城市河道测绘工程关键环节质量影响因素分析

城市河道测绘工程关键环节质量影响因素分析
肖来提.艾麦提
摘要：本文对影响城市河道测绘工程关键环节质量的影响因素进行了探析，力求提高城市河道测绘工程的质量的提升，不足之处恳请同行批评指正。
关键词：城市河道；测绘工程；影响因素；误差

建筑设计,职称评审,高级工程师职称评审
城市河道建设与河道整治是生态城市建设与城市生态恢复的重要组成部分。精确的基础测绘为生态城市建设的科学规划、合理开发提供了技术和数据保障。本文主要探析了城市河道测绘工程关键环节质量影响因素，以求提高测绘工作质量。
一、测量误差
任何测量数据总是包含信息和干扰两部分，采集数据就是为了获取有用的信息，干扰就称为误差，是除了信息以外的部分，要设法予以排除或减弱其影响。
1.1误差来源和分类
误差来源包括三个方面：
1)测量仪器：由于每一种仪器只具有一定限度的准确度，由此观测所得的数据必然带有误差。
2)观测者：由于观测者的感官鉴别能力有一定的局限性，所以在仪器的操作过程中也会产生误差。同时观测者的技术水平、工作态度，也是影响测量数据质量的重要因素。
3)外界条件：测量时的温度、湿度、盐度、风力、大气等因素和变化都会对观测数据产生直接影响。特别是高精度测量，更要重视外界条件产生的误差。观测成果的质量高低客观反映了观测条件的优劣。在客观条件允许的限度内，工作者可以而且必须确保观测成果具有较高的质量。
根据误差对测量结果的影响性质，可分为偶然误差、系统误差和粗差（错误）三类。
偶然误差与系统误差在观测过程中总是同时产生的。系统误差对于观测结果的影响具有累积的作用，应该采用各种方法来消除或减弱其影响。粗差要比偶然误差大许多倍，在一定程度上可以避免；但在高新测量技术如GPS、GIS、RS等自动化数据采集中，需要通过数据处理的方法进行识别和消除影响。
1.2河道测量误差来源
目前河道测量主要由DGPS、测深仪和计算机等设备组成，按照过程中各环节误差来源大致分为：平面控制、高程控制、深度基准控制、测深定位、设备精度、操作者水平等几个方面。从各环节误差因子对整体误差影响程度来看，大小不一。
二、平面控制误差因素
引起平面控制方面误差的主要来源包括控制点误差、测量技术手段引起的误差、坐标转换参数精度等。
2.1控制点误差
随着城市基础建设的发展，城市的平面控制网日趋完善，平面控制点的覆盖基本到位。但是城市河道附近，由于城市建设需要，大多城市河道定位功能由航运向人文景观方向转变，大量的高层建筑物兴起；或者因为航运业的发展使河岸堆场货物承载量不断加大，引起河岸的不均匀沉降也日趋严重；由此引起河道附近控制点发生位移沉降。城市测绘主管部门的基础资料又不可能做到即时更新，对城市河道测绘工程的平面控制点校核提出更高要求。
随着GPS技术的成熟，城市河道测量大多使用RTK技术进行，基准站（控制点）的坐标、高程的误差将影响到所有水下地形的测量精度。基准站的选择要合适，不能置于宜发生多路径效应、电磁干扰及信号被屏蔽的地方。
2.2 GPS系统误差
GPS测量中出现的各种误差按来源大致分为与卫星有关的误差、信号传播误差、观测和仪器误差等三类。
三、高程及深度基准误差因素
高程及深度基准测量误差的来源主要是跨河水准测量的精度控制问题与水位控制精度问题。
3.1跨河水准测量
同平面控制点一样，随着平面控制网的完善，城市的水准点布设也基本做到全覆盖。但是城市河道附近的水准点的不均匀沉降问题必须引起重视，而且由于高级水准点只在河道的一岸；在进行河道测量时经常需要进行跨河水准测量。
跨河水准测量误差要减少的最低程度，一定要按照测量要求严密操作，尽可能选最窄处，两岸的仪器位置、距水面高度、距水边距离尽可能相等，以减小误差。
3.2水位控制
一般情况下，消除原始测深数据中的潮汐因素的方法就是在一定基准控制下对测深数据逐时逐点进行水位改正。城市河道测量的水位控制问题的关键就是基准问题和水位改正问题。这里重点就如何减小水位控制的误差问题进行探讨。
水位站的布设应满足：能充分反映测区的水位变化；无沙洲、浅滩隔阻，无壅水、回流现象；不直接受风浪、急流冲击影响，不易被船只碰撞；能够牢固设置水尺或自记式水位计，便于水位观测和水准测量。在城市河道要注意避开急弯河段，设在码头上的水尺尽可能放在码头外角，可避免被船舶碰撞、又无浅滩隔阻之忧。
水尺的设置应注意：设置应稳固；相邻水尺的重叠部分在内河为0.1~0.2m，沿海不宜小于0.3m；水位站零点宜与深度基准面一致；水尺的设置范围应高于高水位、低于低水位。用瞬时水面法求取水尺间相互关系时，应在水面平静时连续观测水位三次，高差的互差不应大于20mm。
水位观测应做到：观测值精确到10mm，当上下比降断面小于0.2m时，应精确到5mm；水位观测次数要满足规范要求，尤其要注意与测量开始、结束时间的前后关系，注意沿海地区及感潮河段的平潮时间段需要加密观测；水位读数应取波峰、波谷的平均值；读数均应归算到基尺零点上的水位。自记式水位计、水位遥报仪的观测均应满足规范要求，并及时人工校核。
四、测深定位误差因素
引起测深定位误差的关键因素在于外部环境，包括测量船舶的船速、船舶动吃水、设备安装偏差、风浪影响等。
4.1船速影响
在实际测量过程中，船速影响测深精度是一个重要因素，船速过低则测量的工效就低；船速太快则导致精度降低。原因是水深测量是动态的，声波从发射到被接收的时间差里，船舶已行进了一定的距离，必然会导致误差的产生。而且船速过快，会导致测深噪音增大，回波信号变弱，从而影响水深测量。在进行城市河道测量时，因为需要横穿河道，避让来往船只；同时河道的水下地形变化较大；出于安全和精度的考虑，船舶均应尽量慢速航行。
测深延迟效应的问题。因为测深与定位主要依靠测深仪与GPS系统，二者数据采集会因为数据的接口、传输等影响导致不同步，造成测深延迟。近年来，随着计算机技术的发展，数据延迟效应基本得以消除；但在数据采集量极大，如多波束测深、浅底层剖面测量时，还是可能会出现延迟问题。解决测深延迟的主要方法就是控制船速。
比较常用的方法是：在河势平缓地段，取一条固定断面测线，测量船在测线上来回测点比对，根据相邻两点定位时间和距离可算出船速。
4.2船舶动吃水
当使用机动船测深时，因为船舶自重影响，在航行时会造成船舶吃水下沉，必须进行动吃水改正。船型不同、航速不同，船舶动吃水量也不同。
目前测定测深仪换能器动吃水改正数的方法主要有水准仪定点观测法和水准仪固定断面法。
因为实际测深过程中，船速受往来船只、测区地形、水流、风浪等因素影响，造成实际动吃水变化，所以测定的动吃水改正数仅仅是减小测深误差的理论性数据。在实测过程中，要求船舶航行尽可能匀速、慢速，才是减小误差的根本。
4.3风浪影响
测量船舶在航行过程中，由于受到风浪影响引起船体纵横摇摆、上下起伏，使得换能器无法垂直水面，从而影响测深和平面定位精度。目前在受风浪影响较大的海区测量，多采用消波仪等设备，实时测定纵横摇比，直接进行测深数据改正，大大提高了测深精度和工效。
在多波束系统施测中，测定横摇（R）、纵摇（P）和船舶航向三个参数是基本要求。船体坐标是在横摇（R）、纵摇（P）为零的情况下定义的。在施测中横摇、纵摇不仅影响定位数据，产生波束的位置误差，而且造成深度误差，尤其是浅水航道或浅水域的测量需要准确、可靠的数据时应校正P和R对定位和测深的影响。航向误差直接涉及到测点测深的归算问题。为此，在多波束测深系统中配置了高精度的运动传感器和电罗经，其目的就是消除或减弱P和R以及航向角的误差造成的影响。但是运动传感器的补偿校正作用是有限的。纵摇校正在15度范围内其准确度为0.5%；横摇校正在7度范围内准确度为0.25%。所以在测量中还是要强调风浪情况，严格控制水况条件达到运动传感器的限制范围，提高测深精度。
4.4声速改正
实际上水在声学性质上不可能是均匀的，所以声波在穿越不同介质层的时候必然会发生折射，导致声线弯曲。
它们的空间曲线位置反演遵循SNELL定律。通常我们只考虑声速剖面是二维的，即声速剖面是只在垂线方向的一个平面内变化。这样我们只要在垂线方向上最大限度的分层得出精确的声速剖面，以二维的平面几何就可以描述它。但是，声速在同一层上的不同水平位置也有不同。所以对每一个波束来讲弯曲不止发生在垂直方向，也存在于水平方向上。可以看出，声速的误差会同时导致水深和平面位置的误差。
所以在测量中一定要选择合适的声速剖面，归算声线的弯曲。这要求测量者要熟悉测区范围的声速变化情况。拿出合理的声速改正方案。对河道测量来说，不但要划定区域，划定时间，还要掌握潮水的变化特点才能获得高质量的数据。

参考文献：
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