安徽省淮河河道管理局测绘院安徽蚌埠233000
摘要：随着工程技术的发展，水下地形测量技术的应用更加广泛。本文重点分析了传统水利工程水下地形测量技术的特点与应用，同时介绍了现代水利工程水下地形测量技术的特点与应用，希望可以为水利工程水下测量工作提供一定的参考。
关键词：水利工程；水下地形；测量技术；特点；应用
前言
随着我国经济的不断发展，水利工程的建设发展也十分迅速。在水利工程建设中，水下地形测量工作是水利工程建设中的一个重要部分，是在水下运用一定的测量仪器对水下的地形进行测量，一般的情况下是通过三维坐标来实现测量的，测量的的结果直接影响到工程的安全、性能和使用寿命。
1传统水利工程水下地形测量技术的特点与应用
1.1光学定位方法
通常情况下，在视距可及范围内（一般小于10km），可以采用光学定位方法。该方法常用定位仪器有经纬仪、六分仪、测距仪。水下地形测量采用光学定位方法进行定位的原理和计算的，与陆地测量一致。光学定位方法具有操作简单、使用方便、经济投入少等优点。但是，在实际的测量是会受到距离及测量标志的限制，后方交会需要在陆地设置至少3个测量标志，前方交会需要测量船和2个陆地测站之间进行通讯联系。由于是对运动的载体进行定位，定位精度不及陆地测量精度高，读数也容易出错。如经纬仪交汇法。当2台经纬仪同时照准测船时开始测深，测深采用手投测深锤或测深杆的方法。定位的方法可使用前方交会、后方交会、侧方交会、极距法。工作中要求测站、测船、测深密切配合，用对讲机相互联系，共同完成测量任务。
1.2无线电定位方法
以岸台为基础的无线电定位按工作方式可分为测距定位方式和测距差定位方式；按作用距离可分为近程定位系统、中程定位系统和远程定位系统。近程定位系统最大作用距离为150海里，中程定位系统最大作用距离为500海里，远程定位系统最大作用距离为500海里。通常在海洋测绘中会采用近程和中程高精度定位系统。测距定位的优点是测距精确度高，缺点是作用距离较小，容易受到接受船台数量的限制，如微波测距系统猎鹰Ⅳ。测距差定位又称为双曲线定位，它的优点是作用距离大、船台数量不受限制，缺点是定位精度难以提高，且无法克服多值性，如罗兰-C定位系统。测距差定位的原理是根据到2个固定点的距离差为常数的动点轨迹为双曲线的几何原理设计的，1个动点、3个固定点就可以得到2个距离差。距离差是由船台接收陆地3个岸台发射的无线电信号，并分别测量他们的相位差来求得的。
1.3深度测量方法
20世纪20年代出现的回声测深仪，人们开始利用水声换能器垂直向下发射声波并接收水底回波，并根据回波时间来确定被测点的水深。当测量船在水上航行时，测深仪可测得一条水深线，通过水深的变化，可以了解水下地形地貌的情况。回声测深仪的优点是快速，并且可以得到连续的记录。但传统上的测量仪由于发生的声波是单波束，每次发射只能得到测量船正下方一点的水深，无法反映测线之间的地形地貌情况。如果测线之间存在特殊地形如礁石等，就会给船舶的安全航行带来威胁。到了70年代中期，人们开始使用多通道测探仪，使得回声测深仪在海底地形探测方面发挥了更大的作用。多通道测深仪使用了多个换能器，每个换能器只能发射和接收1个波束。这几个换能器按照一定的间距进行排列，测量水深时，可以形成多条平行测深线。
2现代水利工程水下地形测量技术的特点与应用
2.1多波束测量技术
与传统单波束测深仪相比，多波束测量技术具有测量效率高、对水下地形全覆盖的特点。多波束测深系统把测深技术从点线状扩展到面状，具有测量范围大、速度快、精度高等诸多优点，能够很好的解决测深精度会受到船体摇晃、水质变化影响，测线间进行测线加密等问题，并进一步发展到立体测图和自动成图，从而使水下地形测量技术发展到新的水平。多波束水下测量系统以其全覆盖、无遗漏的测量方式，在效率、精度、分辨率及水下地形成图质量上有了大幅度提高，整个系统从外业到内业全过程真正实现了自动化、智能化和数字化，彻底改变了传统的水下测量手段，具有广阔的应用前景。该系统适应于内河、水库、湖泊及海洋等水域水下地形测量，水下目标搜寻及监视，特别适合江岸险工险段水下监测等。
2.23S技术
图13S技术结构关系
3S技术是遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的总称，如图1所示，3S技术结构关系。GIS技术主要是借助地理信息处理能力来对河道的具体环境和水文特征进行远程准确测量，通过人工建立的测量标杆以及对于河道的长度、宽度、河堤高度、弯曲程度等因素的数据记录，让水利工程施工方在建设水利工程时可以对河道进行全方位的了解；GPS技术具有定位空间广泛、定位功能齐全，定位时间快，并且具有很强的灵活性。水利工程可以利用GPS定位系统可以对水利工程的各个角度进行无死角定点监控与跟踪，可以实现对河道的水深以及水下河道的真实具体情况进行侦测，进而有利于绘制出河道水利工程地理环境的地形图；RS技术可以将图像信息更加形象具体，让人们从感知上更加便于理解。利用遥感技术对水利工程信息的测量，有效地降低了实地检测的危险性和不确定性，增强了测试数据的可靠性。
2.3水声定位技术
水声定位技术的原理是在某一局部海域海底设置若干个水下声标，首先利用一定的方法测定这些水下声标的相对位置，然后在测量确定船只相对陆上大地测量控制网位置的同时，确定船只相对水下声标的位置，依这样同步测量的处理结果，就可以确定水下声标控制点在陆地统一坐标系统的坐标。测量时，水下声标接到测量设备载体发出的声波信号后，会发出应答信号，然后再通过测定声波在海水中的传播时间和相应的变化情况，就可以计算出声标到载体的距离或者距离差，进而解算出载体的位置。水声定位技术的工作方式主要有长基线定位系统和超短基线定位系统。两种工作方式的作用原理为通过安装在船底的一个换能器向布设在水下、相距较远的3个以上水下声标发射询问信号并接收水下声标的应答信号，测距仪根据声速和声信号的传播时间计算出换能器至各声标的距离从而确定船位坐标。
结束语
随着通讯技术、空间技术和计算机技术的不断发展，水利工程水下地形测量技术正在朝着系统功能更加集成化、外观小型化和轻便化方面发展。水下测量技术的发展，给河道、水库监测管理以及水文测量的勘测带了很大的方便，为河道水文勘测及动态监测、管理方面提供一个崭新的前景，为水利工程测量带来更加显著的发展。
参考文献
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[2]赵瀛舟.水下地形GPS测量实施办法[J].地理空间信息，2015，13（04）：108-110+14.（2015-08-14）.