海洋科学研究等领域。

综上所述，海洋测绘中的水下地形测绘方法多种多样，每种方法都有其特点和适用场景。

声纳测量法快速、精度高；激光测深仪法适用于浅水区域；多波束测量法提高测量效率和精度；卫星测量法具有广覆盖和全面性。

未来随着科技的不断进步，水下地形测绘方法也将不断创新和发展，为人类更好地认识和探索海洋提供更多可能。

希望本文的介绍能够为读者对海洋测绘中的水下地形测绘方法有一定的了解和认识。

地形测量方法及要求地形测量是指对地球表面的地理特征进行测量和描述的过程。

其目的是为了获取准确的地形数据和地形特征，以便在工程建设、地质勘探、地图制作等领域中使用。

地形测量主要包括地面测量和水下测量两种方式。

一、地面测量方法：1.经纬度测量法：通过测量其中一点相对于地球的经度和纬度，来确定该点的地理位置。

2.水准测量法：通过测量等高线和水平面之间的垂直距离，来确定地面高程。

3.三角测量法：通过测量已知长度的三角形的边长和角度，推算出未知三角形的边长和角度，从而确定地形特征。

4.激光测量法：利用激光遥感技术，通过测量激光束到地面和反射回激光仪的时间差，来确定地面的高程和地形特征。

5.数字高程模型（DEM）：利用卫星遥感和雷达技术，通过获取地球表面的高程数据，生成数字化的地形模型。

6.卫星测量法：利用航空卫星或其他卫星进行测量，获取地球表面的地形数据。

二、水下测量方法：1.声速深度测量法：通过测量声波在水中传播的速度和反射回声的时间差，来确定水下地形和水深。

2.浮标轨迹测量法：利用航行器沿着水下轨迹进行测量，通过记录测量器在水下的位置，来确定水下地形。

3.地震测量法：利用地震波在水中传播的速度和反射回声的时间差，来推测水下地形和水深。

4.摄影测量法：通过水下摄影机或水下无人机对水下地形进行拍摄，然后根据拍摄的照片进行测量和分析。

地形测量的要求：1.准确性：地形测量需要保证数据的准确性和可靠性，以确保后续的工程设计和规划能够有效进行。

2.全面性：地形测量应尽可能覆盖地区的各个方面和特征，以获取全面的地理信息。

3.时效性：地形测量需要及时进行，以满足工程和规划的需求。

4.精细化：地形测量需要尽可能获取详细的地形数据，以满足不同领域的需求。

5.标准化：地形测量需要遵循一定的测量标准和规范，以确保数据的可比性和一致性。

6.合理经济：地形测量需要合理控制成本，并根据实际需求确定测量的范围和精度。

总结起来，地形测量是通过不同的测量方法来获取地球表面地形数据的过程。