第三章水下地形測(cè)繪

1、 第三章第三章 水下地形測(cè)繪水下地形測(cè)繪本章主要內(nèi)容： 1、水下地形測(cè)繪精度要求與技術(shù)設(shè)計(jì) 2、測(cè)點(diǎn)平面位置的測(cè)定 3、水深測(cè)量 4、水位觀測(cè)與水位改正 5、水深測(cè)量數(shù)據(jù)處理與成圖水下地形測(cè)繪的目的：水下地形測(cè)繪的目的： （1）建設(shè)現(xiàn)代化的深水港，開發(fā)國(guó)家深水岸段和）建設(shè)現(xiàn)代化的深水港，開發(fā)國(guó)家深水岸段和沿海、河口及內(nèi)河航段，已建港口回淤研究與防治等沿海、河口及內(nèi)河航段，已建港口回淤研究與防治等需要高精度的水下地形圖。需要高精度的水下地形圖。 （2）在橋梁、港口碼頭以及沿江河的鐵路、公路）在橋梁、港口碼頭以及沿江河的鐵路、公路等工程的建設(shè)中也需要進(jìn)行一定范圍的水下地形測(cè)量。等工程的建設(shè)中也需要

2、進(jìn)行一定范圍的水下地形測(cè)量。 （3）海洋漁業(yè)資源的開發(fā)和海上養(yǎng)殖業(yè)等都需要）海洋漁業(yè)資源的開發(fā)和海上養(yǎng)殖業(yè)等都需要了解相關(guān)區(qū)域的水下地形。了解相關(guān)區(qū)域的水下地形。 （4）海洋石油工業(yè)及海底輸油管道、海底電纜工）海洋石油工業(yè)及海底輸油管道、海底電纜工程和海底隧道以及海底礦藏資源的勘探和開發(fā)等，更程和海底隧道以及海底礦藏資源的勘探和開發(fā)等，更是離不開水下地形圖。是離不開水下地形圖。續(xù)續(xù) （5）江河湖泊及水庫(kù)區(qū)域的防洪、灌溉、發(fā)電和污）江河湖泊及水庫(kù)區(qū)域的防洪、灌溉、發(fā)電和污染治理等離不開水下地形圖這一基礎(chǔ)資料。染治理等離不開水下地形圖這一基礎(chǔ)資料。 （6）在軍事上，水下潛艇的活動(dòng)、近海反水雷作戰(zhàn)）

3、在軍事上，水下潛艇的活動(dòng)、近海反水雷作戰(zhàn)兵力的使用、戰(zhàn)時(shí)登陸與抗登陸地段的選擇等，其相兵力的使用、戰(zhàn)時(shí)登陸與抗登陸地段的選擇等，其相關(guān)區(qū)域的水下地形圖使作戰(zhàn)指揮人員關(guān)心的資料。關(guān)區(qū)域的水下地形圖使作戰(zhàn)指揮人員關(guān)心的資料。 （7）從科學(xué)研究的角度上看，為了確定地幔表層及）從科學(xué)研究的角度上看，為了確定地幔表層及物質(zhì)結(jié)構(gòu)、研究板塊運(yùn)動(dòng)、探討海底火山爆發(fā)與海嘯物質(zhì)結(jié)構(gòu)、研究板塊運(yùn)動(dòng)、探討海底火山爆發(fā)與海嘯等，也需要水下特殊區(qū)域的地形圖。等，也需要水下特殊區(qū)域的地形圖。 （8）為了進(jìn)行國(guó)與國(guó)之間的海域劃界工作，高精度）為了進(jìn)行國(guó)與國(guó)之間的海域劃界工作，高精度的海底地形圖是必備的。的海底地形圖是必備的。

4、 3-1 3-1 精度要求與技術(shù)設(shè)計(jì)精度要求與技術(shù)設(shè)計(jì)一、精度要求一、精度要求 由測(cè)點(diǎn)的測(cè)深精度和定位精度決定。由測(cè)點(diǎn)的測(cè)深精度和定位精度決定。測(cè)深精度測(cè)深精度目目前有前有海道測(cè)量規(guī)范海道測(cè)量規(guī)范、海洋工程地形測(cè)量規(guī)范海洋工程地形測(cè)量規(guī)范水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范、IHOS-44IHOS-44等標(biāo)準(zhǔn)。下表為等標(biāo)準(zhǔn)。下表為19991999年版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)年版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)海道測(cè)量規(guī)范海道測(cè)量規(guī)范規(guī)定的深度測(cè)量規(guī)定的深度測(cè)量極限誤差。極限誤差。測(cè)深范圍測(cè)深范圍Z/m極限誤差極限誤差/m0Z200.320Z300.430Z500.550Z1001.0Z100Z 2%國(guó)際海道測(cè)量組織 IIHO國(guó)際海道測(cè)量

5、組織 , 對(duì)于對(duì)于定位精度定位精度的要求，通常是根據(jù)測(cè)圖比例尺的要求，通常是根據(jù)測(cè)圖比例尺和項(xiàng)目的特定要求來規(guī)定，基本要求應(yīng)滿足下表規(guī)和項(xiàng)目的特定要求來規(guī)定，基本要求應(yīng)滿足下表規(guī)定：定位中心應(yīng)盡可能與測(cè)深中心一致，當(dāng)二者之定：定位中心應(yīng)盡可能與測(cè)深中心一致，當(dāng)二者之間的水平距離不大于定位精度要求的間的水平距離不大于定位精度要求的1/21/2時(shí)，應(yīng)將定時(shí)，應(yīng)將定位中心歸算到測(cè)深中心。位中心歸算到測(cè)深中心。 測(cè)圖比例尺測(cè)圖比例尺 定位點(diǎn)點(diǎn)位中誤差定位點(diǎn)點(diǎn)位中誤差 圖上限差圖上限差/mm1：200 1：500 2.0 1：5000 1.5 1：5000 1.0 主測(cè)線與檢查線的重合點(diǎn)水深值比對(duì)是主測(cè)

6、線與檢查線的重合點(diǎn)水深值比對(duì)是檢查水深檢查水深測(cè)量的主要指標(biāo)測(cè)量的主要指標(biāo)。主測(cè)線、檢查線點(diǎn)位圖上距離。主測(cè)線、檢查線點(diǎn)位圖上距離1.0 1.0 mmmm內(nèi)的重合深度點(diǎn)深度不符值限差規(guī)定見下表，當(dāng)超內(nèi)的重合深度點(diǎn)深度不符值限差規(guī)定見下表，當(dāng)超限的點(diǎn)數(shù)超過參加比對(duì)點(diǎn)總數(shù)的限的點(diǎn)數(shù)超過參加比對(duì)點(diǎn)總數(shù)的25%25%，或圖幅拼接的，或圖幅拼接的點(diǎn)位水深比對(duì)超限時(shí)應(yīng)重測(cè)。點(diǎn)位水深比對(duì)超限時(shí)應(yīng)重測(cè)。水水 深深 （m）深度比對(duì)互差（深度比對(duì)互差（m）200.4200.02 水深值水深值二、技術(shù)設(shè)計(jì)二、技術(shù)設(shè)計(jì) （一）實(shí)地勘察（一）實(shí)地勘察 主要了解測(cè)區(qū)的社會(huì)情況、自然地理、水文氣主要了解測(cè)區(qū)的社會(huì)情況、自然

7、地理、水文氣象、交通運(yùn)輸、物資器材供應(yīng)、測(cè)船工作及生活條件、象、交通運(yùn)輸、物資器材供應(yīng)、測(cè)船工作及生活條件、測(cè)船?？看a頭及避風(fēng)錨泊條件、測(cè)區(qū)已知控制點(diǎn)和水測(cè)船?？看a頭及避風(fēng)錨泊條件、測(cè)區(qū)已知控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)情況（位置、標(biāo)志類型、保存情況）、水位觀測(cè)準(zhǔn)點(diǎn)情況（位置、標(biāo)志類型、保存情況）、水位觀測(cè)站站位和設(shè)站條件等等。站站位和設(shè)站條件等等。 （二）制定技術(shù)設(shè)計(jì)書（包技術(shù)說明書和圖表）（二）制定技術(shù)設(shè)計(jì)書（包技術(shù)說明書和圖表） 技術(shù)說明書技術(shù)說明書任務(wù)的來源、性質(zhì)、技術(shù)要求，任務(wù)的來源、性質(zhì)、技術(shù)要求，測(cè)區(qū)的自然地理特點(diǎn)，技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)及原有測(cè)量成測(cè)區(qū)的自然地理特點(diǎn)，技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)及原有測(cè)量成果的采用

8、情況；控制點(diǎn)的等級(jí)、標(biāo)石類型及數(shù)量、水果的采用情況；控制點(diǎn)的等級(jí)、標(biāo)石類型及數(shù)量、水深測(cè)量圖幅、測(cè)深面積及障礙物的大致分布情況；作深測(cè)量圖幅、測(cè)深面積及障礙物的大致分布情況；作業(yè)所需的各種主要儀器設(shè)備、器材、船只類型及數(shù)量；業(yè)所需的各種主要儀器設(shè)備、器材、船只類型及數(shù)量；根據(jù)測(cè)區(qū)地理氣象及裝備條件，確立的不同測(cè)區(qū)的作根據(jù)測(cè)區(qū)地理氣象及裝備條件，確立的不同測(cè)區(qū)的作業(yè)效率業(yè)效率測(cè)測(cè)量作業(yè)的工作量、作業(yè)天數(shù)及時(shí)間安排；技量作業(yè)的工作量、作業(yè)天數(shù)及時(shí)間安排；技術(shù)人員選定及分工；作業(yè)方法及注意事項(xiàng)，以及一些術(shù)人員選定及分工；作業(yè)方法及注意事項(xiàng)，以及一些具體技術(shù)指示等。具體技術(shù)指示等。 技術(shù)設(shè)計(jì)書圖表內(nèi)容

9、有：技術(shù)設(shè)計(jì)書圖表內(nèi)容有：控制測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)出控制測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)出已知點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的位置、名稱和等級(jí)；水準(zhǔn)測(cè)量起已知點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的位置、名稱和等級(jí)；水準(zhǔn)測(cè)量起點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的名稱、聯(lián)測(cè)路線、測(cè)量等級(jí)等；水深點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的名稱、聯(lián)測(cè)路線、測(cè)量等級(jí)等；水深測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)出測(cè)區(qū)范圍、測(cè)圖分幅編號(hào)、比例測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)出測(cè)區(qū)范圍、測(cè)圖分幅編號(hào)、比例尺、水位觀測(cè)站名稱和位置及附近重要城鎮(zhèn)和道路尺、水位觀測(cè)站名稱和位置及附近重要城鎮(zhèn)和道路的名稱；海岸地形測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)明測(cè)量比例尺及的名稱；海岸地形測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)明測(cè)量比例尺及實(shí)測(cè)、修測(cè)范圍；附表包括技術(shù)說明書中各種統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)、修測(cè)范圍；附表包括技術(shù)說明書中各種統(tǒng)計(jì)表格等

10、。表格等。（三）測(cè)線布設(shè)（三）測(cè)線布設(shè) 主要考慮測(cè)線間距和測(cè)線方向。主要考慮測(cè)線間距和測(cè)線方向。 測(cè)深線間的距離測(cè)深線間的距離大小應(yīng)顧及測(cè)區(qū)的重要性、水底大小應(yīng)顧及測(cè)區(qū)的重要性、水底地貌特征和水深等因素。對(duì)于單波束水深測(cè)量來說，地貌特征和水深等因素。對(duì)于單波束水深測(cè)量來說，測(cè)線間最大距離要求見下表：測(cè)線間最大距離要求見下表： 測(cè)測(cè) 區(qū)區(qū)圖上測(cè)線間距圖上測(cè)線間距/mm 沿沿 海海1020內(nèi)內(nèi) 河河重點(diǎn)水域重點(diǎn)水域1015一般水域一般水域1520 測(cè)線方向測(cè)線方向的布置對(duì)采用單波束測(cè)深儀或是多波束測(cè)的布置對(duì)采用單波束測(cè)深儀或是多波束測(cè)深儀是不同的。原則上，采用單波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)深儀是不同的。原則

11、上，采用單波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)線應(yīng)垂直等深線方向布設(shè)；采用多波束測(cè)深儀時(shí)，主線應(yīng)垂直等深線方向布設(shè)；采用多波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)線應(yīng)大致平行于等深線方向布設(shè)。測(cè)線應(yīng)大致平行于等深線方向布設(shè)。 為了檢查測(cè)深與定位是否存在系統(tǒng)誤差或粗差，衡為了檢查測(cè)深與定位是否存在系統(tǒng)誤差或粗差，衡量測(cè)量成果的質(zhì)量，需要布設(shè)檢查線，檢查線應(yīng)與主量測(cè)量成果的質(zhì)量，需要布設(shè)檢查線，檢查線應(yīng)與主測(cè)線垂直，分布均勻，分布在較平坦處，檢查線一般測(cè)線垂直，分布均勻，分布在較平坦處，檢查線一般應(yīng)占主測(cè)線總長(zhǎng)的應(yīng)占主測(cè)線總長(zhǎng)的5%10%。一、經(jīng)緯儀前方交會(huì)定位一、經(jīng)緯儀前方交會(huì)定位 兩臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)照準(zhǔn)目標(biāo)、且與水深測(cè)量同步。兩臺(tái)經(jīng)緯儀

12、同時(shí)照準(zhǔn)目標(biāo)、且與水深測(cè)量同步。二、經(jīng)緯儀后方交會(huì)定位二、經(jīng)緯儀后方交會(huì)定位 適合水速較小、測(cè)圖比例尺較小。適合水速較小、測(cè)圖比例尺較小。 三、全站儀定位三、全站儀定位 直接由岸上全站儀測(cè)定目標(biāo)（測(cè)船）的平面位置，直接由岸上全站儀測(cè)定目標(biāo)（測(cè)船）的平面位置，與水深測(cè)量同步。與水深測(cè)量同步。續(xù)續(xù)四、四、GPSGPS定位定位 （一）單點(diǎn)定位（一）單點(diǎn)定位 定位精度為幾米到幾十米，適合小比例尺水下地形定位精度為幾米到幾十米，適合小比例尺水下地形圖的測(cè)繪；圖的測(cè)繪； （二）差分（二）差分GPSGPS定位定位（DGPS）-Differential GPS DGPS系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)臺(tái)（基準(zhǔn)站）的系統(tǒng)主要由基

13、準(zhǔn)臺(tái)（基準(zhǔn)站）的GPS接收機(jī)、接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理與傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)處理與傳輸設(shè)備以及移動(dòng)站以及移動(dòng)站GPS接收機(jī)組接收機(jī)組成。隨著測(cè)船與基準(zhǔn)站距成。隨著測(cè)船與基準(zhǔn)站距離的增加誤差增大離的增加誤差增大1cm/km(非實(shí)時(shí)非實(shí)時(shí))（三）（三） RBN-DGPS定位定位 RBN-DGPSRBN-DGPS就是就是Radio Beacon Differential GPS Radio Beacon Differential GPS 該系統(tǒng)需設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站，以構(gòu)成基準(zhǔn)站網(wǎng)，也稱局域該系統(tǒng)需設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站，以構(gòu)成基準(zhǔn)站網(wǎng)，也稱局域DGPS（LADGPSLocal Area DGPS）。系統(tǒng)利）。系統(tǒng)利用無線電標(biāo)臺(tái)站向

14、移動(dòng)臺(tái)播發(fā)差分改正信息，移動(dòng)臺(tái)用無線電標(biāo)臺(tái)站向移動(dòng)臺(tái)播發(fā)差分改正信息，移動(dòng)臺(tái)用此信息對(duì)其接收的用此信息對(duì)其接收的GPS定位信息進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，定位信息進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，以確定其精確位置。以確定其精確位置。 目前，由交通部在我國(guó)沿海建立的目前，由交通部在我國(guó)沿海建立的RBN-DGPS定位系統(tǒng)可以覆蓋我國(guó)近岸向海約定位系統(tǒng)可以覆蓋我國(guó)近岸向海約400km，向陸地，向陸地約約100km的范圍，定位精度約的范圍，定位精度約25m。（四）（四）WADGPS定位定位 DGPSDGPS定位的精度隨移動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離的增加而定位的精度隨移動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離的增加而降低，降低，LADGPSLADGPS定位系統(tǒng)在覆蓋范圍

15、內(nèi)精度較均勻，但定位系統(tǒng)在覆蓋范圍內(nèi)精度較均勻，但在覆蓋區(qū)域以外，系統(tǒng)也難以保證更高定位精度要求在覆蓋區(qū)域以外，系統(tǒng)也難以保證更高定位精度要求的測(cè)量工作。的測(cè)量工作。廣域差分廣域差分GPSGPS定位系統(tǒng)是一種覆蓋范圍更廣的精密定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)是一種覆蓋范圍更廣的精密定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)站、主站、數(shù)據(jù)鏈和用戶設(shè)備組成。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)站、主站、數(shù)據(jù)鏈和用戶設(shè)備組成。一般的一般的DGPSDGPS提供給用戶的是一組偽距或坐標(biāo)改正數(shù)，提供給用戶的是一組偽距或坐標(biāo)改正數(shù)，而而WADGPSWADGPS提供給用戶的改正數(shù)是每顆可見提供給用戶的改正數(shù)是每顆可見GPSGPS衛(wèi)星的衛(wèi)星的衛(wèi)星星歷和鐘差改正

16、數(shù)，以及電離層延遲參數(shù)。衛(wèi)星星歷和鐘差改正數(shù)，以及電離層延遲參數(shù)。 在在WADGPSWADGPS覆蓋區(qū)域內(nèi)，改正數(shù)的精度比較均勻，可達(dá)覆蓋區(qū)域內(nèi)，改正數(shù)的精度比較均勻，可達(dá)到亞米級(jí)或更高的定位精度。到亞米級(jí)或更高的定位精度。（五）（五）GPS RTK定位定位 GPS RTK定位是一種高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分定位是一種高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分定位技術(shù)，由基準(zhǔn)站、移動(dòng)站及定位技術(shù)，由基準(zhǔn)站、移動(dòng)站及RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈組成。差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈組成。 它的定位原理是它的定位原理是: :將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給移動(dòng)將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給移動(dòng)臺(tái)臺(tái), ,進(jìn)行求差解算移動(dòng)臺(tái)的坐標(biāo)進(jìn)行求差解算移動(dòng)臺(tái)的坐標(biāo)(X(

17、X、Y Y、H) ,H) ,也可以將基也可以將基準(zhǔn)站的載波相位修正值準(zhǔn)站的載波相位修正值( (差分值差分值) ) 發(fā)給移動(dòng)臺(tái)發(fā)給移動(dòng)臺(tái), ,改正移動(dòng)改正移動(dòng)臺(tái)接收到的載波相位臺(tái)接收到的載波相位, ,再解算移動(dòng)臺(tái)的坐標(biāo)再解算移動(dòng)臺(tái)的坐標(biāo)(X(X、Y Y、H) H) 。 采取以上的差分定位方法采取以上的差分定位方法, ,其平面其平面(X(X、Y) Y) 的定位的定位精度可以達(dá)到精度可以達(dá)到2 cm ,2 cm ,而高程而高程H H 的測(cè)量精度可以達(dá)到的測(cè)量精度可以達(dá)到5 cm ,5 cm ,這樣的精度是非常高的這樣的精度是非常高的, ,完全可以滿足大比例完全可以滿足大比例尺的測(cè)圖要求及工程上的應(yīng)用

18、。作用距離尺的測(cè)圖要求及工程上的應(yīng)用。作用距離10-20km10-20km。ZP=ZZ0（Hh） 利用利用GPS RTK定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無水位觀測(cè)的水下地定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無水位觀測(cè)的水下地形測(cè)量。如圖，形測(cè)量。如圖，ZP繪圖水深；繪圖水深；HRTK測(cè)得的相對(duì)基準(zhǔn)測(cè)得的相對(duì)基準(zhǔn) 面的高程；面的高程；H-h 瞬時(shí)水面至深度基準(zhǔn)瞬時(shí)水面至深度基準(zhǔn)面的高度，即水位值面的高度，即水位值（六）無線電定位（六）無線電定位 該方法是根據(jù)距離或距離差來確定測(cè)船位置，具有該方法是根據(jù)距離或距離差來確定測(cè)船位置，具有精度高、操作方便、不受通視和氣候條件的影響。精度高、操作方便、不受通視和氣候條件的影響。 1）圓系統(tǒng)定位

19、）圓系統(tǒng)定位主臺(tái)（測(cè)船）副臺(tái)1副臺(tái)22)雙曲線系統(tǒng)定位雙曲線系統(tǒng)定位(時(shí)間差定位時(shí)間差定位)PABCD3D1D2S1S2CABPCAB2000350030002000250030002500P4000350015000-500-10005001000 如下圖，如下圖，A、B、C是岸上三個(gè)無線電發(fā)射臺(tái)（是岸上三個(gè)無線電發(fā)射臺(tái)（A為主、為主、B、C為副）測(cè)船為副）測(cè)船P設(shè)置無線電定位儀。由解析幾何知，一動(dòng)點(diǎn)到兩設(shè)置無線電定位儀。由解析幾何知，一動(dòng)點(diǎn)到兩定點(diǎn)距離之差為定值時(shí)，其軌跡為雙曲線。定點(diǎn)距離之差為定值時(shí)，其軌跡為雙曲線。 P點(diǎn)至點(diǎn)至A、B兩點(diǎn)距離兩點(diǎn)距離D1=Vt1，D2=Vt2； 距離差：

20、距離差：D2-D1=V（t2-t1）=300 t (V= 300m/s)雙值問題？雙值問題？ 主要有回聲測(cè)深儀、多波束測(cè)深儀及近幾年發(fā)展主要有回聲測(cè)深儀、多波束測(cè)深儀及近幾年發(fā)展起來的機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)。起來的機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)。 測(cè)深桿測(cè)深桿（下部有鐵底板），適用于水深（下部有鐵底板），適用于水深5m以內(nèi)以內(nèi)且流速不大的淺水區(qū)；且流速不大的淺水區(qū)； 測(cè)深繩測(cè)深繩（錘），錘的重量（錘），錘的重量3.5kg5kg，適合水深，適合水深較大的區(qū)域（較大的區(qū)域（20m以內(nèi)）、船速小、水流速小、水以內(nèi)）、船速小、水流速小、水底底質(zhì)較硬的條件。底底質(zhì)較硬的條件。 在測(cè)深桿或測(cè)深繩上一般每在測(cè)深桿或測(cè)深繩上一般

21、每10cm作一標(biāo)記，以作一標(biāo)記，以便讀數(shù)。便讀數(shù)。 原理：測(cè)量聲波由水面至水底往返的時(shí)間間隔，原理：測(cè)量聲波由水面至水底往返的時(shí)間間隔，從而推算出水深：從而推算出水深：H=S+h 其中：其中：S= vt / 2； h換能器吃水參數(shù)。換能器吃水參數(shù)。 v為超聲波在水中的傳播速度，約為為超聲波在水中的傳播速度，約為1500m/sSHh也稱條帶測(cè)深系統(tǒng)也稱條帶測(cè)深系統(tǒng), 單波束測(cè)深儀只能沿測(cè)線測(cè)量水深值，而多波束單波束測(cè)深儀只能沿測(cè)線測(cè)量水深值，而多波束測(cè)深儀是一種能夠一次給出與航向垂直的剖面內(nèi)幾十測(cè)深儀是一種能夠一次給出與航向垂直的剖面內(nèi)幾十個(gè)甚至上百個(gè)水下測(cè)點(diǎn)水深值的測(cè)量?jī)x器。與傳統(tǒng)的個(gè)甚至上百

22、個(gè)水下測(cè)點(diǎn)水深值的測(cè)量?jī)x器。與傳統(tǒng)的單波束測(cè)深儀比較，多波束測(cè)深儀具有測(cè)量范圍大、單波束測(cè)深儀比較，多波束測(cè)深儀具有測(cè)量范圍大、速度快、精度高、記錄數(shù)字化以及成圖自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，速度快、精度高、記錄數(shù)字化以及成圖自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，它把測(cè)深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立它把測(cè)深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立體測(cè)深和自動(dòng)成圖，從而使水下地形測(cè)量技術(shù)發(fā)展到體測(cè)深和自動(dòng)成圖，從而使水下地形測(cè)量技術(shù)發(fā)展到一個(gè)較高的水平。一個(gè)較高的水平。高精度多波束測(cè)深系統(tǒng)具有高精度多波束測(cè)深系統(tǒng)具有“水下水下攝影機(jī)攝影機(jī)”、“水下水下CT”之稱。之稱。 工作時(shí)換能器陣列向測(cè)船航向的垂直方向發(fā)射多工作時(shí)換能器陣

23、列向測(cè)船航向的垂直方向發(fā)射多個(gè)俯角不同的聲波束。每個(gè)波束的水平、垂直開角都個(gè)俯角不同的聲波束。每個(gè)波束的水平、垂直開角都很小，目前國(guó)際上各種型號(hào)的多波束測(cè)深系統(tǒng)很小，目前國(guó)際上各種型號(hào)的多波束測(cè)深系統(tǒng)波束開波束開角角都在都在1 13.53.5之間，波束個(gè)數(shù)在之間，波束個(gè)數(shù)在16-15016-150個(gè)不等，個(gè)不等，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄各個(gè)波束的回波信號(hào)，計(jì)算水深。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄各個(gè)波束的回波信號(hào)，計(jì)算水深。前進(jìn)方向 這樣多波束測(cè)深系統(tǒng)就將單波束測(cè)深儀，測(cè)量船這樣多波束測(cè)深系統(tǒng)就將單波束測(cè)深儀，測(cè)量船每跑一條線只能獲得一條測(cè)深線水深信息，變成能獲每跑一條線只能獲得一條測(cè)深線水深信息，變成能獲取多條線

24、的水深信息。由于聲波在水中的傳播受水介取多條線的水深信息。由于聲波在水中的傳播受水介質(zhì)理化特性的影響，在船正下方左右各質(zhì)理化特性的影響，在船正下方左右各45開角的范開角的范圍內(nèi)，測(cè)深精度較高，超出此范圍，精度將受到不同圍內(nèi)，測(cè)深精度較高，超出此范圍，精度將受到不同程度的影響。另外，從原理上可以看出，多波束記錄程度的影響。另外，從原理上可以看出，多波束記錄的每個(gè)信號(hào)只是反映了該波束水底反射信號(hào)的平均強(qiáng)的每個(gè)信號(hào)只是反映了該波束水底反射信號(hào)的平均強(qiáng)度值。度值。 該系統(tǒng)該系統(tǒng)測(cè)量以帶狀方式進(jìn)行，波束連續(xù)發(fā)射和接測(cè)量以帶狀方式進(jìn)行，波束連續(xù)發(fā)射和接收，測(cè)量覆蓋程度高，對(duì)水下地形可收，測(cè)量覆蓋程度高，對(duì)

25、水下地形可100%覆蓋，與覆蓋，與單波束比較，波束角窄，對(duì)細(xì)微地形的變化都能完全單波束比較，波束角窄，對(duì)細(xì)微地形的變化都能完全反映出來，單波束是點(diǎn)、線的反映，而多波束則是面反映出來，單波束是點(diǎn)、線的反映，而多波束則是面上的整體反映上的整體反映。 由于多波束測(cè)深設(shè)備與常規(guī)單波束回聲測(cè)深儀相由于多波束測(cè)深設(shè)備與常規(guī)單波束回聲測(cè)深儀相比，具有全覆蓋、無遺漏的優(yōu)勢(shì)，在精度、分辨率與比，具有全覆蓋、無遺漏的優(yōu)勢(shì)，在精度、分辨率與水下地形成象質(zhì)量上有大幅度的提高，改變了傳統(tǒng)的水下地形成象質(zhì)量上有大幅度的提高，改變了傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量技術(shù)按比例尺作業(yè)的模式，該系統(tǒng)正在水下地形測(cè)量技術(shù)按比例尺作業(yè)的模式，該系

26、統(tǒng)正在為海洋和內(nèi)河測(cè)繪帶來一次技術(shù)革命，在江河、水庫(kù)為海洋和內(nèi)河測(cè)繪帶來一次技術(shù)革命，在江河、水庫(kù)、湖泊、海洋水下地形測(cè)繪，堤防護(hù)岸，港口、大壩、湖泊、海洋水下地形測(cè)繪，堤防護(hù)岸，港口、大壩監(jiān)測(cè)，海底電纜、管線、隧道以及沉船、水下物體打監(jiān)測(cè)，海底電纜、管線、隧道以及沉船、水下物體打撈搜尋等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。撈搜尋等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 目前有利用水下載人潛水器、水下自治機(jī)器人目前有利用水下載人潛水器、水下自治機(jī)器人(AUV：Autonomous Underwater Vehicle)或或遙控水下機(jī)器人遙控水下機(jī)器人(ROV：Remotely Operated Vehicle)，集成多

27、波束系統(tǒng)、側(cè)掃聲納系統(tǒng)等船，集成多波束系統(tǒng)、側(cè)掃聲納系統(tǒng)等船載測(cè)深設(shè)備，結(jié)合水下載測(cè)深設(shè)備，結(jié)合水下DGPS技術(shù)、水下聲學(xué)定位技術(shù)、水下聲學(xué)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)量的思想和方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)量的思想和方法。 水下機(jī)器人因可以接近目標(biāo)，利用其荷載的測(cè)水下機(jī)器人因可以接近目標(biāo)，利用其荷載的測(cè)量設(shè)備，可以獲得高質(zhì)量的水下圖形和圖像數(shù)據(jù)。量設(shè)備，可以獲得高質(zhì)量的水下圖形和圖像數(shù)據(jù)。目前使用的潛水器以自動(dòng)式探測(cè)器最先進(jìn)，探測(cè)目前使用的潛水器以自動(dòng)式探測(cè)器最先進(jìn)，探測(cè)器內(nèi)裝有水聲定位系統(tǒng)。器內(nèi)裝有水聲定位系統(tǒng)。 四、四、 基于水下機(jī)器人的水下地形測(cè)量基于水下機(jī)器人的水下地形測(cè)量早期的載人潛水器和法國(guó)

28、的Nautile 載人潛水器 一般講，采用水下潛水器進(jìn)行水下地形測(cè)一般講，采用水下潛水器進(jìn)行水下地形測(cè)量工作同用水面船只測(cè)量的手段和方法大致一量工作同用水面船只測(cè)量的手段和方法大致一樣。只是在水下測(cè)量時(shí)，需要測(cè)定潛水器本身樣。只是在水下測(cè)量時(shí)，需要測(cè)定潛水器本身的下沉深度。因此，一般需要使用液體靜力深的下沉深度。因此，一般需要使用液體靜力深度計(jì)和向上方向的回聲測(cè)深儀。度計(jì)和向上方向的回聲測(cè)深儀。 一些技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家在潛水器上安裝了水一些技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家在潛水器上安裝了水下立體攝影機(jī)。這種隨潛水器運(yùn)動(dòng)的水下立體攝影下立體攝影機(jī)。這種隨潛水器運(yùn)動(dòng)的水下立體攝影測(cè)量，在某種程度上同航空攝影地形

29、測(cè)量工作原理測(cè)量，在某種程度上同航空攝影地形測(cè)量工作原理一樣。一樣。 由機(jī)器人深潛水下，在接近水底時(shí)用水下由機(jī)器人深潛水下，在接近水底時(shí)用水下攝影的方式獲得水下目標(biāo)的圖像。攝影的方式獲得水下目標(biāo)的圖像。 由于受水的透明度和照明情況，儀器離海底的由于受水的透明度和照明情況，儀器離海底的高度等因素的局限，水下立體攝影測(cè)量方法效率低高度等因素的局限，水下立體攝影測(cè)量方法效率低和困難較大。和困難較大。 水下攝影測(cè)量 進(jìn)行海底地形測(cè)量，最有前途的方法還是利用進(jìn)行海底地形測(cè)量，最有前途的方法還是利用具有高分辨率的聲學(xué)系統(tǒng)。聲學(xué)系統(tǒng)由超聲波發(fā)射具有高分辨率的聲學(xué)系統(tǒng)。聲學(xué)系統(tǒng)由超聲波發(fā)射器、水聲接收機(jī)和電視

30、顯示器所組成。器、水聲接收機(jī)和電視顯示器所組成。 將多波束、高精度測(cè)深側(cè)掃聲納等聲吶掃測(cè)設(shè)將多波束、高精度測(cè)深側(cè)掃聲納等聲吶掃測(cè)設(shè)備安裝在潛航器上，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底的高精度測(cè)備安裝在潛航器上，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底的高精度測(cè)量，如我國(guó)大洋一號(hào)上的量，如我國(guó)大洋一號(hào)上的6000米水下自治機(jī)器人米水下自治機(jī)器人AUV系統(tǒng)安裝了測(cè)深側(cè)掃聲納、淺地層剖面儀等設(shè)系統(tǒng)安裝了測(cè)深側(cè)掃聲納、淺地層剖面儀等設(shè)備，用于大洋的海底地形地貌調(diào)查。備，用于大洋的海底地形地貌調(diào)查。 水下電視攝像系統(tǒng)、水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)是目前水下電視攝像系統(tǒng)、水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)是目前獲取在水下環(huán)境清晰圖像的主要方法，掃海測(cè)量中，獲取在水下環(huán)境清晰圖

31、像的主要方法，掃海測(cè)量中，配置水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)有助于障礙物性質(zhì)的判斷，配置水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)有助于障礙物性質(zhì)的判斷，提高掃測(cè)能力。提高掃測(cè)能力。 激光測(cè)深的原理與雙頻回激光測(cè)深的原理與雙頻回聲測(cè)深原理相似，從飛機(jī)上向聲測(cè)深原理相似，從飛機(jī)上向海面發(fā)射兩種波段的激光，一海面發(fā)射兩種波段的激光，一種為紅光，波長(zhǎng)為種為紅光，波長(zhǎng)為1064nm，另一種為綠光，波長(zhǎng)為另一種為綠光，波長(zhǎng)為523nm。紅光被海水反射，綠光則透射紅光被海水反射，綠光則透射到海水里，到達(dá)海底后被反射到海水里，到達(dá)海底后被反射回來。這樣，兩束光被接收的回來。這樣，兩束光被接收的時(shí)間差等于激光從海面到海底時(shí)間差等于激光從海面到海底傳

32、播時(shí)間的兩倍，由此可算得傳播時(shí)間的兩倍，由此可算得海面到海底的深度。海面到海底的深度。激光測(cè)深的公式為：激光測(cè)深的公式為： 式中：式中：c 為光速；為光速；n 為海水折射率；為海水折射率； t為所接收紅外光與綠光的時(shí)間差。為所接收紅外光與綠光的時(shí)間差。LIADR測(cè)量原理 五、機(jī)載激光測(cè)深（五、機(jī)載激光測(cè)深（LIDAR）tnc21z 水下地面點(diǎn)豎向位置的描述可以使用與陸地同樣的水下地面點(diǎn)豎向位置的描述可以使用與陸地同樣的高程系統(tǒng)，由此得到水下地形圖。但有時(shí)需要水深描述高程系統(tǒng)，由此得到水下地形圖。但有時(shí)需要水深描述水下地面點(diǎn)豎向位置，則得到用等深線表示的水深圖或水下地面點(diǎn)豎向位置，則得到用等深線

33、表示的水深圖或海圖。水深計(jì)算的起算面稱為深度基準(zhǔn)面。海圖。水深計(jì)算的起算面稱為深度基準(zhǔn)面。 水深圖主要服務(wù)于航運(yùn)，因此深度基準(zhǔn)面的確定非水深圖主要服務(wù)于航運(yùn)，因此深度基準(zhǔn)面的確定非常重要。在我國(guó)海洋、港灣和河口以往主要采用最低潮常重要。在我國(guó)海洋、港灣和河口以往主要采用最低潮面，從面，從1956年開始采用理論深度基準(zhǔn)面（年開始采用理論深度基準(zhǔn)面（理論上可能出理論上可能出現(xiàn)的最低潮面現(xiàn)的最低潮面）；在內(nèi)河及湖泊采用最低水位、平均低）；在內(nèi)河及湖泊采用最低水位、平均低水位或設(shè)計(jì)水位等作為深度基準(zhǔn)面。水位或設(shè)計(jì)水位等作為深度基準(zhǔn)面。 設(shè)計(jì)水位又稱為江河航道設(shè)計(jì)水位，其確定方法主要有三種：設(shè)計(jì)水位又稱

34、為江河航道設(shè)計(jì)水位，其確定方法主要有三種： （1）多年最低水位平均值法。）多年最低水位平均值法。 （2）多年平均保證率法，即取多年日平均水位歷時(shí)曲線上與）多年平均保證率法，即取多年日平均水位歷時(shí)曲線上與通航保證率相應(yīng)的水位。通航保證率相應(yīng)的水位。 （3） 頻率法，如用流量頻率法，即以不能通航的天數(shù)為準(zhǔn)，頻率法，如用流量頻率法，即以不能通航的天數(shù)為準(zhǔn)，在各年流量過程線上找出相應(yīng)的流量作為隨機(jī)變量，繪出理論累在各年流量過程線上找出相應(yīng)的流量作為隨機(jī)變量，繪出理論累積頻率曲線，從其上查處規(guī)定頻率相應(yīng)流量曲線作為設(shè)計(jì)流量，積頻率曲線，從其上查處規(guī)定頻率相應(yīng)流量曲線作為設(shè)計(jì)流量，再在水位流量關(guān)系曲線上查

35、得對(duì)應(yīng)此流量的水位，即為設(shè)計(jì)水位。再在水位流量關(guān)系曲線上查得對(duì)應(yīng)此流量的水位，即為設(shè)計(jì)水位。 水下某地面點(diǎn)水下某地面點(diǎn)A的水深值的水深值SA等于深度基準(zhǔn)面位置等于深度基準(zhǔn)面位置H0與與A點(diǎn)高點(diǎn)高程程HA之差，即之差，即 SA=H0-HA 水位觀測(cè)過程中采用以水位觀測(cè)過程中采用以“點(diǎn)點(diǎn)”帶帶“面面”的水位的水位改正方法，水位改正方法主要有單站水位改正法、改正方法，水位改正方法主要有單站水位改正法、線性內(nèi)插法、水位分帶法、時(shí)差法和參數(shù)法等。線性內(nèi)插法、水位分帶法、時(shí)差法和參數(shù)法等。 水位改正水位改正單站水位改正法單站水位改正法 為求得不同時(shí)刻的水位改正數(shù)，一般采用圖解法和為求得不同時(shí)刻的水位改正數(shù)

36、，一般采用圖解法和解析法。解析法。 圖解法就是繪制水位圖解法就是繪制水位時(shí)間曲線圖，橫坐標(biāo)表示時(shí)時(shí)間曲線圖，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示水位改正數(shù)。間，縱坐標(biāo)表示水位改正數(shù)。 解析法就是利用計(jì)算機(jī)以觀測(cè)數(shù)據(jù)為采樣點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式解析法就是利用計(jì)算機(jī)以觀測(cè)數(shù)據(jù)為采樣點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式內(nèi)插來求得測(cè)量時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的水位改正數(shù)的方法。內(nèi)插來求得測(cè)量時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的水位改正數(shù)的方法。 線性內(nèi)插法線性內(nèi)插法 線性內(nèi)插法的假設(shè)前提是兩站之間的瞬時(shí)海面線性內(nèi)插法的假設(shè)前提是兩站之間的瞬時(shí)海面為直線形態(tài)。此法也同樣適應(yīng)三站的情況，其基本為直線形態(tài)。此法也同樣適應(yīng)三站的情況，其基本數(shù)學(xué)模型為：數(shù)學(xué)模型為：（ 兩站水位改

37、正數(shù)模 ）（三站水位改正數(shù)模 ）AABABAsszzzz 三點(diǎn)水位變化在不同時(shí)刻位于同一平面上。水位分帶改正法水位分帶改正法(分帶法分帶法) 水位分帶改正法分為兩站水位分帶改正、三水位分帶改正法分為兩站水位分帶改正、三站水位分帶改正站水位分帶改正(又稱三角分帶又稱三角分帶)。以兩站水位分帶改正法為例來介紹以兩站水位分帶改正法為例來介紹: 水位分帶的實(shí)質(zhì)就是利用內(nèi)插法求得測(cè)區(qū)的水位分帶的實(shí)質(zhì)就是利用內(nèi)插法求得測(cè)區(qū)的水位改正數(shù)，與線性內(nèi)插法不同，分帶所依據(jù)的水位改正數(shù)，與線性內(nèi)插法不同，分帶所依據(jù)的假設(shè)條件是兩站之間潮波傳播均勻，潮高和潮時(shí)假設(shè)條件是兩站之間潮波傳播均勻，潮高和潮時(shí)的變化與其距離成

38、比例。的變化與其距離成比例。分帶條件分帶條件： 當(dāng)測(cè)區(qū)有圖時(shí)，可以判斷主要分潮的潮波傳當(dāng)測(cè)區(qū)有圖時(shí)，可以判斷主要分潮的潮波傳播是否均勻，來確定分帶與否。播是否均勻，來確定分帶與否。 若測(cè)區(qū)無潮波圖時(shí)，可根據(jù)海區(qū)自然地理若測(cè)區(qū)無潮波圖時(shí)，可根據(jù)海區(qū)自然地理( (海海底地貌、海岸形狀等底地貌、海岸形狀等) )條件，以及潮流等因素加以分條件，以及潮流等因素加以分析析。分帶的基本原則分帶的基本原則： 分帶的界線方向與潮波傳播方向垂直。分帶的界線方向與潮波傳播方向垂直。分帶原理分帶原理： 具體分為幾帶是由具體情況決定。兩驗(yàn)潮站之間具體分為幾帶是由具體情況決定。兩驗(yàn)潮站之間的水位分帶數(shù)由下式確定：的水位分

39、帶數(shù)由下式確定：式中：式中：K K 為分帶數(shù)；為分帶數(shù)；z為測(cè)深精度；為測(cè)深精度；為兩驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面重疊時(shí)，同為兩驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面重疊時(shí)，同一時(shí)刻兩驗(yàn)潮站間的最大水位差。一時(shí)刻兩驗(yàn)潮站間的最大水位差。 時(shí)差法時(shí)差法 時(shí)差法水位改正是水位分帶改正法的合理改進(jìn)和補(bǔ)時(shí)差法水位改正是水位分帶改正法的合理改進(jìn)和補(bǔ)充。其所依賴的假設(shè)條件是兩驗(yàn)潮站之間的潮波傳播充。其所依賴的假設(shè)條件是兩驗(yàn)潮站之間的潮波傳播均勻，潮高和潮時(shí)的變化與其距離成比例。均勻，潮高和潮時(shí)的變化與其距離成比例。 時(shí)差法是運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中互相關(guān)函數(shù)的變時(shí)差法是運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中互相關(guān)函數(shù)的變化特性，將兩個(gè)驗(yàn)潮站化特性，將兩個(gè)驗(yàn)

40、潮站A、B的水位視作信號(hào)，這樣研的水位視作信號(hào)，這樣研究究A、B站的水位曲線問題就轉(zhuǎn)化為研究?jī)尚盘?hào)的波形站的水位曲線問題就轉(zhuǎn)化為研究?jī)尚盘?hào)的波形問題，通過對(duì)兩信號(hào)波形的研究求得兩信號(hào)之間的時(shí)問題，通過對(duì)兩信號(hào)波形的研究求得兩信號(hào)之間的時(shí)差，進(jìn)而求得兩個(gè)驗(yàn)潮站的潮時(shí)差，以及待求點(diǎn)相對(duì)差，進(jìn)而求得兩個(gè)驗(yàn)潮站的潮時(shí)差，以及待求點(diǎn)相對(duì)于驗(yàn)潮站的時(shí)差，并通過時(shí)間歸化，最后求出待求點(diǎn)于驗(yàn)潮站的時(shí)差，并通過時(shí)間歸化，最后求出待求點(diǎn)的水位改正值。的水位改正值。 參數(shù)法參數(shù)法 參數(shù)法直接從潮汐水位曲線的整體變化入手，采參數(shù)法直接從潮汐水位曲線的整體變化入手，采用最小二乘擬合逼近技術(shù)，不僅求出兩驗(yàn)潮站的潮時(shí)用最小

41、二乘擬合逼近技術(shù)，不僅求出兩驗(yàn)潮站的潮時(shí)差，還求出了兩驗(yàn)潮站的潮差比和基準(zhǔn)面偏差。差，還求出了兩驗(yàn)潮站的潮差比和基準(zhǔn)面偏差。 基本原理基本原理：令所?。毫钏、B兩站的水位觀測(cè)值為兩站的水位觀測(cè)值為整點(diǎn)整點(diǎn)觀測(cè)值觀測(cè)值hA(i)、hB(i)，則同步觀測(cè)，則同步觀測(cè)N天，便有天，便有24 N個(gè)觀個(gè)觀測(cè)值。兩組觀測(cè)值可畫成兩條水位曲線如下圖：測(cè)值。兩組觀測(cè)值可畫成兩條水位曲線如下圖： 其中，其中，xx為垂直比例系數(shù)，表示兩站間的為垂直比例系數(shù)，表示兩站間的潮差比潮差比( (潮高比潮高比) )； yy為水平延遲系數(shù)，表示兩站間的為水平延遲系數(shù)，表示兩站間的潮時(shí)差潮時(shí)差；z z為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)面偏差。面

42、偏差。zyixhAB)(h 將兩曲線移動(dòng)，并適當(dāng)放大或縮小，使兩個(gè)水位曲線吻將兩曲線移動(dòng)，并適當(dāng)放大或縮小，使兩個(gè)水位曲線吻合。則建立如下數(shù)學(xué)模型：合。則建立如下數(shù)學(xué)模型：兩曲線比較示意圖將上式改為計(jì)算的離散化格式將上式改為計(jì)算的離散化格式：根據(jù)最小二乘原理：根據(jù)最小二乘原理： 其中：其中：F F 為設(shè)計(jì)矩陣，第為設(shè)計(jì)矩陣，第i i 行元素為行元素為 L L為閉合差矩陣，第為閉合差矩陣，第i i 行元素為：行元素為：解出解出x x、y y、z z后，可得關(guān)系值：后，可得關(guān)系值：)241 ()(ihNizyixhAB）（在編制河流縱斷面圖和計(jì)算水面比降時(shí)，需要在編制河流縱斷面圖和計(jì)算水面比降時(shí)，

43、需要河流在同一時(shí)河流在同一時(shí)間的各點(diǎn)水面高程間的各點(diǎn)水面高程，這些高程通常稱為，這些高程通常稱為同時(shí)水位同時(shí)水位（或（或瞬時(shí)水位瞬時(shí)水位、假定水位假定水位）。）。一、測(cè)深斷面線和斷面點(diǎn)的設(shè)計(jì)與布置一、測(cè)深斷面線和斷面點(diǎn)的設(shè)計(jì)與布置 測(cè)深斷面線的方向一般與河流主流或岸線垂直，測(cè)深斷面線的方向一般與河流主流或岸線垂直，在河道轉(zhuǎn)彎處，可布設(shè)成扇形。在河道轉(zhuǎn)彎處，可布設(shè)成扇形。 測(cè)深斷面線一般規(guī)定在圖上每隔測(cè)深斷面線一般規(guī)定在圖上每隔12cm布設(shè)一條，布設(shè)一條，測(cè)深點(diǎn)的間距一般在圖上為測(cè)深點(diǎn)的間距一般在圖上為0.60.8cm，見下表：，見下表：測(cè)圖比例尺 測(cè)深斷面線間距（m） 測(cè)深點(diǎn)間距（m） 等高距

44、 （m） 1：1000 1525 1215 0.5 1：2000 2050 1525 1 1：5000 80130 4080 1 1：10000 200250 60100 1 二、水下地形測(cè)量方法二、水下地形測(cè)量方法 斷面方向的確定：儀器（工具）、目估，一般在岸斷面方向的確定：儀器（工具）、目估，一般在岸上設(shè)立兩個(gè)標(biāo)志進(jìn)行瞄準(zhǔn)定向。上設(shè)立兩個(gè)標(biāo)志進(jìn)行瞄準(zhǔn)定向。 外業(yè)結(jié)束后，內(nèi)業(yè)工作主要內(nèi)容有：外業(yè)結(jié)束后，內(nèi)業(yè)工作主要內(nèi)容有： （1）將外業(yè)測(cè)角和測(cè)深數(shù)據(jù)匯總并逐點(diǎn)核對(duì)；）將外業(yè)測(cè)角和測(cè)深數(shù)據(jù)匯總并逐點(diǎn)核對(duì)； （2）由水過觀測(cè)結(jié)果和水深記錄計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程。）由水過觀測(cè)結(jié)果和水深記錄計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程。

45、 （3）展繪各點(diǎn)位置，注記相應(yīng)高程。）展繪各點(diǎn)位置，注記相應(yīng)高程。 （4）在圖上勾繪等高線或等深線表示出水下地形）在圖上勾繪等高線或等深線表示出水下地形的起伏。的起伏。 （一）（一）：縱斷面是指河底高程沿河長(zhǎng)的變化，：縱斷面是指河底高程沿河長(zhǎng)的變化，一般用縱斷面圖表示。以河長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，河底高程為一般用縱斷面圖表示。以河長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，河底高程為縱坐標(biāo)繪制而成的圖為河槽的縱斷面圖?？v斷面圖表縱坐標(biāo)繪制而成的圖為河槽的縱斷面圖?？v斷面圖表示河流的縱坡和落差的沿程分布。它是推算水流特性示河流的縱坡和落差的沿程分布。它是推算水流特性和估算水能蘊(yùn)藏量的主要依據(jù)。和估算水能蘊(yùn)藏量的主要依據(jù)。 河道縱斷面可用測(cè)

46、量方法作出，在測(cè)出泓線上河河道縱斷面可用測(cè)量方法作出，在測(cè)出泓線上河底若干地形變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的高程與各點(diǎn)之間的距離后，底若干地形變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的高程與各點(diǎn)之間的距離后，以河長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以河底高程為縱坐標(biāo)，即可繪出縱以河長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以河底高程為縱坐標(biāo)，即可繪出縱斷面圖，河道的縱斷面圖可以表示河流的縱坡及落差斷面圖，河道的縱斷面圖可以表示河流的縱坡及落差的沿程分布，也是計(jì)算水能蘊(yùn)藏量的主要依據(jù)。的沿程分布，也是計(jì)算水能蘊(yùn)藏量的主要依據(jù)。 （二）（二）：橫斷面是指垂直于流向的斷面。兩：橫斷面是指垂直于流向的斷面。兩邊以河岸為界，下面以河底為界。分單式及復(fù)式兩種，邊以河岸為界，下面以河底為界。分單式及復(fù)式

47、兩種，單式端面水面寬度隨水深的變化沒有突變點(diǎn)，是連續(xù)單式端面水面寬度隨水深的變化沒有突變點(diǎn)，是連續(xù)變化的，而復(fù)式斷面水面寬度隨水深的變化有突變點(diǎn)，變化的，而復(fù)式斷面水面寬度隨水深的變化有突變點(diǎn)，是不連續(xù)的?？菟谒魍ㄟ^的部分稱基本河槽。在是不連續(xù)的?？菟谒魍ㄟ^的部分稱基本河槽。在洪水期淹沒的部分稱河漫灘。洪水期淹沒的部分稱河漫灘。 河流橫斷面是決定河道過水能力、流速分布、河河流橫斷面是決定河道過水能力、流速分布、河流橫比降和計(jì)算流量的重要因素，是計(jì)算流量的主要流橫比降和計(jì)算流量的重要因素，是計(jì)算流量的主要依據(jù)。依據(jù)。 在已有的地形圖上，沿河道深泓線從上在已有的地形圖上，沿河道深泓線從上游

48、（或下游）某一固定地物或建筑物（如橋、壩、水文站、水游（或下游）某一固定地物或建筑物（如橋、壩、水文站、水位站等）開始起算，向下游（或上游）累計(jì)，量距讀數(shù)取至圖位站等）開始起算，向下游（或上游）累計(jì)，量距讀數(shù)取至圖上上0.1mm。 為了在縱斷面圖上繪出同時(shí)水位線，應(yīng)計(jì)為了在縱斷面圖上繪出同時(shí)水位線，應(yīng)計(jì)算出各點(diǎn)的同時(shí)水位（瞬時(shí)水位）；通常是根據(jù)工作水位（觀算出各點(diǎn)的同時(shí)水位（瞬時(shí)水位）；通常是根據(jù)工作水位（觀測(cè)水位）進(jìn)行換算。如下圖：測(cè)水位）進(jìn)行換算。如下圖：AMBLl2l1HmHmHBhBHBHAhAHA 圖中，圖中，HA、HB和和Hm分別為某一日期上游水位站分別為某一日期上游水位站A，下游水，下游水位站位站B和中間任一水位站和中間任一水位站M測(cè)得的工作水位。測(cè)得的工作水位。 下面介紹如何將下面介紹如何將M點(diǎn)的工作水位換算為另一日期的同時(shí)水位。點(diǎn)的工作水位換算為另一日期的同時(shí)水位。 1、假定各點(diǎn)間落差改正數(shù)的大小與各點(diǎn)的落差成正比。這時(shí)，、假定各點(diǎn)間落差改正數(shù)的大小與各點(diǎn)的落差成正比。這時(shí)，由上游水位站推算由上游