水下地形測繪前期的質量控制

1、水下地形測繪的前期質量控制王靈鋒，趙廣乾，張炳蔚 （浙江省河海測繪院， 浙江 杭州 310008）（zhejiang surveying institute of estuary and coast，hangzhou zhejiang）摘要：本文較為全面地介紹了水下地形測繪前期生產的流程及在各生產環(huán)節(jié)中存在的影響產品質量的因素、產生原因等，并提出了相關質量控制的方法及途徑。關鍵詞：水下地形測繪、前期階段、質量控制1 引言 水下地形測繪是通過在水面上進行動態(tài)定位和測深，進行外業(yè)數據采集后以圖形、數據形式表示水下地貌特征的一項基礎性服務工作。其產品成果通常為水下地形圖、水深圖、斷面圖或以表格為表達

2、形式的數據，廣泛應用于關系國計民生的各行各業(yè)。比如，水利資源開發(fā)利用、農田水利設施建設、航道整治、圍涂促淤、跨海（江）橋梁架造、港口碼頭以及沿江河的交通工程的建設、防汛抗險等。正因為水下地形測繪在國家生產和人民生活中發(fā)揮著巨大的作用，其產品質量的控制必須引起高度重視?，F代水下地形測繪產品的生產過程是多儀器多設備、多數據、多階段、多人員的交互過程，影響水下地形測繪產品的因素是多方面的繁雜交織網，存在于生產過程的每一個環(huán)節(jié)，因而質量控制過程是一個復雜和繁瑣的過程。為了有效控制水下地形測繪產品的質量，從前期的基礎工作開始就要貫徹實施質量控制。2 影響水下地形測繪產品質量的前期因素 水下地形測繪的前期

3、工作主要包括以下幾個階段。（1）技術設計、策劃階段（2）人員安排、儀器設備準備階段（3）外業(yè)數據采集階段不同的測繪項目要求有不同的生產環(huán)節(jié)，在前期工作的每個環(huán)節(jié)中都存在影響質量控制的因素，所以，水下地形測繪前期的質量控制應該在每個環(huán)節(jié)上踏踏實實地下功夫，把握住每個環(huán)節(jié)影響質量的因素?，F在已進入數字水下地形測繪階段，新技術、新儀器、新設備的引入和使用導致了水下地形測繪產品生產流程和方式的根本改變，因此影響水下地形測繪產品質量的因素與以往也發(fā)生了相應的變化。主要可以概括為技術人員的技能水平因素、儀器設備影響因素、外業(yè)數據采集環(huán)境及天氣因素、測區(qū)水文特征因素等?？刂坪眠@些影響質量的因素，就能很好地實

4、施前期質量控制，以下分階段具體介紹。3 水下地形測繪前期階段質量控制的方法途徑 3.1技術設計、策劃階段 在每個水下地形測繪項目承接后，無論項目大小，承接單位必須根據業(yè)主要求，參考規(guī)范技術標準，在作業(yè)前確定作業(yè)方式方法、制訂作業(yè)計劃、搜集已知成果資料，對該項目進行技術上的設計安排或策劃。此階段的質量控制非常關鍵，控制住了此階段的質量元素也就控制了影響水下測繪產品質量的源頭。此階段的質量控制出了問題，下面的環(huán)節(jié)也就會隨之出現質量問題，造成不必要的浪費和無法挽回的損失。為了更好地控制本階段的質量，可以從一下幾點進行把握。（1）以顧客為關注焦點，明確顧客的各項要求，做到在可執(zhí)行范圍內盡量滿足顧客對產

5、品的要求，并在技術設計中給予充分考慮，把各項要求明確寫入技術設計書或者測繪任務書，指導項目組進行生產。（2）實行項目評審和技術設計書、測繪任務書的校對審核制。一個項目要做什么、該怎么做需要相關人員進行必要的溝通和討論，這就要求每個技術設計策劃的相關人員都要對項目要求進行充分的了解，而且把各環(huán)節(jié)中影響質量的因素提出來進行討論、評審、確定最后的方案。只要有人參與的環(huán)節(jié)就有可能出現質量問題，在技術設計中任何人都有可能出現某些設計策劃編寫中的缺陷。所以，經過評審的項目方案由相關設計部門或技術人員編寫好后還要經過一定程序的校對和審核，以保障技術設計書或測繪任務書中編寫的內容能充分地滿足規(guī)范和客戶要求。（

6、3）確保項目所使用的已知成果等起算資料的正確性、適宜性、精度等能滿足作業(yè)要求，確保已知成果為最新成果。（4）控制點的選取、水位站布置應以能有效控制測區(qū)為原則，具體可參照如下。1）rtk無驗潮水下地形測量模式時，作為計算坐標轉換七參數的已知控制點應布局合理、結構強度好，而且架設基準站的控制點應離測區(qū)盡可能的近，根據筆者單位多年的經驗，即使使用目前性能較好的儀器，(比如天寶公司生產的gps)當測船離開基準站5公里以上時，gps rtk接收機也會經常發(fā)生差分信號失鎖現象，坐標解算值不能固定。2）有驗潮水下地形測量時水位站的布設合理與否是影響質量的主要因素，為了能較好地控制水位觀測質量，水位站布置應滿

7、足下列要求：a. 能充分反映測區(qū)的水位變化；b. 相鄰驗潮站之間的距離應滿足最大潮高差不大于1m、最大潮時差不大于2h，潮汐性質基本相同；c. 無沙洲、淺灘阻隔，無壅水、回流現象；d. 不直接受風浪、急流沖擊影響，不易被船只碰撞；e. 能牢固設置水尺或自記水位計，便于水位觀測和水準測量。（5）合理布設測線。在水下地形測量之前，為了保證水下地形測量的成圖質量，應根據測區(qū)內水面的寬窄、水流緩急等情況，在實地布設一定數量的測深線和測深點。對于沿海港口航道測量而言，主測線方向宜垂直于等深線的總方向或航道軸線。特殊地區(qū)的測深線方向與等深線之夾角應不小于45,必要時應平行于岸線布設測深線。對于內河航道，測

8、深線應垂直于河流流向、航道中心線或岸線方向；彎曲河段可設為扇形；對流速大、橫向測深線布設有困難時，可布設成斜向測深線。在實際工作中，由于淺水灘涂水域多遇到漁網或養(yǎng)殖網箱等，不能按測線測深，可根據情況在測船能到達的地方采用散點法測量水深。根據規(guī)范要求，為檢查測深是否存在粗糙或系統差，需布置一定數量的測深檢查線，按照規(guī)范不少于主測深線總長度的5%；不同測深組測深的相鄰測段應布設1條重合測深線，同一測深組不同時期測深的相鄰測段應布設兩條重合測深線。（6）為確保設計質量，必要時進行測區(qū)踏勘。3.2人員安排、儀器設備準備階段水下地形測繪多，產品質量的人員影響因素也相對較多，安排時需充分考慮這方面的因素。

9、產品生產的過程是各環(huán)節(jié)人員相互協作、共同作用的工程，每個環(huán)節(jié)的人員須能勝任本環(huán)節(jié)的工作才能確保質量，任何一個人身上出了質量問題，整個產品質量都會受到影響。所以，一個項目中要安排適合每項工作環(huán)節(jié)的人員。另外，每個項目除了安排項目負責人之外，還需委派過程檢查員以監(jiān)督、檢查作業(yè)實施過程中的質量。儀器設備是數據采集的工具，其對產品質量的影響是最直接的。儀器都需經過檢定檢驗合格，各項技術指標需經過檢核后方能出庫使用。3.3外業(yè)數據采集階段此階段為水下地形測繪產品生產各環(huán)節(jié)的重中之重，此環(huán)節(jié)的質量如果把握不好，嚴重的要導致返工甚至在后續(xù)的工程項目建設中出現工程事故，因此外業(yè)采集時必須抱著嚴謹、負責的工作態(tài)

10、度，嚴格按照規(guī)范操作，減小測量誤差。此階段的質量控制包括測點定位觀測質量控制、水位觀測質量控制和水深觀測質量控制。測點定位和水位觀測質量控制分有驗潮和無驗潮模式講述。此階段的質量控制可從以下幾個方面進行。（1）無驗潮模式下的定位精度控制。無驗潮模式即為利用gps rtk技術實時動態(tài)測定測深點位置和水位的作業(yè)模式，適用于定位精度要求高的大比例尺水下地形圖和斷面圖及水深圖測量。為保證定位精度，無驗潮測量時，數據有效記錄格式設置為rtk固定解。為保證成果的質量，利用無驗潮模式作業(yè)時需驗證轉換參數及基準站設站的正確性，在已知點上進行三維坐標比測，此步驟必不可少。這里涉及基準站的架設和定位儀的安裝誤差控

11、制，作業(yè)時須嚴格將基準站儀器對中整平、精確量取基準站和流動站的儀器高。無驗潮測量時，為保證測量精度和作業(yè)的順利進行，需選擇合理的作業(yè)時段。首先應選擇gps信號好的時段，一般中午10點至下午14點之間太陽紫外線較強，電離層對電磁波的折射也就越強，同時水面反射也很強，使gps解算精度降低、信號較差，造成定位解算數據不能固定甚至發(fā)生“飛點”現象。所以，大比例尺測圖作業(yè)時應盡量避開這個時段。另外，對于受潮汐影響較大的測區(qū)最好選擇高低平潮附近時段進行，此時水流較緩，水面平穩(wěn)高程誤差較小，而且測船的航向容易控制。（2）有驗潮模式下的定位精度控制。有驗潮模式即為利用dgps接收機接收dgps基準站通過無線電

12、發(fā)射的經過差分修正的gps衛(wèi)星定位信號實現測深點定位，同時在測區(qū)合理布局設置水位站以解算測點水位的作業(yè)模式，適用于定位精度要求相對較低的小比例尺水下地形圖和水深圖的測量。為確保定位精度，應選擇實時差分定位解。影響水位觀測質量的因素除了設計階段水位站位置的選取有關外，水位數據采集時還會因水尺零高精度、人工觀測誤差、自記水位儀走時誤差、波浪引起的誤差、自記水位儀斷電或其他故障引起的水位數據記錄中斷、抄錄其他水位站資料的質量問題等造成質量缺陷。在水位觀測時應充分考慮各方面的因素，嚴格控制水位觀測質量。為了控制這些因素造成的質量問題，可采取下面的措施。1） 適時校核水尺零高；2） 觀測人員應按時間規(guī)定

13、及時測記水位，漏測時不能偽造，應記錄實際時間水位；3） 水位讀數應取波峰、波谷讀數的平均值；4） 水位觀測應采用北京時，每日早、晚應對時，臨時水位站應在每日觀測前后對時，其誤差不應大于1min，超限時應撥正；5） 定期校測和檢查自記水位計，及時發(fā)現有可能出現的問題；6） 嚴格審查抄錄其他水位站的資料。（3）水深觀測質量控制。影響水深觀測質量的因素主要有儀器設備性能、水下河（海）床底質特性、換能器吃水量取精度、聲速測定及設置、換能器安裝、風浪、船速等。水深測量時，現在大多選用回聲測深儀，儀器設備的性能直接影響水深測量的質量，根據不同測區(qū)的情況應選擇合適的測深儀才能準確測量定位點的水深，否則，儀器

14、使用不當將會徒勞而返。比如，在水深流急區(qū)域、水底地形復雜區(qū)域、浮泥層較厚區(qū)域等對測深儀的要求較高，一般的單頻測深儀換能器無法接收回波信號而使測深失敗，這就需要選擇性能好的單頻測深儀或雙頻測深儀。換能器吃水深度的精確量取和聲速的測定及設置是保證水深觀測質量的重要因素，在實際工作中，為驗證吃水深度量取和聲速測定及設置是否正確，在正式水深測量之前需進行靜態(tài)水深測量比測。比測時，可在測船停止航行的狀態(tài)下，在平坦的河（海）床上使用測深桿或測深錘量取一組換能器安裝位置的水深數據，同時利用回聲測深儀測定一組水深數據，兩組數據進行比對即可，差值較大則說明換能器吃水深度量取或者回聲儀設置有問題，經驗證無誤、差值

15、在允許范圍內后才可進行水深測量。在水深測量時，換能器的安裝位置及安裝牢固與否會直接影響吃水的變化從而影響水深觀測質量。安裝時必須保證換能器在測船行駛過程中是牢固不動的，任何松動都會使換能器造成前后左右傾斜或者上下跳動，造成測深不正確。另外，在測船行駛時由于顛簸和搖擺會造成對換能器吃水深度的變化，這種變化在測船的不同位置有不同程度的影響。根據經驗，在船舶中舷位置這種影響最小，所以，測深時最好把換能器牢固安裝在船舶中舷處。另外，定位天線應與換能器安裝在同一鉛垂線上，確保測深和定位在相同位置。在水深測量時，由于風浪不同程度的影響，使測點水深不同程度的偏離同一水深基準面，造成測深數據不能正確反映測區(qū)的

16、水深變化。因此，為控制水深測量質量，風浪較大時應停止水深測量作業(yè)。對于在風浪較小的情況下有驗潮采集的水深數據，可在內業(yè)時進行濾波削浪處理，減小風浪造成的測深誤差。無驗潮技術測量時由于水深變化量和水位變化量是同時進行的，風浪的影響不影響它們的綜合變化量，即測點的河（海）底高程變化，無需濾波削浪處理。另外，船速的大小除了對定位精度有影響外，對水深測量的質量也比較明顯。船速過快時，測深儀換能器接收到的回聲信號就會大幅減少甚至無法接收，造成測深打印紙上無水深記錄痕跡、一片空白的現象，所謂“欲速則不達”就得到了很好的驗證。但是，船速也不能過慢，太慢就影響測量的進度。根據經驗，船速控制在4 7節(jié)時既能保證

17、水深數據采集的質量，又能保證測量進度。 （4）外業(yè)記錄質量控制。在外業(yè)數據采集時做好相關記錄也是有效控制水下地形測繪產品質量的重要途徑，在條件允許時外業(yè)記錄越細致越方便內業(yè)數據的處理，有益于提高內業(yè)工作的效率和質量。4 結語目前，越來越多的單位或個人加入到水下地形測繪行業(yè)，但由于目前沒有一套針對水下地形測繪質量控制和管理的完整標準的操作規(guī)范，產品質量也良莠不齊。隨著先進的測繪儀器設備、手段的使用以及先進的產品質量管理理念的引進和普及，傳統的質量控制方法和細節(jié)需同步提高和轉換。筆者所在單位經過多年來的實踐，已形成了一套行之有效的質量控制方法和質量管理制度體系，據此，筆者總結了一些質量控制方面的素

18、材，以期與同行進行交流，共同改進水下地形測繪質量控制的流程、方法與手段。參考文獻1 趙建虎.現代海洋測繪m.武漢：武漢大學出版社，20082 任少華等. gps rtk技術在杭州灣大橋橋位地形測繪中的實踐j江蘇測繪，2002（4）3 任少華等. 無驗潮模式下的gps rtk水下地形測量技術j浙江水利科技，2005（2）4 姜小俊等. rtk技術在水下地形測量中的應用-以杭州灣跨海大橋的水下地形為例j南京師范大學學報（工程技術版），20044（2）quality control of underwater topographic survey at the preliminary stagewang lingfeng,zhao guangqian, zhang bingwei(zhejiang surveying institute of estuary and coast, hangzhou, 310008)abstract: this paper introduces completely the production process of underwater topographic survey at the preliminary stage, all the factors of influencing the produc