水下地形測繪前期的質(zhì)量控制

1、水下地形測繪的前期質(zhì)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(chǎn)的流程及在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在的影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素、產(chǎn)生原因等，并提出了相關(guān)質(zhì)量控制的方法及途徑。關(guān)鍵詞：水下地形測繪、前期階段、質(zhì)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(shù)據(jù)采集后以圖形、數(shù)據(jù)形式表示水下地貌特征的一項基礎(chǔ)性服務(wù)工作。其產(chǎn)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(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于關(guān)系國計民生的各行各業(yè)。比如，水利資源開發(fā)利用、農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)、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(shè)、防汛抗險等。正因為水下地形測繪在國家生產(chǎn)和人民生活中發(fā)揮著巨大的作用，其產(chǎn)品質(zhì)量的控制必須引起高度重視?，F(xiàn)代水下地形測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是多儀器多設(shè)備、多數(shù)據(jù)、多階段、多人員的交互過程，影響水下地形測繪產(chǎn)品的因素是多方面的繁雜交織網(wǎng)，存在于生產(chǎn)過程的每一個環(huán)節(jié)，因而質(zhì)量控制過程是一個復(fù)雜和繁瑣的過程。為了有效控制水下地形測繪產(chǎn)品的質(zhì)量，從前期的基礎(chǔ)工作開始就要貫徹實施質(zhì)量控制。2 影響水下地形測繪產(chǎn)品質(zhì)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(shù)設(shè)計、策劃階段（2）人員安排、儀器設(shè)備準(zhǔn)備階段（3）外業(yè)數(shù)據(jù)采集階段不同的測繪項目要求有不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在前期工作的每個環(huán)節(jié)中都存在影響質(zhì)量控制的因素，所以，水下地形測繪前期的質(zhì)量控制應(yīng)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(zhì)量的因素?，F(xiàn)在已進入數(shù)字水下地形測繪階段，新技術(shù)、新儀器、新設(shè)備的引入和使用導(dǎo)致了水下地形測繪產(chǎn)品生產(chǎn)流程和方式的根本改變，因此影響水下地形測繪產(chǎn)品質(zhì)量的因素與以往也發(fā)生了相應(yīng)的變化。主要可以概括為技術(shù)人員的技能水平因素、儀器設(shè)備影響因素、外業(yè)數(shù)據(jù)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(zhì)量的因素，就能很好地實

4、施前期質(zhì)量控制，以下分階段具體介紹。3 水下地形測繪前期階段質(zhì)量控制的方法途徑 3.1技術(shù)設(shè)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(jù)業(yè)主要求，參考規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)上的設(shè)計安排或策劃。此階段的質(zhì)量控制非常關(guān)鍵，控制住了此階段的質(zhì)量元素也就控制了影響水下測繪產(chǎn)品質(zhì)量的源頭。此階段的質(zhì)量控制出了問題，下面的環(huán)節(jié)也就會隨之出現(xiàn)質(zhì)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(zhì)量，可以從一下幾點進行把握。（1）以顧客為關(guān)注焦點，明確顧客的各項要求，做到在可執(zhí)行范圍內(nèi)盡量滿足顧客對產(chǎn)

5、品的要求，并在技術(shù)設(shè)計中給予充分考慮，把各項要求明確寫入技術(shù)設(shè)計書或者測繪任務(wù)書，指導(dǎo)項目組進行生產(chǎn)。（2）實行項目評審和技術(shù)設(shè)計書、測繪任務(wù)書的校對審核制。一個項目要做什么、該怎么做需要相關(guān)人員進行必要的溝通和討論，這就要求每個技術(shù)設(shè)計策劃的相關(guān)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(zhì)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(xiàn)質(zhì)量問題，在技術(shù)設(shè)計中任何人都有可能出現(xiàn)某些設(shè)計策劃編寫中的缺陷。所以，經(jīng)過評審的項目方案由相關(guān)設(shè)計部門或技術(shù)人員編寫好后還要經(jīng)過一定程序的校對和審核，以保障技術(shù)設(shè)計書或測繪任務(wù)書中編寫的內(nèi)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(yīng)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(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)的已知控制點應(yīng)布局合理、結(jié)構(gòu)強度好，而且架設(shè)基準(zhǔn)站的控制點應(yīng)離測區(qū)盡可能的近，根據(jù)筆者單位多年的經(jīng)驗，即使使用目前性能較好的儀器，(比如天寶公司生產(chǎn)的gps)當(dāng)測船離開基準(zhǔn)站5公里以上時，gps rtk接收機也會經(jīng)常發(fā)生差分信號失鎖現(xiàn)象，坐標(biāo)解算值不能固定。2）有驗潮水下地形測量時水位站的布設(shè)合理與否是影響質(zhì)量的主要因素，為了能較好地控制水位觀測質(zhì)量，水位站布置應(yīng)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(yīng)滿足最大潮高差不大于1m、最大潮時差不大于2h，潮汐性質(zhì)基本相同；c. 無沙洲、淺灘阻隔，無壅水、回流現(xiàn)象；d. 不直接受風(fēng)浪、急流沖擊影響，不易被船只碰撞；e. 能牢固設(shè)置水尺或自記水位計，便于水位觀測和水準(zhǔn)測量。（5）合理布設(shè)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(zhì)量，應(yīng)根據(jù)測區(qū)內(nèi)水面的寬窄、水流緩急等情況，在實地布設(shè)一定數(shù)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(yīng)不小于45,必要時應(yīng)平行于岸線布設(shè)測深線。對于內(nèi)河航道，測

8、深線應(yīng)垂直于河流流向、航道中心線或岸線方向；彎曲河段可設(shè)為扇形；對流速大、橫向測深線布設(shè)有困難時，可布設(shè)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(wǎng)或養(yǎng)殖網(wǎng)箱等，不能按測線測深，可根據(jù)情況在測船能到達的地方采用散點法測量水深。根據(jù)規(guī)范要求，為檢查測深是否存在粗糙或系統(tǒng)差，需布置一定數(shù)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(yīng)布設(shè)1條重合測深線，同一測深組不同時期測深的相鄰測段應(yīng)布設(shè)兩條重合測深線。（6）為確保設(shè)計質(zhì)量，必要時進行測區(qū)踏勘。3.2人員安排、儀器設(shè)備準(zhǔn)備階段水下地形測繪多，產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品生產(chǎn)的過程是各環(huán)節(jié)人員相互協(xié)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(zhì)量，任何一個人身上出了質(zhì)量問題，整個產(chǎn)品質(zhì)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(fù)責(zé)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(zhì)量。儀器設(shè)備是數(shù)據(jù)采集的工具，其對產(chǎn)品質(zhì)量的影響是最直接的。儀器都需經(jīng)過檢定檢驗合格，各項技術(shù)指標(biāo)需經(jīng)過檢核后方能出庫使用。3.3外業(yè)數(shù)據(jù)采集階段此階段為水下地形測繪產(chǎn)品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的重中之重，此環(huán)節(jié)的質(zhì)量如果把握不好，嚴(yán)重的要導(dǎo)致返工甚至在后續(xù)的工程項目建設(shè)中出現(xiàn)工程事故，因此外業(yè)采集時必須抱著嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的工作態(tài)

10、度，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，減小測量誤差。此階段的質(zhì)量控制包括測點定位觀測質(zhì)量控制、水位觀測質(zhì)量控制和水深觀測質(zhì)量控制。測點定位和水位觀測質(zhì)量控制分有驗潮和無驗潮模式講述。此階段的質(zhì)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(shù)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(shù)據(jù)有效記錄格式設(shè)置為rtk固定解。為保證成果的質(zhì)量，利用無驗潮模式作業(yè)時需驗證轉(zhuǎn)換參數(shù)及基準(zhǔn)站設(shè)站的正確性，在已知點上進行三維坐標(biāo)比測，此步驟必不可少。這里涉及基準(zhǔn)站的架設(shè)和定位儀的安裝誤差控

11、制，作業(yè)時須嚴(yán)格將基準(zhǔn)站儀器對中整平、精確量取基準(zhǔn)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(yīng)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(shù)據(jù)不能固定甚至發(fā)生“飛點”現(xiàn)象。所以，大比例尺測圖作業(yè)時應(yīng)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(zhǔn)站通過無線電

12、發(fā)射的經(jīng)過差分修正的gps衛(wèi)星定位信號實現(xiàn)測深點定位，同時在測區(qū)合理布局設(shè)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(yīng)選擇實時差分定位解。影響水位觀測質(zhì)量的因素除了設(shè)計階段水位站位置的選取有關(guān)外，水位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)記錄中斷、抄錄其他水位站資料的質(zhì)量問題等造成質(zhì)量缺陷。在水位觀測時應(yīng)充分考慮各方面的因素，嚴(yán)格控制水位觀測質(zhì)量。為了控制這些因素造成的質(zhì)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(yīng)按時間規(guī)定

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

14、使用不當(dāng)將會徒勞而返。比如，在水深流急區(qū)域、水底地形復(fù)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(shè)置是保證水深觀測質(zhì)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(shè)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(shù)據(jù)，同時利用回聲測深儀測定一組水深數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)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(shè)置有問題，經(jīng)驗證無誤、差值

15、在允許范圍內(nèi)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(zhì)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(jù)經(jīng)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(yīng)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(fēng)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(zhǔn)面，造成測深數(shù)據(jù)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(zhì)量，風(fēng)浪較大時應(yīng)停止水深測量作業(yè)。對于在風(fēng)浪較小的情況下有驗潮采集的水深數(shù)據(jù)，可在內(nèi)業(yè)時進行濾波削浪處理，減小風(fēng)浪造成的測深誤差。無驗潮技術(shù)測量時由于水深變化量和水位變化量是同時進行的，風(fēng)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(zhì)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(xiàn)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(jù)經(jīng)驗，船速控制在4 7節(jié)時既能保證

17、水深數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，又能保證測量進度。 （4）外業(yè)記錄質(zhì)量控制。在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時做好相關(guān)記錄也是有效控制水下地形測繪產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑，在條件允許時外業(yè)記錄越細(xì)致越方便內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，有益于提高內(nèi)業(yè)工作的效率和質(zhì)量。4 結(jié)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(zhì)量控制和管理的完整標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量也良莠不齊。隨著先進的測繪儀器設(shè)備、手段的使用以及先進的產(chǎn)品質(zhì)量管理理念的引進和普及，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法和細(xì)節(jié)需同步提高和轉(zhuǎn)換。筆者所在單位經(jīng)過多年來的實踐，已形成了一套行之有效的質(zhì)量控制方法和質(zhì)量管理制度體系，據(jù)此，筆者總結(jié)了一些質(zhì)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(zhì)量控制的流程、方法與手段。參考文獻1 趙建虎.現(xiàn)代海洋測繪m.武漢：武漢大學(xué)出版社，20082 任少華等. gps rtk技術(shù)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(shù)j浙江水利科技，2005（2）4 姜小俊等. rtk技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用-以杭州灣跨海大橋的水下地形為例j南京師范大學(xué)學(xué)報（工程技術(shù)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