0 引言

新中国成立以来,辽宁省兴建了大批水利工程,包括大、中、小型水库、水电站、饮水工程、集雨工程等,已建堤防总长达21600 km,初步形成了灌溉、防洪、发电和供水等工程体系,在促进经济发展以及水土资源的保护和改善生态环境等方面起到非常重要的作用。但是,时至今日水利工程管理中如河流冲刷淤积管理、水库动态监测[1]等存在的问题也日益严重。作为辽宁省“十三五”重点专项规划的一项重要工作,是在2016年-2020年期间辽宁省测绘地理信息局拟开展辽宁省大中型水库及大中型河流的1∶2000比例尺水下地形测量工作,为了获取水域部分水下地形数据并与已有陆地部分地形数据进行拼接,获取陆地与水域完整的地形数据,满足环保、水利、渔业交通等部门水系管理信息化建设的需要。

1 项目内容

浑河全长415 km,流域面积11500 km2,多年平均流量45.6 m3/s,水深约6 m-8 m,浑河的河谷时宽时窄,河水含沙量大,河岸不稳定,经常在洪水冲淘下使河岸崩坍,至使河流改道频繁,是一条典型的多泥沙山溪性河流。测区(抚顺-沈阳段)约72 km,1∶2000比例尺水下地形测量项目分水上水下两个部分[2],测量面积134 km2,其中,水域面积约80 km2,陆域面积约54 km2,通过采集内陆水域水下地形数据,与陆地部分地形数据进行拼接,获取陆地与水域完整的地形数据,以实现水下地形数据和陆地地形数据无缝连接,项目的实施主要包括外业和内业两个部分,外业部分包括水下地形测量以及外业陆域调绘工作,内业部分包括陆域数据的立体采集、陆域数据编辑、水下数据编辑以及与陆域数据接边、地形图缩编与入库。

以苗栗县大湖农庄（大湖草莓产业园）为例，研究合作机制对精致化农业和乡村旅游的关键作用。以草莓种植和草莓主题系列农产品及文创产品为主的大湖案例，引发最多思考的是大湖农会。大家在协同工作的机制上建立农会，并由农会统一完成会员筛选、利益分配、常规工作、产品设计、推广营销，遭遇重大自然灾害时由农会出面与相关部门沟通协调，为受灾地区争取补偿。整个大湖草莓园的整体产品设计体系、推广营销渠道、品牌形象建设等工作，都由农会整合各单位资源、形成合力，集中一切力量进行开展。大湖园区的草莓主题商品，从产品设计包装到现场消费场景都呈现出清新、文艺、可爱的画面感，非常容易激起消费者的购买欲。

2 水下地形测量实施

1∶2000比例尺水下地形测量项目的主要难度在于我省没有完整测量水下地形的先例,本次任务在省内为第一例,经过多次分析论证,确定了使用无人测量船对近岸、浅滩以及一些危险区域进行水下地形测量[3]、采用单波束测深仪对较窄的河道进行水下地形测量;使用MAGENEX DT101多波束测深仪和GNSS接收机连接,获取剩余较大水域水下地形测量数据,完成完整的水下测量数据采集系统,采用GNSS实时定位技术[4],获取每个测量点的平面坐标及实时水面高程,加上测深仪所测得的水深,可以获得完整的水下点位三维坐标,实现无验潮水下地形测绘。

表1 相同水深不同船速下的水下高程精度统计表

水深/m船速/kn456789105±6.1cm±9.4cm±13.1cm±23.7cm±26.2cm±54.5cm条带数据出现漏洞数据不可用10±10.3cm±13.4cm±19.7cm±24.1cm±29.3cm±59.0cm条带数据出现漏洞数据不可用15±11.4cm±15.3cm±24.4cm±29.6cm±43.4cm±60.1cm条带数据出现漏洞数据不可用20±12.5cm±14.4cm±23.2cm±30.4cm±40.7cm±62.0cm条带数据出现漏洞数据不可用25±11.7cm±13.5cm±24.8cm±34.8cm±69.0cm条带数据出现漏洞条带数据出现约50%漏洞数据不可用30±13.4cm±15.4cm±24.4cm±36.4cm±67.2cm条带数据出现漏洞条带数据出现约50%漏洞数据不可用

3 多波束测深系统的应用分析

多波束测深系统能够对水下地形进行全覆盖测量[5],MAGENEX DT101多波束测深仪在此项目中,承担着最重的水下地形测量工作量,如何在不影响测量精度的前提下,提高水下地形测量的生产效率、节约成本、提高测量效率,我们通过一系列实验，完成了确定最优船速、不同的水深选择相应的波束入射角等生产技术研究。

3.1 IMAGENEX DT101多波束测深仪最优船速研究

根据本次工程设计要求,由表1可知,水深≤10 m时,选择8 kn船速;10 m<水深≤20 m时,选择6 kn或6.5 kn船速;20 m<水深≤30 m时,选择6 kn船速。

如表1可知:船速过快,中央波束覆盖区域周围会出现空白区,无法实现纵向全覆盖并且空白区域随船速的增加而增大,必将影响测量成果质量。因此,只有选择适当船速,才能在兼顾全覆盖测量的同时,有效提高测量效率。

水下地形测量不同于陆地测量的是测量仪器是在运动状态下完成测量,这就要求有效控制测量船的船速。船速过快,换能器接收不到回波,无法获取水深值;船速过慢,势必影响测量效率。在不影响测量精度的原则下,确定其最优船速并进行测量,可以提高生产效率,节约成本。

3.1.2 IMAGENEX DT101多波束测深仪最优船速的测定

根据实验结果,在本工程实施过程中,不同的水深选择相应的船速,大大提高了测量效率。

珩磨轮也有不同性能等级的区分。我们推荐根据以下几点来选择珩磨轮的规格：①前序的加工工艺及质量要求；②齿轮的材质和硬度；③加工余量；④齿轮的质量要求；⑤珩齿设备。

3.1.1 船速对水下地形测量的影响

首先,利用IMAGENEX DT101多波束测深仪以3 kn的速度、100°的扇形开角对不同水深的水下地形进行水下高程测量,所获得的数据作为对比的基础数据。然后分别以100°的扇形开角,4 kn至10 kn不同的七种速度对同一水深的水下地形进行水下高程测量,分别选取条带中央区域的数据与基础数据进行对比,进行数据精度统计和分析,确定不同水深下的最优测量船速。

3.2 IMAGENEX DT101多波束测深仪最优波束入射角研究

3.2.2 IMAGENEX DT101多波束测深仪最优扇形开角的测定

硼酸锂盐熔融分解样品得到的试片为无定形晶格，属于过冷的液体，俗称玻璃体，故硼酸盐熔融制备出的样品片称为玻璃片。熔片分析除了能较好地消除粒度效应和矿物效应外，还可以添加基准物质(标准样品)、稀释、均匀化样品，因此，广泛用于测量准确度要求较高的样品分析。在XRF熔片分析中，存在于玻璃片中的被测组分受光源发射的X光激发产生X荧光，其X荧光强度只与受激发区域内被测组分的含量相关，与玻璃片中其他处的被测组分无关。这同光度分析一样，吸光度只与单色光照射区域的溶液中有色物质的浓度相关。

从古至今，描写大自然风光的文学作品不计其数，但更多的是借助对自然风景的描绘去抒发个人情感，把自然当作心灵的寄托，在作品中自然多为一种意象的存在，缺少对人与自然的关系的关注。“只有伴着现代工业和现代科学技术、物质文明迅速发展,人类生存与自然环境因形形色色的污染破坏而变得恶劣的严峻的今天,才应运而生当下新时代‘大自然文学'。”⑧刘先平最早提出“大自然文学”概念，也是我国最早的大自然文学创作者，刘先平所创作的大自然文学不同于以往，他是使用文学的方式唤醒人与自然的和谐统一关系，大自然文学是热爱生命的文学。

多波束测深仪的波束入射角(扇形开角)的大小对水下地形测量有很大的影响,波束入射角越大,并且随着水深的增加,扫测宽度就越大,测量效率就越高。但是随着波束入射角的变大,水深的增加,边缘波束的数据质量较低。因此,确定不同水深下的最优波束入射角可以大大提高水下地形测量效率。

3.2.1 多波束测深仪扇形开角对水下地形测量的影响

倍加福作为世界领先的传感器制造公司，拥有齐全的工业传感器产品系列，包括根据需要为客户设计专用型产品，对电感式传感器、超声波传感器、光电式传感器、旋转编码器、安全光幕和防爆传感器等各类传感器都有特别的研究。倍加福在技术上始终处于国际领先地位，并有高度自动化的制造、生产能力，建立了全球70多个国家强有力的销售、服务网络，保证最快最优服务，满足用户的要求。

首先利用IMAGENEX DT101多波束测深仪以相同船速,分别用100°、110°、120°的波束入射角对水深10 m、20 m、30 m的水下地形进行测量。然后利用IMAGENEX DT101多波束测深仪再以同一船速,利用中央波束对已测量过的边缘波束进行检测,并进行精度统计。

如表2可知：相同水深的情况下,波束入射角增大,边缘波束数据质量降低;波束入射角相同的情况下,随着水深的增加边缘波束数据质量降低。

根据本次工程设计要求,由表2可知,当水深小于10 m时,波束入射角选择为120°;10 m<水深≤20 m时,波束入射角选择为120°;20 m<水深≤30 m时,波束入射角选择为110°。

表2 边缘波束精度统计表

水深/m边缘波束波束入射角100°110°120°10左侧±20.7cm±22.6cm±23.2cm右侧±19.7cm±19.9cm±20.1cm20左侧±22.2cm±23.7cm±26.7cm右侧±23.4cm±25.4cm±27.9cm30左侧±24.4cm±26.6cm±35.2cm右侧±22.8cm±23.7cm±34.4cm

根据实验结果,在本工程实施过程中,不同的水深选择相应的波束入射角,大大提高了测量效率。

4 结束语

通过IMAGENEX DT101多波束测深仪提高水下地形测量效率的生产技术研究,得到了在不影响精度的前提下,根据不同的水深选择相应的船速、不同的水深选择相应的波束入射角的结论来提高测量效率,保证成果质量,为以后的测量工作提供了经验,根据实际需求,从效率和精度的角度选择最优实施方案。

参考文献

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[4] 李晓晨,刘文国,董温荣.GNSS定位技术在水下测绘中的应用[J].工程建设,2016(12):8-9.

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