水下地形测量与水文测验
水下地形靠测深点内插成 DEM，岸上可配机载激光、船上走航测深。水文另挂 ADCP 测流速剖面；测深是声学不是雷达，平面高程依赖 RTK 与 IMU。
水下地形测量与水文测验
水下地形的核心是测水深点，再内插为 DEM。中海达水上水下一体化方案中，岸上采用机载激光，水下由 iBoat BS12 走航测深，HiMAX 输出水下高程模型。水文测验另挂 ADCP 测流速剖面。测深属于声学，不是雷达。平面与高程定位依赖 RTK，姿态依赖 IMU。
参考与延伸阅读：
- 中海达水上水下一体化测量：https://www.zhdgps.com/solutions/shuishagnshuixia
- iBoat BS12：https://www.zhdgps.com/detail/USV-iBoat-BS12
- iBoat BSC 多波束：https://www.zhdgps.com/detail/USV-iBoat-BSC
- iFlow RP9：https://www.zhdgps.com/detail/ADCP-iFlow_RP9
- 多波束测深系统简介：http://www.comra.org/2014-12/26/content_7472494.htm
- NOAA ADCP 说明：https://oceanexplorer.noaa.gov/technology/acoust-doppler/
目录
1. DEM 的含义
DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型） 将地面或湖底的高低，以规则网格上的高程值存储为数字地形。每个格点一个 (Z)，不含树木与房屋。水下 DEM 即库底各位置的高程。
易混淆的术语：DSM 包含树顶与屋顶；DTM 常与 DEM 混用；等深线图是 DEM 的一种表达。大量三维点内插到格网后，可计算库容、水域面积、断面，并与岸上地形拼接。
2. 声学测深原理
可见光、近红外激光、普通航测相机在浑水中衰减很快。声波衰减小，水深采用回声测深：
[ \text{水深} \approx \frac{c \times t}{2} ]
(c) 为水中声速，(t) 为往返时间。再叠加 GNSS、姿态、吃水、水位，才能将「船下深度」转换为地面坐标系高程。
单波束测深仪不是雷达。 雷达使用电磁波，在空气中测距；声呐使用声波，在水中测水深。同一条 BS12 上往往两种载荷并存：水下 200 kHz 单波束为声呐；水面毫米波避障为雷达。
3. 常用测深设备
BS12 标配单频单波束：200 kHz，开角 5°，量程约 0.1–300 m，精度 ±1 cm + 0.1%h，带水温做声速改正。可选双频、小型化多波束、侧扫、ADCP。
| 设备 | 测得内容 | 与 DEM 的关系 |
|---|---|---|
| 单波束 SBES | 船正下方一个水深点 | 测线网格内插，湖库常规地形最常用 |
| 多波束 MBES | 航迹两侧条带上成百上千点 | 高精度 DEM 主力 |
| 侧扫声呐 SSS | 两侧地貌影像 | 观察障碍与纹理，不直接生成高精度 DEM |
| 浅地层剖面 SBP | 底面以下浅层 | 淤积厚度，不是地形面 |
| ADCP | 各层流速 | 主业测流，可顺带底跟踪 |
| 机载绿光激光 | 清澈浅水水底点云 | 补充声学空白，浑水与深水不适用 |
多波束一次得到垂直航向的水深剖面，由「点—线」扩展为「线—面」。中海达小型多波束 iBeam 约 400 kHz、512–1024 波束、量程约 0.2–200 m。
仅有测深仪不够。还需要 GNSS RTK/PPK、IMU 姿态、声速改正、水位或潮位、换能器杆臂与吃水。缺少这些改正，结果只是相对船体的深度。
4. 外业到水下 DEM 的流程
单波束流程大致为：规划测线 → 走航同步记录 GNSS、水深、姿态、水温 → 剔除假回波 → 声速、吃水、水位改正 → 得到 ((X,Y,Z)) → 内插 DEM → 与岸上机载雷达 DEM 拼接。多波束还需要条带拼接、声线跟踪、点云去噪。中海达方案写融合后精度优于 5 cm，用于库容曲线时须以实测为准。
选型：库容断面用单波束；航道港池精细底形用多波束；寻找沉船管线用侧扫；同时需要流量时再挂 ADCP。
5. ADCP 与 iFlow
ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler） 是仪器类别：声学多普勒流速剖面仪。它测量各深度水流速度和方向，并可计算断面流量。水中泥沙、气泡散射声波，由回波频移（多普勒效应）得到沿波束流速，再合成三维剖面。
iFlow 是中海达的 ADCP 系列名称。iFlow RP9 是其中一款多频走航式产品。官方所称「九波束智能变频，自适应水深和流速」指 RP9 的硬件与算法，不是船体自行变频。
官方九波束配置：4 个 3000 kHz 斜波束（浅水高分辨率）、4 个 1200 kHz 斜波束（更深）、1 个 600 kHz 垂直测深。可按水深、流速、浊度调整频率和单元层厚。流速剖面大约 0.05–40 m。入选水利部 2025 先进实用技术目录的报道见中海达新闻页。
BS12 是船，RP9 安装在船底月池。船上 GNSS/IMU 扣除船自身运动后，才得到相对河底的真实水流。
6. RTK 与 IMU
RTK（Real-Time Kinematic） 是 GNSS 的厘米级实时差分：基准站或 CORS 将误差发送给船上移动站。BS12 标称平面 ±8 mm+1 ppm、高程 ±15 mm+1 ppm。PPK 为事后差分，不依赖实时通信。普通单点定位为米级。
IMU（Inertial Measurement Unit） 是惯性测量单元：加速度计和陀螺仪给出横摇、纵摇和短时航向变化。波浪中换能器倾斜时，IMU 将斜测深度改正到铅垂；桥下失锁时短时推算位置。BS12 写 IMU 200 Hz，失锁 30 秒平面约衰减到 1 m 内。
二者合称 GNSS/INS 组合导航：RTK 约束地球坐标系，IMU 补偿零点几秒的晃动。悬停、测深波束改正、ADCP 扣除船速都依赖这一组合。
7. 小结
| 要点 | 结论 |
|---|---|
| 水下地形 | 声学测深（单波束或多波束）加 GNSS/IMU、声速与水位改正，再后处理内插 |
| ADCP | 测流仪器；iFlow RP9 为中海达九波束多频 ADCP |
| 定位姿态 | RTK 提供厘米级位置，IMU 提供船体姿态 |
| 术语 | 测深仪不是雷达 |