一、GIS的應用
　　GIS是一種為了獲取、存儲、模擬、檢索、分析和顯示空間數據而建立的計算機化的數據管理系統。這里的空間數據是指采用不同方式的遙感與非遙感手段獲得的數據,它有多種數據類型,包括地圖、遙感、統計數據等,它們的共同特點是都有確定的空間位置。GIS的處理對象是空間實體,其處理過程正是依據空間實體的空間位置與空間關系進行的。它的主要功能遍歷數據采集-分析-決策-應用的全部過程;它的應用領域是地理、規劃與管理等許多行業。
　　隨著信息技術的飛速發展,傳統的水下地形測量數據管理、分析方式越來越無法滿足現代海洋測繪的發展需要,引入GIS技術推進水下地形測量數據現代化管理勢在必行。利用GIS實現對水下地形測量數據的管理,可以加速水深測繪的信息化進程。利用GIS空間分析手段從數據庫中提取地形、地貌、水文特征、航運狀況等數據進行處理變換和綜合分析,獲取相關的知識,并以圖形形式直觀地加以表達為確定規劃建設方案提供科學的決策輔助信息。
　　GIS在水下地形測量數據管理及分析中的應用,主要目的有兩個,一是實現大量測量數據及輔助數據的存儲管理有序性,二是利用GIS強大的空間分析功能實現測量數據的分析。圖1總結了GIS在水下地形測量數據管理及分析中的應用的框架,空間數據存儲在GIS自有的空間數據庫中,相關的輔助數據、屬性數據可以存儲在關系型數據庫中。下面詳細闡述具體實現過程。
　　
　　圖1GIS在水下地形測量數據管理、分析的應用框架
　　1．水下地形測量數據管理
　　水深、水下地形測量涉及的數據可以歸納為兩個部分,一是原始數據,二是處理數據,處理數據是在原始數據的基礎上產生的。原始數據主要包括:利用RS,GPS常規測量等測量手段獲取野外數據;利用數字測深儀測量的水深數據等。處理數據主要包括:水深點位的三維坐標,數字高程數據(DEM),水深值等。
　　上文已經討論目前采用文件形式來管理水下地形測量數據存在著諸多不便,及GIS在數據存儲管理中存在優勢,現有的GIS平臺數據庫有關系型數據庫(MapInfo)、面向對象的地理數據庫(ArcGIS-Geodatabase)等,將水下地形測量數據、屬性數據錄入GIS數據庫,可以實現水下地形測量數據及屬性數據高效存儲與管理。
　　2．基于GIS的水下地形數據分析
　　水下地形分析是工作中重要的一個環節。在獲取了大量數據之后,要針對這些數據進行加工處理,生成有用的信息,即是水下地形分析。水下地形測量常做的數據分析有:等值線生成,數字高程模型建立,工程計算,利用DEM進行沖淤分析,疊置分析,緩沖區分析,任意剖面線生成、模擬水下飛行等等。
　　體積和表面積的計算在工程量計算、水庫淹沒分析等應用中非常重要。通常采用近似的方法計算體積,利用GIS平臺軟件,結合已有的數據可以實現指定區域土體體積和表面積的計算。
　　利用DEM進行沖淤分析。在分析水下地形中經常關心的是同一地方不同時間的沖淤量問題,為生產和研究提供依據。可以充分利用上述建立的DEM模型(直接建立或者直接從數據庫打開的模型數據),確定需要作比較的兩期數據,利用它們的DEM模型,將兩個DEM模型疊加相減,得出差數值即是比較的結果。在利用模型疊加分析時,重點注意以下兩個方面的問題:①模型相疊加的條件并不是任意兩個DEM模型都可以疊加,兩個模型需要具有可以相比的條件,即二者必須有相同的格網參數。這樣兩個模型的格網便可以完全對應起來,同時具有內插值的格網點便可以直接相減,得到對應格網所需的差值,否則對應格網點就得不到差值。②沖淤量的計算通常采用斷面法,即通過斷面的面積與間距相乘累加得到。
　　緩沖區分析。緩沖區分析是通過對點、線、面目標劃出的一定范圍的緩沖區域進行分析,以判斷它們的影響范圍。例如碼頭的選地址,要考慮它對周圍環境的影響,包括運輸、儲運等,此時可以將碼頭看作一個點給出緩沖區半徑,進行緩沖區分析。GIS中的緩沖區分析或稱buffer操作是GIS空間分析操作中的一個重要的模塊,利用GIS軟件可以很容易實現緩沖區分析。
　　模擬水下飛行。在三維水下數字地形模型的基礎上,用戶可以模擬水下飛行對工程區進行多方位觀察,自由設置觀察飛行路線和角度,從而為更好的分析水下工程環境、確定水下工程位置提供了親臨其境的觀察條件。
　　二、水下地形測量
　　1．測深設備的安裝使用
　　我們采用的中海達HD-27測深儀,測深儀在使用前應進行動態、靜態比對試驗。測深儀一般安裝在測量船的中舷處,因為中舷處在航行中吃水線變化最小,測深儀換能器以安裝在水下50cm至船底略高位置為宜,但要避免被測區水下漁網和雜物碰撞。測深儀設置包括吃水深度設置,聲速設置。
　　2．斷面線的布設
　　在水下測量過程開始前先要在測深儀進行水下測深斷面線的布設,斷面線要求垂直水流方向布設,斷面線間距為40m,在河道轉彎處進行適當的加密。
　　3．基準站的設立
　　為了在保證在測量過程中能快速及高精度的固定解,基準站應該符合一下要求:(1)GPS-RTK基準站宜選擇在等級控制點上,也可以選擇在測區中心區域臨時固定點上;(2)用電臺進行數據傳輸時,基準站宜選擇在測區相對較高的位置;(3)用移動通信進行數據傳輸時,基準站必須選擇在測區有移動通信接收信號的位置;(4)對于需長期和經常使用的基準站,宜埋設有強制歸心的觀測墩;(5)在基準站應該設在開闊的地域,在仰角10°的范圍內因沒有遮擋物。
　　4．水下地形測量
　　水下地形測量應根據天氣、風浪、潮汐等情況,合理安排時間,當風浪較大,氣候惡劣,影響人身,儀器安全的時候應停止測量。在測深儀里將上述求得的七參數設置在測量軟件里,并進行已知控制點的校核,在校核無誤后方可進行測量。
　　為了保證測量的精度,還應注意:RTK流動站的接收機天線應與換能器在同一垂線上,并保證在RTK固定解的情況下進行施測。測定測量斷面線時,應先將測量船導航至斷面位置,在按指定的間距進行測點定位與測深,在測深儀中進行記錄,并實時修正船的航向。
　　三、需要注意的問題
　　1．基準站一般應選在周圍視野開闊，避免在截止高度角15°以內有大型建筑物；避免附近有干擾源，如高壓線、變壓器和發射塔等；不要有大面積水域；為了讓基準站差分信號能傳播的更遠，基準站一般應選在地勢較高、地質條件好、點位穩定、易于保存的地方，同時顧及施測的便利，盡可能利用原有的標石觀測墩。
　　2．考慮到測點平面位置與測深儀水深值的同步問題，以及GPS所測的水面點與測深儀所測水下點是否重合的問題。因此，要求GPS接收天線和測深儀的探頭安裝在一條垂線上，而接收GPS的定位信號和測深儀所接收的測深信號必須同步，否則都要進行相應的改正。探頭一般要求安裝在船的側邊，以免后面的浪花影響測深的精度。
　　3．測船速度的確定。測量船的航速是一個直接影響測量成果的重要因素。航速過快，會造成接收GPS的定位信號和測深儀所接收的測深信號同步性減弱，點位坐標精度急劇下降，從而影響水下地形測繪的精度，而過慢時，會造成測量數據過多過密，使后期數據處理過程過于繁瑣，影響效率。所以船速要選擇合適，既要保證測量精度，又保證采集數據真實有效的反映實際地形。
　　四、結論與建議
　　（1）RTK應用于水下地形測量是一種理想的作業方式，在工程測量中應大力推行。
　　（2）在通視條件較差的地區，應用RTK測量，可以減少測站轉點數量，加快測量速度，從而提高工作效率并保證質量。
　　（3）RTK的無線電數據鏈在樹木較多地區或高坎下，工作鏈接質量較差，求得固定解的時間較長,操作人員需要耐心，不能以浮點解替代固定解。