基于线状点云的水深测量精度快速评定方法研究杨松孙慧敏张振军摘要：水下地形测量精度主要采用主测线与检查线的水深比对较差进行评定，但在实际应用时，现有的评定方法不能够准确、快速地进行分析统计，往往耗费大量的人力与时间，也无法合理地表达水深测量的精度。为了能够充分利用检查线数据快速准确地对水深测点进行精度评定，全面合理判定测深点的质量，进而反映水下地形测量的精度，研究提出了一种新方法。该方法融合了GIS空间分析技术，将水下地形测量的主测线以及检查线的水深数据离散为空间点云矢量数据，开发数据处理与检测程序，快速地进行水深测量精度评定。该方法在长江荆州河段水下地形测量中得到应用，显著提高了参与精度评定的有效测点数以及评定效率，更加合理、准确地表达了水深测量数据的质量。关键词：水深测量;检测线;点云;精度评定;長江荆州河段中图法分类号：P229文献标志码：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.07.0190引言水下地形测量是河道勘测工作过程中的一项重要内容，测前需要在测区河道范围内布设主测线和检查线。其中，检查线主要用于对水深测量的精度进行评定，通过比较主测线与检查线的交叉点较差来检验和评估水深测量成果的精度和可靠性[1-2]。目前，按照SL257-2017《水道观测规范》[3]中7.6.8和7.6.9技术要求规定：“水下地形测量时，应在地势较为平坦区域布设一定数量的检查线，检查线的方向应与主测线垂直。单波束测量时，检查线的总长度应不小于主测线总长度的5%;多波束测量时，检查线的总长度应不小于主测线总长度的2%。”规范[4]要求测深检查线与主测深线相交处：当水深小于等于20m时，图上1mm范围内主测线与检测线的水深点水深值比对较差应不大于0.3m;当水深大于20m时，图上1mm范围内主测线与检测线的水深点水深值比对较差应不大于0.015H（相应的水深值）。然而，现有精度检测方法在实际作业中往往遇到以下问题：①满足图上1mm范围内的主测线与检查线的交点个数较少，导致精度检测不准确;②随着比例尺变小，图上1mm代表的实际距离变大，即两比较点的实际距离变大，两点的高程比较的可靠性也降低，往往导致较差粗差率比较高;③仅采用在地形图中进行人为判读获取交叉点的差值，导致精度统计效率较低。国内学者也对水深测量的精度评定方法进行了相关研究：杨梦云[5]研究了影响单波束测深仪测量精度的因素及消除措施;马耀昌等[6]研究了回声测深仪水深测量误差计算，以便提高大水深测量精度;黄珍雄[7]在单波束水下地形测量精度的改进方法研究中，通过重复断面较差、主测线与检查线所产生的交叉点高程较差等因素来评定水深测量的内符合精度;林红[8]在对水深测量数据进行精度评定时采取输出测线上点间距不大于5m，计算主测线和检查线上的测点所确定剖面的交点，通过交点差值进行水深测量精度评定;吴敬文等[9]开发了水深测量质量检查软件，统计图上1mm范围内主测线测点和检查线测点的河底高程差值，解决了人工计算方法效率较低的问题。上述研究方法仅是在现行规范要求下，采用主测线测点与检查线测点重合进行统计，但是，往往并不能恰好存在主测线与检查线测点刚好重合的情况。因此，在现行规范[1]中规定“图上1mm范围内进行搜索”获取检查线上的测点作为评价水深测量精度的重合点，这样降低了水深测量精度统计的可靠性。针对目前在水深测量精度评定方法中存在的问题，本文提出了一种快速进行水深测量精度评定方法：①对主测线与检查线上回声仪测量的线状点云数据进行提取;②采用GIS空间邻近分析技术，快速准确地对水深测量进行精度评定以及成果的输出统计。1水深测量的线状离散点云数据1.1水深测量的原理目前，水深测量的数据获取采用回声测深仪施测，并与DGNSS定位数据同步采集，水深测量采用Hypack软件导航。回声测深仪发射换能器A和接收换能器B之间的距离为S，称为基线（见图1）。发射换能器A以间歇的形式向水下发射频率为20～200kHz的超声波，声波达到水底后，一部分能量被吸收，一小部分能量被反射回来。接收换能器B将反射回来的声振动变为电振荡，通过电路放大、转换后显示并记录水深。[4]式中：H为水面至海底的深度;D为船舶吃水深度...