主要水下地形测量技术及应用

水下地形测绘是海洋测绘科学技术的重要组成部分，是海道、河流、湖泊测量的主要内容，因此水下地形测量是海缆路由勘察中最重要的勘察内容。所谓水下地形测量，就是利用测量仪器来确定水底点的三维坐标的过程，也就是说水下地形测量最基本的工作是定位和测深。人类最早是用竹竿测量水深的，后来发展为用一端带有重物的绳索测水深，但当水深较大时，采用这种方法就很不方便，也不精确。20世纪30年代，回声测深仪问世，替代了传统的测深绳，使海洋测深技术发生了根本性变革。60年代由于单波束测深仪测深精度和分辨率进一步提高以及软硬件技术的发展，使海底地形测量的技术手段有了很大提高。70年代开始，出现了多波束测深系统，随着电子技术、计算机技术，特别是高精度GPS定位技术的完善，多波束技术也得到了迅速发展，并广泛应用于海洋工程勘察中。

随着科学技术的发展，新方法和新设备不断出现，深度测量技术发生了根本性的变革，水下地形测量技术的发展与其测深手段的不断完善紧密相关，目前主要经历了以下阶段：

1.原始测量阶段

采用竹竿测量水深。这是将标有分米分划的测杆，直接插入水底量测水深的方法。由于其劳动强度大并受使用测杆长度的限制，一般只适宜于测5m以内的浅水，水域的流速也不得大于1m/s，水深流急之处是无法用测杆施测的。杆测的精度比较高，一般均能满足规范规定的±0.1～±0.2m的要求。杆测水深方法虽然简单落后，却是浅水区测深精度最高的方法。

砣测（或绳深）。这是在测绳下端牢系测深锤，将它投入水底，根据测绳的入水长度测得水深的简便方法。但其劳动强度大且不适于水深流急之处。因为在流速大的水域，测绳会从中漂移，所测的水深值偏大，故一般适于流速小于1m/s、水深小于15m的测区使用。而在深水急流中，测深是用测深铅鱼安装在测船的绞绳下进行，但该法既笨重又难操作，还要做测深绞绳的偏角改正等计算工作，精度较难控制，测量效率也很低。

2.回声单波束测量阶段(www.xing528.com)

声波是目前唯一可利用的能够在水中远距离传播的能量形式，因此声波作为在水中进行探测和通信的主要手段，在海洋监测、海洋工程、海上军事作战、海洋科学研究等方面发挥着不可替代的作用。采用回声测深仪测量水深是测深的划时代飞跃，从此可以进行测深连续记录，但测深仪的缺点是：它们是单波束，这样在有些网格之间就没有水深数据，靠此数据网格所形成的测深图会影响航行安全，有可能将礁石以及其他影响航行安全的障碍物漏测掉而导致事故。同时，单波束的测深仪器测量范围小，速度慢，效率低，对大面积的水深测量尤其是航道、海底全覆盖测量来讲，测量效率太低。

3.多波束全覆盖测量阶段

与铅垂或单波束回声测深仪等每次测量只能获得测量船正垂下方一个测点的深度数据相比，多波束探测每发一次声波就能获得多达数百个海底测点的深度数据，把测深技术从“点-线”测量变成“线-面”测量。多波束系统采用条带式测量方式全覆盖、高精度地对海底地形进行测量，可精确地反映海底微地形，它与传统的单波束回声测深仪相比，在数据采集自动化、勘察效率和测量分辨率方面有了极大的飞跃。特别是20世纪90年代以来，随着定位技术、电子技术和其他技术的发展，各种高精度的浅水多波束系统相继推出，使多波束技术更广泛地应用于各种海缆工程勘察中，发挥着越来越重要的作用。国际海道组织（IHO）在1994年9月摩纳哥会议上制定了新的水深测量标准，规定高级别的水深测量必须使用多波束全覆盖测量技术。进入21世纪后，随着旧多波束测深系统的老化以及多波束新技术的推出，多波束测深系统的更新换代已经展开，高精度、高覆盖、高波束数的多波束系统开始广泛应用于海洋工程测量、海底资源与环境调查以及海底目标勘测等领域，现已成为海洋勘测不可或缺的首选科学设备之一。

虽然随着各种学科技术的发展，现在也出现了更多的水下地形测量技术，特别是机载激光测深。与传统的船载声学测深系统相比，机载激光海洋测深有如下优点：①不受地域限制，在浅海区、礁滩区或群岛区域，机载激光测深系统不被浅水或陆地所阻碍；②测深精度和几何分辨率高，由于激光脉冲可以压缩到很窄的时间宽度内，向水中以纳秒级的脉宽发射，所成数据质量好；③节约测量时间，由于光的传播速度快，可以快速进行大面积的水域测深。当然，由于激光的主要传输路径是海水这一特殊的光学介质，海水的光学衰减效应、空间效应使得激光测深的海底回波信号非常微弱。因此，机载激光测深也有其缺点，激光传输距离有限，测深的深度受到一定限制，在深海水域仍需采用多波束测深仪等传统测深技术。可见，激光测深的作用目前是用做补充现代舰船海洋测深能力的不足，暂时还替代不了声学测探仪，因此在目前实际路由勘察作业中主要还是以传统声学测深技术为主，即单波束水下测量和多波束水下地形测量。