关于水深测量精度的影响因素探讨

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【摘要】在水深测量过程中除了人的主观因素以外，还有诸多客观因素主要有：波浪、环境、设备以及测量方法等因素影响水深测量的精度。本文分别就水深测量精度的影响因素进行探讨分析，旨在提高水深的测量精度。

【关键词】水深测量精度；波浪；环境；设备；测量方法

水深测量是以获取水下地形数据为目的的海洋测绘技术，目前主要手段是以船舶为载体，在以DGPS进行定位数据采集同时，以声纳原理进行水深数据的获取。水深测量精度误差的影响主要体现为人的主观因素以及波浪、环境、设备以及测量方法的因素。以下就水深测量精度的影响因素进行探讨，以供参考。

一、波浪对水深测量精度的影响

波浪对测深的影响主要是指在测量过程中，造成测量船舶发生横摇、纵摇以及竖直升沉等姿态改变，使水深测量换能器不能保持竖直状态与竖向位置的相对固定，继而影响测深平面定位与测深的准确度。基于波浪本身的特性，对测量数据中波浪的影响进行消除是件不易的事，为减少波浪效应，规范规定：“测深应在风浪较小的情况下进行。当沿海波高超过0.6m，内河波高超过0.4m时，应停止作业。”从测量的水深值上来看，原本平整的水底也会变成波浪形的水底。因此波浪对水深测量的影响应注意以下问题：（1）严格按规范的要求控制好波浪的影响，当波高超限时要停止作业，即使波高不超限，但有波浪影响时，选用的测船不能太小和太轻，具体的判断标准就是测船在测量过程中要平稳。（2）当有波浪影响的情况下受客观条件影响确需测量时，建议加装姿态仪，姿态仪能测出测船的姿态值，从而对水深值进行改正；在有条件的水域也可以用相对大吨位的船进行测量，从而保持平稳。

横摇、纵摇以及竖直升沉对水深测量精度的影响：（1）测量船舶横摇对测深工作的影响主要有：第一、是引起换能器的上浮，第二、是引起换能器发射波束偏离竖直方向。基于换能器的工作原理，在发射与接收声波信号时，具有一定的波束开角，不同品牌设备波束开角宽度略有不同。测量时，换能器采集波束内的最短距离作为水深值。因此当横摇发生时，换能器的波束开角能够进行自动补偿，当横倾角度小于波束开角时，能完全消除波束偏离竖直方向所带来的误差，当横倾角度大于波束开角时，不能完全消除波束偏离竖直方向所带来的误差，但可以补偿一个波束开角宽度。（2）纵摇与横摇类似，同样对测深工作造成上述两类影响。（3）水深测量时，换能器是固定在测量船舶上的，两者的相对关系是固定不变的，船舶随着波浪的起伏而升沉，所测水深数据也随之发生相同变化，与船舶尺寸、水深值等任何参数无关，浪高引发的船舶升沉量是其唯一因素。

二、环境对水深测量精度的影响

环境主要包括：水温和水质。根据水深测量的原理，水深=声速×时间，决定水深值的两个参数就是声波在水中的传播速度和声波在水中的传播时间的长度，由于声波在水中的传播时间的长度是由仪器的精度来决定的，而且目前测量时间的精度都比较高，因此其对水深值的影响比较有限，受影响最大的是声波在水中的传播速度，而影响到声波在水中的传播速度的主要因素就是水温和水质。科学研究表明，声波能够在所有物质（除真空外）中传播，其传播速度由传声介质的某些物理性质，主要是力学性质所决定。例如，声速与介质的密度和弹性性质有关，因此也随介质的温度、压强等状态参量而改变。液体中声速每秒一千多米，随温度升高而增大，据测算每升高1℃，水中声速大约增大4.6米/秒。科学研究证明，声速的传播与介质的关系是：固体介质中声速最大，液体介质中的声速较小，气体介质中的声速最小；另外，不均匀介质中的声速处处不等，各向异性介质中的声速随传播方向而异。由此可见水质对声速的影响是很明显的，海水含盐量、含泥量不同，都会导致水质变化，从而影响到声波在水中的传播速度。因此水温和水质对水深测量的影响应注意以下几个问题：（1） 在不同的季节测量，一定要注意调整仪器的声速。冬季声速相对比较小，为1460米/秒左右；夏季声速相对比较大，为1540米/秒左右。（2） 在测量水域要注意观察水质，如发现水比较浑，含泥量较多，或在淡水和河水交接处，也要注意调整声速。

三、设备对水深测深精度的影响

测深的主要设备是测深仪，测深仪影响测深精度主要有两个指标，一是仪器的精度，二是仪器的稳定程度。与其他的测量仪器一样，测深仪的精度也有固定误差和比例误差，固定误差是仪器出厂时就固定的，目前常用的测深仪固定误差都在±5cm以内了，老款的测深仪固定误差也有±10cm的。测深仪的比例误差是随水深的加大而不断增加的，一般的测深仪是水深每增加10米，误差就会增加1cm。仪器的稳定程度是指仪器能正常工作的概率，有些仪器虽然精度很高，但工作不稳定，容易出故障，水深数据会时真时假，仪器的稳定程度是由工厂的生产技术决定的，仪器的不稳定体现在抗干扰能力差，当环境一发生变化，数据就会出错或者不工作，比较常见的有环境温度升高、工作的电压不足，仪器就会不工作或者水深数据不稳定；当旁边有机动船经过或者有水泡的噪声，水深数据就会很乱。因此仪器设备对测深精度的影响应注意以下问题：（1）要想获得比较准确的水深数据，就要选择精度比较高的仪器。（2） 尽量选择大厂家生产的仪器和使用用户较多的仪器

四、测量方法对水深测量精度的影响

采用不同测量方法对同一片水域的测量，测量的结果也会存在误差：（1）测量仪器的选择。测深的仪器虽主流是测深仪，但除测深仪外还有测深砣、测深杆等，测深仪又分单频测深仪、双频测深仪和多波束测深系统。不同的仪器有不同的应用场所，有时候选错仪器会导致不同的结果，一般情况下，当水底有水草、浮淤时是不能用测深仪进行测量的，只能用测深砣和测深杆；当测深的环境受干扰较多，噪声复杂、水中有水泡时，应选用双频测深仪，双频测深仪可通过切换频率的方式排队干扰；当要寻找水底障碍物时，应选用多波束测深系统，多波束测深系统是全覆盖式的测深，比较容易找到障碍物。（2）测深线布设的方法，规范规定：“主测深线宜垂直于等深线总方向、挖槽轴线或岸线，也可布设成平行线、螺旋线或45°斜线。”这就是说布线是可以灵活的，但有一些疏浚工程的测量测深线布设还是有讲究的，否则误差可能会比较大，一个是已有航道的测量，另一个就是有边坡的场地测量，这两种情况下的水深测量，测深线要垂直于等深线测量结果才会比较容易测到特征点。（3）测深时定位如果不准，测量结果也是有差异的，目前定位的方式有GPS-RTK和GPS-RTD，其他定位方法很少用了，GPS-RTD定位的精度比较低，测量大比尺的地形图时（1：500比例以上）是不合用的，另外当GPS中心和换能器的中心不在同一个位置时，必须要进行归心改正，这些方法的目的就是要排除定位不准确而给水深成果图带来影响。

五、结束语

由于目前很多沿海地区或靠水经济发展十分的迅速，引发了人们对水资源探索研究，关于水下地形的测量过程当中，水深测量精度的影响因素是当下讨论的重要课题。

参考文献：

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[2]高良云.提高三峡船闸运行控制水深的测量精度方法研究[J].城市建设理论研究，2014（10）

[3]林宝记[J]. 论述水深测量基本原理和误差分析技术[J].建筑工程技术与设计，2014（17）