航道工程測量海洋測繪通信技術(shù)實(shí)踐

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摘要：航道交通目前在我國整個交通體系當(dāng)中占據(jù)著至關(guān)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(jìn)行了簡要分析，其中重點(diǎn)闡述了該工程測量階段所使用的海洋測繪通信技術(shù)，包括海洋測繪通訊技術(shù)的設(shè)備類型及特點(diǎn)還有現(xiàn)代測繪通訊技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，以期為其他類似工程項目的測繪工作提供些許參考。

關(guān)鍵詞：海洋測繪通信技術(shù)；航道疏浚；工程測量；實(shí)踐

引言

近年來，我國水上航道線路的開發(fā)和建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)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(qiáng)的實(shí)際作用價值。而要想維持航道長期通暢運(yùn)行，就必須定期對其進(jìn)行一定的疏浚處理，疏浚施工之前則要進(jìn)行一系列的航道測量。海洋測繪通信技術(shù)是一種比較先進(jìn)的測繪方法，與傳統(tǒng)測繪模式相比測量結(jié)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(hù)疏浚工程，工程實(shí)施的主要內(nèi)容是對現(xiàn)有航道進(jìn)行檢查，對存在淤塞情況的部分，進(jìn)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(jìn)行修復(fù)，最后確定所有妨礙航道通行的雜質(zhì)等都被清除之后，再于航道外側(cè)新建相應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以減少后續(xù)雜質(zhì)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(hù)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(shù)概述

2.1LRK測量技術(shù)

所謂LRK，實(shí)際上就是一種可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離雙頻實(shí)時差分動態(tài)載波定位的技術(shù)，通過與GPS設(shè)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(shè)置多個基準(zhǔn)點(diǎn)，然后通過遠(yuǎn)程遙控設(shè)備指揮載體運(yùn)動，對需要測繪空間內(nèi)的各個點(diǎn)位進(jìn)行測量，并將收集到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸回終端計算機(jī)設(shè)備，這樣便可以隨時掌握運(yùn)動載體的運(yùn)行軌跡，準(zhǔn)確掌握航道線的空間布局狀況[1]。LRK測量技術(shù)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(wù)，細(xì)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(shí)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(dú)的無線電DGPS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能在設(shè)備進(jìn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)運(yùn)輸，而且能夠保障較高的運(yùn)輸效率和運(yùn)輸質(zhì)量。總而言之，航道測量過程中會因?yàn)橹T多因素導(dǎo)致視距受到影響，比如電臺天線的裝配高度、設(shè)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(shù)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(yuǎn)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(yuǎn)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(diǎn)，分別是潮汐時間和潮汐差，在該條件狀況下進(jìn)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(jìn)行分類和整合處理。根據(jù)相關(guān)航道測繪規(guī)范要求以及實(shí)踐試驗(yàn)得出，本項目中統(tǒng)一位置點(diǎn)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?yàn)樵撓到y(tǒng)是通過回聲能量進(jìn)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(yīng)的換能器，以便對聲能進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shè)備安裝是否可靠，是決定后續(xù)多波束系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵因素。所以相關(guān)技術(shù)人員在安裝時必須確保設(shè)備各個構(gòu)件連接緊固，并且使用之前要對設(shè)備各項參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，測試各項功能是否能夠正常運(yùn)行，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)換誤差。此外，還應(yīng)注意防止測量船行駛或者停岸過程對換能器及其配套設(shè)備造成擦傷或裝上，具體而言，測量人員可以在測量結(jié)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(hù)換能器，而且還能提高設(shè)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(jié)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(zhǔn)軟件對各個參數(shù)進(jìn)行審核校驗(yàn)，然后將校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)輸入處理軟件進(jìn)行作為最終的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3現(xiàn)代測繪通訊技術(shù)實(shí)踐

3.1LRK測量技術(shù)

本次航道疏浚工程中在使用LRK測量技術(shù)時選擇了Sagitta射手接收機(jī)，該設(shè)備的作用功能主要是依賴于UHF電臺數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)的，具有靈活度高、選擇性強(qiáng)、高度集成化等諸多優(yōu)勢，運(yùn)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(shí)用，有數(shù)據(jù)顯示，通過該設(shè)備最遠(yuǎn)可以實(shí)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(shù)與遙報儀進(jìn)行了聯(lián)合使用，建立了一套高效率和高精準(zhǔn)度的驗(yàn)潮方式，實(shí)現(xiàn)了厘米級精度測量，并通過相關(guān)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(zhǔn)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(shù)，其中遙控技術(shù)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(jìn)行設(shè)備控制。此外，船舶的運(yùn)行也需要通過遙控技術(shù)來進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮。為了確保整個測量過程中遙控功能的穩(wěn)定性，實(shí)際測量過程中使用了可靠度較高的GPS差分基準(zhǔn)臺來對動態(tài)載體進(jìn)行遙測?？紤]到測量工作一般在白天進(jìn)行，所以晚上會對該基準(zhǔn)臺站進(jìn)行斷電處理，這樣一方面可以減少資源浪費(fèi)，另一方面也能避免設(shè)備二十四小時處于運(yùn)行狀態(tài)，有助于減少設(shè)備損耗。至于電源關(guān)閉方式，同樣采用自動化控制技術(shù)，因?yàn)楸卷椖恐蠫PS基準(zhǔn)臺站設(shè)置在VTS塔上，不便采用人為方式進(jìn)行干預(yù)[4]。

3.3深度基準(zhǔn)面的傳輸

水環(huán)境測量的設(shè)備和技術(shù)實(shí)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(fù)雜，普通的水深探測設(shè)備只需要對水體某個時間段的瞬時深度進(jìn)行測量即可，因?yàn)樗徊粫l(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(fēng)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(jìn)行了多次瞬間測深作業(yè)，并將獲得的數(shù)據(jù)集中進(jìn)行二次統(tǒng)計分析，最后得到相對平穩(wěn)的深度基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(yàn)潮站點(diǎn)，明確相應(yīng)的坐標(biāo)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(yàn)潮儀、壓力感應(yīng)式自動驗(yàn)潮儀和傳統(tǒng)潮位遙報驗(yàn)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(yīng)的平面定位設(shè)備，以便對潮水位置進(jìn)一步精確。每種驗(yàn)潮儀的具體使用情況如下：浮子式自動驗(yàn)潮儀依靠搭建VHF環(huán)境系統(tǒng)來對測量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)窗口來計算輸出綜合數(shù)據(jù)，該驗(yàn)潮儀設(shè)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(yīng)式自動驗(yàn)潮儀主要是通過壓力探頭感應(yīng)電流電壓信號變化從而轉(zhuǎn)化為潮位值，使用該儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，每間隔一小時進(jìn)行一次即可。至于傳統(tǒng)潮位遙報驗(yàn)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(jìn)的智能化水深測量技術(shù)，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(fù)雜，很容易受到外界環(huán)境影響而導(dǎo)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(jī)設(shè)備，并建立了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量和測量效率。為了對航道進(jìn)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(shù)種類豐富、技術(shù)先進(jìn)，最終獲得了良好的測量效果，其中特別是多波束測量技術(shù)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(jìn)的數(shù)字化信息處理技術(shù)，將所采集到海量信息通過計算機(jī)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(shí)踐證明，這種多類型測繪技術(shù)合并使用的測量方法推廣。

5結(jié)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(zhì)量方面，都達(dá)到了預(yù)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(yàn)，特別是在多測量技術(shù)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(xiàn)

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[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(shù)應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)(中旬刊),2018,425(06):78.

[4]劉遠(yuǎn)海.GPS技術(shù)及其在海洋測繪中的應(yīng)用探析[J].工程技術(shù)(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(shù)應(yīng)用[J].區(qū)域治理,2018,000(039):151.

作者：吳澤獻(xiàn) 單位：上海元易勘測設(shè)計有限公司