航道工程測量海洋測繪通信技術實踐

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摘要：航道交通目前在我國整個交通體系當中占據(jù)著至關重要的地位，隨著航道使用周期的延長，航道空間內(nèi)難以避免會存在一些淤泥堵塞等狀況，影響航道的正常使用。本文主要以五尺溝航道為例，對其航道疏浚工程進行了簡要分析，其中重點闡述了該工程測量階段所使用的海洋測繪通信技術，包括海洋測繪通訊技術的設備類型及特點還有現(xiàn)代測繪通訊技術的實踐應用，以期為其他類似工程項目的測繪工作提供些許參考。

關鍵詞：海洋測繪通信技術；航道疏浚；工程測量；實踐

引言

近年來，我國水上航道線路的開發(fā)和建設規(guī)模不斷擴大，不僅有效提高了水資源利用率，同時也緩解了陸地交通擁堵的狀況，具有很強的實際作用價值。而要想維持航道長期通暢運行，就必須定期對其進行一定的疏浚處理，疏浚施工之前則要進行一系列的航道測量。海洋測繪通信技術是一種比較先進的測繪方法，與傳統(tǒng)測繪模式相比測量結果的精確度和可靠度都更高，測量效率也更快，有助于縮短整個航道疏浚工程的工期。

1航道疏浚工程概況

本文所涉及的項目主要為五尺溝（大治河-大蘆線一期）航道維護疏浚工程，工程實施的主要內(nèi)容是對現(xiàn)有航道進行檢查，對存在淤塞情況的部分，進行必要的疏浚，同時要求疏浚完成后需對周邊自然環(huán)境進行修復，最后確定所有妨礙航道通行的雜質等都被清除之后，再于航道外側新建相應的圍護結構，以減少后續(xù)雜質向巷道內(nèi)積聚的幾率。本次航道疏浚工程中面積大概在29.7萬m³左右，新增維護大概2.6km，整體工期要求在五個月內(nèi)完成。

2海洋測繪通訊技術概述

2.1LRK測量技術

所謂LRK，實際上就是一種可以實現(xiàn)遠距離雙頻實時差分動態(tài)載波定位的技術，通過與GPS設備配合使用，便可以獲得全方位的定位數(shù)據(jù)。具體操作方法是，把GPS信號接收器安裝在測繪載體上，并于地面設置多個基準點，然后通過遠程遙控設備指揮載體運動，對需要測繪空間內(nèi)的各個點位進行測量，并將收集到的數(shù)據(jù)實時傳輸回終端計算機設備，這樣便可以隨時掌握運動載體的運行軌跡，準確掌握航道線的空間布局狀況[1]。LRK測量技術的特征優(yōu)勢在于，可以根據(jù)不同時段定位的要求來提供靈活的動態(tài)定位服務，細化后可以將這種動態(tài)定位分為以下兩種：分別是后處理差分動態(tài)定位和實時差分動態(tài)定位。其中后者在使用過程中，首先要創(chuàng)建一個單獨的無線電DGPS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)，才能在設備進行觀測的同時，同步計算出具體的定位數(shù)據(jù)。DGPS的優(yōu)勢特征在于可以實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)運輸，而且能夠保障較高的運輸效率和運輸質量。總而言之，航道測量過程中會因為諸多因素導致視距受到影響，比如電臺天線的裝配高度、設備數(shù)據(jù)鏈以及接受臺和發(fā)射臺的高度等，采用LRK測量技術可以有效抵抗這些影響，獲得更加可靠的測量數(shù)據(jù)。

2.2潮位遙報系統(tǒng)

航道距離通常都會規(guī)劃的比較長，而近陸地處和遠陸地處的水位存在很大差異，這就使得航道疏浚工程開始之前必須對潮位變化狀況加以掌握。本項目中所涉及的五尺溝航道距離陸地最遠處和陸地之間的間隔將近20km，港口內(nèi)外的水位差很大，對航道定位測量有較大制約，其中最主要的影響因素主要有兩點，分別是潮汐時間和潮汐差，在該條件狀況下進行航道測繪，不同位置和不同時間測量出來的潮位值不會完全相同，所以后期還需要人為進行分類和整合處理。根據(jù)相關航道測繪規(guī)范要求以及實踐試驗得出，本項目中統(tǒng)一位置點各個潮汐時間段內(nèi)測量的數(shù)據(jù)差最多大概在0.5米左右[2]。

2.3多波束系統(tǒng)

多波束系統(tǒng)可以同時完成對數(shù)十個相鄰窄波束的回聲測探，用于航道測繪工程，可以通過獲得的數(shù)據(jù)對航道深度以及航道的水底形態(tài)圖建立數(shù)據(jù)模型，在無需人工下水的情況下便了解到航道的基本參數(shù)和使用狀況。因為該系統(tǒng)是通過回聲能量進行傳感測量的，所以在使用該系統(tǒng)之前，首先需要安裝相應的換能器，以便對聲能進行轉換。換能器是航道疏浚測繪工程中幾乎每天都要使用到的儀器，該設備安裝是否可靠，是決定后續(xù)多波束系統(tǒng)運行結果是否準確的關鍵因素。所以相關技術人員在安裝時必須確保設備各個構件連接緊固，并且使用之前要對設備各項參數(shù)進行校準，測試各項功能是否能夠正常運行，避免出現(xiàn)轉換誤差。此外，還應注意防止測量船行駛或者停岸過程對換能器及其配套設備造成擦傷或裝上，具體而言，測量人員可以在測量結束后及時把換能器提升出水面，放在船舷范圍內(nèi)，這樣不僅可以保護換能器，而且還能提高設備拖放效率，縮短測量周期。雖然多波束測量系統(tǒng)已經(jīng)具有較高的自動化特征，但是受到諸多因素影響，測量后的結果或多或少還會存在一定的偏差，針對這種情況，測量人員在收集到完整數(shù)據(jù)之后，還需要利用專門的系統(tǒng)校準軟件對各個參數(shù)進行審核校驗，然后將校準后的數(shù)據(jù)輸入處理軟件進行作為最終的數(shù)據(jù)標準[3]。

3現(xiàn)代測繪通訊技術實踐

3.1LRK測量技術

本次航道疏浚工程中在使用LRK測量技術時選擇了Sagitta射手接收機，該設備的作用功能主要是依賴于UHF電臺數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)的，具有靈活度高、選擇性強、高度集成化等諸多優(yōu)勢，運行起來比較穩(wěn)定安全，而且數(shù)據(jù)可以覆蓋較為廣泛的作業(yè)范圍，這對于航道距離較長的疏浚測繪工程來說非常實用，有數(shù)據(jù)顯示，通過該設備最遠可以實現(xiàn)40km以上的距離定位，而且精確度仍然能夠保持在理想狀態(tài)。在本次五尺溝（大治河-大蘆線一期）航道疏浚工程測量項目中，將LRK技術與遙報儀進行了聯(lián)合使用，建立了一套高效率和高精準度的驗潮方式，實現(xiàn)了厘米級精度測量，并通過相關數(shù)據(jù)模擬建立了三維立體的航道水下地形模型，這在后續(xù)指揮航道船定位疏浚位置和明確疏浚內(nèi)容等，都有十分積極的幫助，大大提高了淤泥清除效率。

3.2基準臺站的自動化遙控裝置

本次針對尺溝（大治河-大蘆線一期）航道疏浚工程測量項目采用了很多自動化技術，其中遙控技術是最為主要的一種，整個航道定位測量以及淤泥堵塞地形測繪等，都需要用遙控裝置進行設備控制。此外，船舶的運行也需要通過遙控技術來進行遠程指揮。為了確保整個測量過程中遙控功能的穩(wěn)定性，實際測量過程中使用了可靠度較高的GPS差分基準臺來對動態(tài)載體進行遙測?？紤]到測量工作一般在白天進行，所以晚上會對該基準臺站進行斷電處理，這樣一方面可以減少資源浪費，另一方面也能避免設備二十四小時處于運行狀態(tài)，有助于減少設備損耗。至于電源關閉方式，同樣采用自動化控制技術，因為本項目中GPS基準臺站設置在VTS塔上，不便采用人為方式進行干預[4]。

3.3深度基準面的傳輸

水環(huán)境測量的設備和技術實際上有很多種，但是與常規(guī)水體測量相比，位于海域范圍內(nèi)的航道測量顯然要更加復雜，普通的水深探測設備只需要對水體某個時間段的瞬時深度進行測量即可，因為水位不會發(fā)生較大變化。而海洋航道的水深卻是時刻改變的，特別是發(fā)生潮汐或者遇到風浪時，更會呈現(xiàn)出很大的波動。因此，為了獲得具有參考價值的航道參考數(shù)據(jù)，本次測量過程中進行了多次瞬間測深作業(yè)，并將獲得的數(shù)據(jù)集中進行二次統(tǒng)計分析，最后得到相對平穩(wěn)的深度基準面，具體的計算公式如下：L(x,y)=MSL(x,y)-l(x,y)其中L(x,y)代表x,y位置的深度基準面高程；MSL(x,y)代表平均海面；l(x,y)代表平均海面和深度基準面的差異數(shù)。針對以上公式通?？梢圆扇煞N數(shù)據(jù)分析方法，分別的同步改正法和回歸分析法，本次航道疏浚工程主要采用了前一種方法，以測量船為驗潮站點，明確相應的坐標數(shù)值

3.4潮位遙報系統(tǒng)

本次針對五尺溝（大治河-大蘆線一期）航道疏浚工程測量項目所采用的潮位遙報系統(tǒng)主要有浮子式自動驗潮儀、壓力感應式自動驗潮儀和傳統(tǒng)潮位遙報驗潮儀，其中潮位遙報系統(tǒng)聯(lián)合LRK-DGPS系統(tǒng)一起使用。另外本次測量還配置了相應的平面定位設備，以便對潮水位置進一步精確。每種驗潮儀的具體使用情況如下：浮子式自動驗潮儀依靠搭建VHF環(huán)境系統(tǒng)來對測量數(shù)據(jù)進行輸送，數(shù)據(jù)傳輸頻率為五分鐘一次，終端數(shù)據(jù)中心則配置數(shù)據(jù)接收器，同步獲取潮位信息，通過計算機窗口來計算輸出綜合數(shù)據(jù)，該驗潮儀設備所獲得的數(shù)據(jù)精度穩(wěn)定控制在1cm以內(nèi)，精確度較高；壓力感應式自動驗潮儀主要是通過壓力探頭感應電流電壓信號變化從而轉化為潮位值，使用該儀器進行數(shù)據(jù)測量，每間隔一小時進行一次即可。至于傳統(tǒng)潮位遙報驗潮儀聯(lián)合LRK-DPGS，本次航道疏浚工程測量主要用在了距離陸地較為位置處的數(shù)據(jù)獲取[5]。

3.5多波束測量

多波束測量是一種比較高端先進的智能化水深測量技術，其具體的性能參數(shù)如下表所示：該儀器操作過程相對也比較復雜，很容易受到外界環(huán)境影響而導致測量誤差。為了避免類似問題的發(fā)生，本次航道疏浚測量過程中直接在測量船上配備了數(shù)據(jù)處理計算機設備，并建立了以太網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境，這樣便可以為多波束測量創(chuàng)造最為穩(wěn)定的作業(yè)條件，減少其他因素的干擾，從而提高測量質量和測量效率。為了對航道進行全方位的測量，本次測量工程中事先還布置了許多測量線，最大范圍覆蓋了航道面積，使得獲得的數(shù)據(jù)更為完整。

4測量效果分析

本次針對五尺溝（大治河-大蘆線一期）航道疏浚工程測量所使用的測量技術種類豐富、技術先進，最終獲得了良好的測量效果，其中特別是多波束測量技術起到了非常突出的作用價值，有效解決了傳統(tǒng)測量模式下數(shù)據(jù)鏈覆蓋范圍窄的缺陷問題，而且還大大提高了測繪精度。另外，本次航道疏浚工程測量工作中還是采用先進的數(shù)字化信息處理技術，將所采集到海量信息通過計算機壓縮成壓縮包，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，使得測繪速度大大提升，實踐證明，這種多類型測繪技術合并使用的測量方法推廣。

5結論

本次對五尺溝（大治河-大蘆線一期）航道疏浚工程所開展的測量工作，最終取得了值得肯定的成績，無論是測量效率還是數(shù)據(jù)質量方面，都達到了預期效果，而且還為我國航道疏浚工作的高效開展提供更多的思路，使得本次航道疏浚得以在工期范圍內(nèi)順利完成疏通，保證了航道的正常使用。此外，本次測量工程也收獲了寶貴的航道工程測量經(jīng)驗，特別是在多測量技術配合使用方面，有了更深層的理解，這對日后測量其他航道工程提供了可靠的參考案例。

參考文獻

[1]郭雄強,劉力,劉思航,等.探究現(xiàn)代海洋測繪及通信技術在港航道疏浚工程測量中的應用[J].科技風,2017(14):126-126.

[2]黎鈰圖.現(xiàn)代海洋測繪及通信技術在港口航道疏浚工程測量中的應用[J].中國水運,2018,597(10):41-42.

[3]周博海,張浩,張峰.港口航道疏浚工程測量中的現(xiàn)代海洋測繪通信技術應用[J].現(xiàn)代物業(yè)(中旬刊),2018,425(06):78.

[4]劉遠海.GPS技術及其在海洋測繪中的應用探析[J].工程技術(文摘版)•建筑,2016(6):00006-00006.

[5]周鑫.淺析航道工程測繪中GPS高程測量技術應用[J].區(qū)域治理,2018,000(039):151.

作者：吳澤獻 單位：上海元易勘測設計有限公司