提高三峡船闸运行控制水深测量精度方法探究

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1、提高三峡船闸运行控制水深测量精度方法探究　　【摘要】自2003年三峡双线五级船闸正式投入运行以来，长江航运管理模式及运力结构均发生日新月异的变化，船舶吨位向着大型化和大吃水深度方向发展以满足提高货运能力的需要。三峡船闸的设计通航水深对船舶控制吃水深度的制约影响越来越凸显，充分掌握三峡船闸及引航道水域的设计水深情况，加强对船舶吃水标准的有效控制成为三峡通航的重要课题。主题词：船闸；通航；运行控制水深；测量精度中图分类号：TV文献标识码：A作者简介：高良云（1971年10月——），男，重庆市忠县，长江三峡通航管理局通航安全处通航管理主管，研究方向：通航安全。9

2、概述：在三峡船闸及引航道设计水深不变的情况下，出于通航安全方面的考虑，对船舶吃水深度的控制要求已经精确到厘米级，对水下地形测量精度要求甚至达到1:500的要求。为进一步提升水下地形测量数据的准确性和精确度，消除水深测量误差影响造成实际水深控制的不足，我们对影响水下地形测量精度最大的两项指标（即水位、水深）进行技术处理以达到高、精、准的测量要求。一、传统的水位和水深的处理分析在水下地形测量方法中，对江、河、湖、海等水下地形的测量大多把测量水域相对应的水面理想化为镜面状态，仅做沿水流方向上呈直线变化的简化考虑，采取对该测量面始末断面的水面高程进行取样观测，对两

3、断面之间的水面高程值采取直线内插办法进行模拟，用该方法基本实现了“水位到线”的效果。事实上，在绝大多数情况下，设置水下地形测量点所对应的水位沿流水方向呈非直线动态变化的，以内河测量为例河面的水位是沿河道方向非线性波动变化的，由此建立的虚拟模型也非常难以准确地描述这种非线性波动的变化，测量工程设计方案中若不考虑水流方向上的非线性波动造成的测量误差并对水位测量值进行修正，所引起的测量误差之大也是不言而喻的。另外，从水声学方面考虑，人们习惯上认为声音在水中匀速传播，受外界影响较小或可忽略不计。实际上，水下声速受温度影响比较明显，并且相对于大比例尺测图来说水深测量

4、值的误差也是比较大的。9基于以上因素考虑，我们认为目前传统的水深测量方法难以满足5m以内船闸通航水深测量精度的要求，误差主要来源于测量模型的搭建中存在缺陷，需要研究和采取新的测量方案来对设计测量点的水位和水深测量值进行修正，才能获得更准确的水下高程值。二、水位误差和水深误差的模型研究（一）水位误差模型：9首先，对单波束测深来说，设计一个测量面内所有测量点的测量时间是不可能做到一致的。因为在同一个测量断面上首、末端点的取值时间有先后，其次各断面上所有测量点的采集时间也有先有后。在流水环境下，测量时间先后所造成的水下地形各个设计测量点相应的测深基准（水位值）发

5、生变化。为便于研究分析，我们通常把一个测量面内的所有测量点做网格化处理，横向定义断面，纵向定义断点（测量点），各个断面的第一个断点和最后一个断点分别定义为首、末基准点，把每一个断面的首—首、末—末分别相连形成双边。在时间取值的处理上，同一个断面上各个测量点控制在较短时间间隔内完成，当然，如果时间总和能短到可以忽略水位时变（通常在风力比较小、水情比较稳定的气象条件，用适当的船速快速测量一个断面），这种前提条件下就可以近似地看作水位“零变化”了。在做测量任务设计时，我们考虑同一个断面的测量时间不同步的问题时，可以分别在首、末边上设置水尺或水位仪，用同步计时取值

6、的办法采取内插技术处理消除时间不同步的影响。在处理断面间的时间不同步影响时，也可以采取增设观测点的办法通过内插技术处理其间断面测量时间不同步的影响。通过以上步骤的测量设计，基本能够实现“水位到点”的测量效果，位于该测量面上的任意位置的水位及水深值都能通过完整的数据模型进行关联和计算。1.设计断面内的任意测量点水位计算方法如下：N为设计断面内的测量点总数；n为任意设计测量点序号；H0、HN-1分别为断面首、末端点高程值（可直接用标尺测量，需考虑计时同步）；Ln-1、LN-1分别为第n个测量点和末边端点到首边端点的投影距离；hn为测量点高程值；第n个设计测量点

7、水位模型如下：hn=H0+(HN-1-H0)×Ln-1/LN-1计算公式为：hn=H0+(HN-1-H0)×n/N2.设计断面首（末）基准点的测量主要根据水情变化考虑是否跳过几条断面观测取值，如果发生跳空测水位的情况，对跳过的断面水位基准值要进行计算，方法如下：H0、HM-1为首（末）单边相邻测量断面起始基准点高程值（可测量）；Lm-1、LM-1分别为相邻断面间第m个和最后一个断面基准点到起始断面基准点的投影距离；Hm为首（末）单边任意断面基准点水位值；第m个断面首末基准点的水位模型如下：Hm=H0+(HM-1-H0)×Lm-1/LM-19计算公式为：Hm

8、=H0+(HM-1-H0)×m/M多波束测深仪也称为条带测深仪具有