談?wù)勊�下地形測量

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　　一、GIS的應(yīng)用

　　GIS是一種為了獲取、存儲、模擬、檢索、分析和顯示空間數(shù)據(jù)而建立的計算機(jī)化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。這里的空間數(shù)據(jù)是指采用不同方式的遙感與非遙感手段獲得的數(shù)據(jù),它有多種數(shù)據(jù)類型,包括地圖、遙感、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等,它們的共同特點(diǎn)是都有確定的空間位置。GIS的處理對象是空間實體,其處理過程正是依據(jù)空間實體的空間位置與空間關(guān)系進(jìn)行的。它的主要功能遍歷數(shù)據(jù)采集-分析-決策-應(yīng)用的全部過程;它的應(yīng)用領(lǐng)域是地理、規(guī)劃與管理等許多行業(yè)。

　　隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的水下地形測量數(shù)據(jù)管理、分析方式越來越無法滿足現(xiàn)代海洋測繪的發(fā)展需要,引入GIS技術(shù)推進(jìn)水下地形測量數(shù)據(jù)現(xiàn)代化管理勢在必行。利用GIS實現(xiàn)對水下地形測量數(shù)據(jù)的管理,可以加速水深測繪的信息化進(jìn)程。利用GIS空間分析手段從數(shù)據(jù)庫中提取地形、地貌、水文特征、航運(yùn)狀況等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理變換和綜合分析,獲取相關(guān)的知識,并以圖形形式直觀地加以表達(dá)為確定規(guī)劃建設(shè)方案提供科學(xué)的決策輔助信息。

　　GIS在水下地形測量數(shù)據(jù)管理及分析中的應(yīng)用,主要目的有兩個,一是實現(xiàn)大量測量數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)的存儲管理有序性,二是利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的分析。圖1總結(jié)了GIS在水下地形測量數(shù)據(jù)管理及分析中的應(yīng)用的框架,空間數(shù)據(jù)存儲在GIS自有的空間數(shù)據(jù)庫中,相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)可以存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。下面詳細(xì)闡述具體實現(xiàn)過程�！�

　　圖1GIS在水下地形測量數(shù)據(jù)管理、分析的應(yīng)用框架

　　1．水下地形測量數(shù)據(jù)管理

　　水深、水下地形測量涉及的數(shù)據(jù)可以歸納為兩個部分,一是原始數(shù)據(jù),二是處理數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)是在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。原始數(shù)據(jù)主要包括:利用RS,GPS常規(guī)測量等測量手段獲取野外數(shù)據(jù);利用數(shù)字測深儀測量的水深數(shù)據(jù)等。處理數(shù)據(jù)主要包括:水深點(diǎn)位的三維坐標(biāo),數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM),水深值等。

　　上文已經(jīng)討論目前采用文件形式來管理水下地形測量數(shù)據(jù)存在著諸多不便,及GIS在數(shù)據(jù)存儲管理中存在優(yōu)勢,現(xiàn)有的GIS平臺數(shù)據(jù)庫有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(MapInfo)、面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)庫(ArcGIS-Geodatabase)等,將水下地形測量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)錄入GIS數(shù)據(jù)庫,可以實現(xiàn)水下地形測量數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)高效存儲與管理。

　　2．基于GIS的水下地形數(shù)據(jù)分析

　　水下地形分析是工作中重要的一個環(huán)節(jié)。在獲取了大量數(shù)據(jù)之后,要針對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理,生成有用的信息,即是水下地形分析。水下地形測量常做的數(shù)據(jù)分析有:等值線生成,數(shù)字高程模型建立,工程計算,利用DEM進(jìn)行沖淤分析,疊置分析,緩沖區(qū)分析,任意剖面線生成、模擬水下飛行等等。

　　體積和表面積的計算在工程量計算、水庫淹沒分析等應(yīng)用中非常重要。通常采用近似的方法計算體積,利用GIS平臺軟件,結(jié)合已有的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)指定區(qū)域土體體積和表面積的計算。

　　利用DEM進(jìn)行沖淤分析。在分析水下地形中經(jīng)常關(guān)心的是同一地方不同時間的沖淤量問題,為生產(chǎn)和研究提供依據(jù)�？梢猿浞掷�用上述建立的DEM模型(直接建立或者直接從數(shù)據(jù)庫打開的模型數(shù)據(jù)),確定需要作比較的兩期數(shù)據(jù),利用它們的DEM模型,將兩個DEM模型疊加相減,得出差數(shù)值即是比較的結(jié)果。在利用模型疊加分析時,重點(diǎn)注意以下兩個方面的問題:①模型相疊加的條件并不是任意兩個DEM模型都可以疊加,兩個模型需要具有可以相比的條件,即二者必須有相同的格網(wǎng)參數(shù)。這樣兩個模型的格網(wǎng)便可以完全對應(yīng)起來,同時具有內(nèi)插值的格網(wǎng)點(diǎn)便可以直接相減,得到對應(yīng)格網(wǎng)所需的差值,否則對應(yīng)格網(wǎng)點(diǎn)就得不到差值。②沖淤量的計算通常采用斷面法,即通過斷面的面積與間距相乘累加得到。

　　緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析是通過對點(diǎn)、線、面目標(biāo)劃出的一定范圍的緩沖區(qū)域進(jìn)行分析,以判斷它們的影響范圍。例如碼頭的選地址,要考慮它對周圍環(huán)境的影響,包括運(yùn)輸、儲運(yùn)等,此時可以將碼頭看作一個點(diǎn)給出緩沖區(qū)半徑,進(jìn)行緩沖區(qū)分析。GIS中的緩沖區(qū)分析或稱buffer操作是GIS空間分析操作中的一個重要的模塊,利用GIS軟件可以很容易實現(xiàn)緩沖區(qū)分析。

　　模擬水下飛行。在三維水下數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)上,用戶可以模擬水下飛行對工程區(qū)進(jìn)行多方位觀察,自由設(shè)置觀察飛行路線和角度,從而為更好的分析水下工程環(huán)境、確定水下工程位置提供了親臨其境的觀察條件。

　　二、水下地形測量

　　1．測深設(shè)備的安裝使用

　　我們采用的中海達(dá)HD-27測深儀,測深儀在使用前應(yīng)進(jìn)行動態(tài)、靜態(tài)比對試驗。測深儀一般安裝在測量船的中舷處,因為中舷處在航行中吃水線變化最小,測深儀換能器以安裝在水下50cm至船底略高位置為宜,但要避免被測區(qū)水下漁網(wǎng)和雜物碰撞。測深儀設(shè)置包括吃水深度設(shè)置,聲速設(shè)置。

　　2．?dāng)嗝婢�的布設(shè)

　　在水下測量過程開始前先要在測深儀進(jìn)行水下測深斷面線的布設(shè),斷面線要求垂直水流方向布設(shè),斷面線間距為40m,在河道轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用堋?/p>

　　3．基準(zhǔn)站的設(shè)立

　　為了在保證在測量過程中能快速及高精度的固定解,基準(zhǔn)站應(yīng)該符合一下要求:(1)GPS-RTK基準(zhǔn)站宜選擇在等級控制點(diǎn)上,也可以選擇在測區(qū)中心區(qū)域臨時固定點(diǎn)上;(2)用電臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時,基準(zhǔn)站宜選擇在測區(qū)相對較高的位置;(3)用移動通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時,基準(zhǔn)站必須選擇在測區(qū)有移動通信接收信號的位置;(4)對于需長期和經(jīng)常使用的基準(zhǔn)站,宜埋設(shè)有強(qiáng)制歸心的觀測墩;(5)在基準(zhǔn)站應(yīng)該設(shè)在開闊的地域,在仰角10°的范圍內(nèi)因沒有遮擋物。

　　4．水下地形測量

　　水下地形測量應(yīng)根據(jù)天氣、風(fēng)浪、潮汐等情況,合理安排時間,當(dāng)風(fēng)浪較大,氣候惡劣,影響人身,儀器安全的時候應(yīng)停止測量。在測深儀里將上述求得的七參數(shù)設(shè)置在測量軟件里,并進(jìn)行已知控制點(diǎn)的校核,在校核無誤后方可進(jìn)行測量。

　　為了保證測量的精度,還應(yīng)注意:RTK流動站的接收機(jī)天線應(yīng)與換能器在同一垂線上,并保證在RTK固定解的情況下進(jìn)行施測。測定測量斷面線時,應(yīng)先將測量船導(dǎo)航至斷面位置,在按指定的間距進(jìn)行測點(diǎn)定位與測深,在測深儀中進(jìn)行記錄,并實時修正船的航向。

　　三、需要注意的問題

　　1．基準(zhǔn)站一般應(yīng)選在周圍視野開闊，避免在截止高度角15°以內(nèi)有大型建筑物；避免附近有干擾源，如高壓線、變壓器和發(fā)射塔等；不要有大面積水域；為了讓基準(zhǔn)站差分信號能傳播的更遠(yuǎn)，基準(zhǔn)站一般應(yīng)選在地勢較高、地質(zhì)條件好、點(diǎn)位穩(wěn)定、易于保存的地方，同時顧及施測的便利，盡可能利用原有的標(biāo)石觀測墩。

　　2．考慮到測點(diǎn)平面位置與測深儀水深值的同步問題，以及GPS所測的水面點(diǎn)與測深儀所測水下點(diǎn)是否重合的問題。因此，要求GPS接收天線和測深儀的探頭安裝在一條垂線上，而接收GPS的定位信號和測深儀所接收的測深信號必須同步，否則都要進(jìn)行相應(yīng)的改正。探頭一般要求安裝在船的側(cè)邊，以免后面的浪花影響測深的精度。

　　3．測船速度的確定。測量船的航速是一個直接影響測量成果的重要因素。航速過快，會造成接收GPS的定位信號和測深儀所接收的測深信號同步性減弱，點(diǎn)位坐標(biāo)精度急劇下降，從而影響水下地形測繪的精度，而過慢時，會造成測量數(shù)據(jù)過多過密，使后期數(shù)據(jù)處理過程過于繁瑣，影響效率。所以船速要選擇合適，既要保證測量精度，又保證采集數(shù)據(jù)真實有效的反映實際地形。

　　四、結(jié)論與建議

　�。�1）RTK應(yīng)用于水下地形測量是一種理想的作業(yè)方式，在工程測量中應(yīng)大力推行。

　�。�2）在通視條件較差的地區(qū)，應(yīng)用RTK測量，可以減少測站轉(zhuǎn)點(diǎn)數(shù)量，加快測量速度，從而提高工作效率并保證質(zhì)量。

　�。�3）RTK的無線電數(shù)據(jù)鏈在樹木較多地區(qū)或高坎下，工作鏈接質(zhì)量較差，求得固定解的時間較長,操作人員需要耐心，不能以浮點(diǎn)解替代固定解。