河流断面自动绘制仪
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【摘要】本河流断面绘制仪通过架设横断两岸的绳索，为测量小车提供轨道；测量车上安装有回声测深设备，当小车沿着绳索横跨河流时，不断发出声音信号，并回收经过河床反射的声音信号，计算出声音传播时间，经换算测出水深，测量出一系列水深。这样，当小车通过河流后，就能将水深的数据收集完。并将数据传回接收装置，通过软件处理数据，并自动绘制出河流断面，方便快捷。
【关键词】回声测深 河流断面 自动绘图
前言
传统水下地形测量方法主要利用仪器定位船的位置，再由船上测深仪测定水深，由此求得水下地形点三维坐标，整理得到水下地形图。如：在已知点上设置测距测角仪器，测定目标船之方位及测站至船的水平距离，确定船的平面位置；将测深杆、测深绳或测深仪安置于船头，一工作人员在船头司尺，并且将测得的水深数据通过对讲机传给岸上施测的工作人员；观测员求出测得的静水位高程与水深之差，即为该地形点的高程，再绘出等深线得到水下地形图。常见的测距测角仪有全站仪、平板仪、激光测距仪、经纬仪。 “激光测距仪+经纬仪+测深仪”法。在常规测量中，该方法比较常见。由于测距精度比较低，加上测距与测角、测深的同时性难以保证，致使水下地形测量精度较差。
一、基本组成及原理
在河流上架设横跨两岸的绳索，并固定，保证有一定的强度，能够承受小车等仪器的重量。
超声波测水深 的原理，回声测深仪通常是指单波束回声测深仪，是常规测深设备。回声测深仪施测。回声测深仪的换能器安置在船舷或固定在船底。测量船在沿计划测线（航线）行进中不间断地向海底发射并接收超声波脉冲，取得测量船测线方向换能器下方海底地形剖面的水深观测数据。水深点的密度由测线间隔和在测深线上的采样间隔确定。测线上采样间隔可以根据需要确定，一般是按相应测图比例尺图上每隔6mm取一个水深点。因此，测深密度主要由测线间隔确定。
小车一侧有轮子，轮子上的槽有足够的深度，保证小车在绳子上行走时不会掉下来。在小车上装有超声波水深仪，水深仪能发出声波并接收反射的声波。若：在距离岸边参考点x处，小车速度为，时刻 发出声波与接到声波的间隔时间为，声波速度为，小车离水面的高度为h，则水深计算公式为：
小车从河流一侧到另一侧能够测量出一系列的水深，从而获得一系列（x，H）点，得出各个位置的水深。
二、自动绘图的原理
我们对测得的数据进行整理，利用excel和cad相结合的方法，利用所测得的数据，用cad自动绘出河流的断面。在excel中运用vba语句写入单元格中，并在cad中自动绘图。基本思路是在电子表格中作相应的处理，使其自动计算，且能使cad中的程序自动读出数据并进行判断和处理。本方法的优点是：数据处理速度快，节省了大量的时间；电脑绘图比人工绘图更加精确、整洁、易于识别。
三、误差分析
由本方法测量的水深有一定的误差，来源主要有以下几种：（1）回声测深仪测深精度。回声测深仪深度测量的精度主要取决于记录器的计时精度、换能器波束角的大小、声波脉冲带宽、换能器姿态的稳定性和平面位置的定位精度，一般为测量水深的0？5%～1%（不含平面位置定位误差的影响）。另外，在相同波束角的条件下，海底地形起伏大小和陡峭程度不同，精度也不同。为了保证测深精度，一般应根据测区实际情况选择适当的波束角，地形复杂选择极窄波束角，地形平坦可选相对较宽的波束角。（2）绳索下垂导致的误差，绳索由于自重下垂，由于小车自重下拉绳索导致的绳索的下垂。都会导致h的数值偏大，导致测得的水深偏小。这都会对测量结果带来不利的影响。（3）风速对结果的影响，在测量时，风吹动测量小车，导致仪器左右摇摆使结果测量不准确。因此，在测量时应该考虑风对结果的影响，在无风或微风时测量。（4）水下水生植物影响，由于水生植物会反射声波，导致水深的测量结果偏小。因此，选择断面时尽量选择水生植物较少的地段。
四、结论
随着计算机技术、空间技术和通讯技术的飞速发展， 河流断面测量装备正在朝着系统功能更加集成化， 系统外观更加小型化和轻便型方向发展。例如现在已出现有计算机功能的测深仪， 可接入定位数据和姿态数据， 具备测深、测扫、浅层剖面测量功能的集成系统开始应用； 测量精度也将进一步提高。随着测量理论研究和测量手段的变化， 测量精度将明显提高。具有面状测量功能的多波束测量系统将被广泛应用， 各种水声校准设备的使用也将提高声纳设备的测量精度。数据采集和处理软件将得到进一步的发展， 功能将满足不同用户的特殊要求。研究侧扫声纳图像立体测量，侧扫声纳图像能直观地显示海底地貌形态和底质，但单张图像因变形不可获得海底地形三维信息，也很难纠正成可用于精确量测的二维图像。声纳立体图像测图可以测量海底目标的平面坐标和水深。因此，研究高分辨率合成孔径侧扫声纳立体成像，以及海底立体测图和正射影像制作，对于海洋测深和扫海是很有意义的。
参考文献：
[1]刘树东，田俊峰.水下地形测量技术发展评述[M].水运工程，2008，（1）.