陆地上的地形测量是通过对各地形要素与测站或传感器之间相对关系的确定而实现的，这个相对关系（相对坐标差与高差或距离与角度）就是根据各地形要素与测站或传感器的距离、角度或方位计算的，有了这些相对关系和属性信息，即可绘制成地形图。为了表示各地形点的绝对位置，必须已知测站或传感器测量瞬间的位置（移动测量时还需知道姿态信息）。水下地形测量（Underwater Topographic Survey）与陆地地形测量原理类似，主要区别在于测距设备的不同，前者一般用声学设备进行测距，后者一般采用光学、电磁波等信号设备实现测距。这是因为光波、电磁波在水中衰减很快，而声波在水中能远距离地传播。

给出一个定义，水下地形测量就是利用测量仪器来确定水底点三维坐标的实用性测量工作。它是海洋测量学的一个重要分支，其任务是完成海洋或江河湖泊的水下地形图测绘工作（陈然，2009）。有鉴于此，如无特别说明，本书后续章节不再区分海底地形测量和水下地形测量。水下地形测量为各种海洋活动提供基础地理信息，其重要性不言而喻，既服务于水域交通运输、港口建设、海上钻井、海域划界和海上军演等经济与军事活动，还为地球形状研究、海底构造和空间特征提供基础性信息。

水下地形测量手段众多，但本质上是相同的，需要同时得到每个水底点的平面位置和高程，通过测量布满测区的无数多个水底点（类似于陆地地形测量的碎部点）就可得到水下地形图，反映水底起伏形态。水下测距通常采用信号单程旅行时间乘以信号传播速度来计算得到。目前声波测距是水下测距最有效的方式，GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）定位导航是水上准确、高效的定位导航方式，“GNSS+测深仪”这种手段在进行水下地形测量中使用广泛，其基本原理是测量载体在GNSS导航仪的辅助下，获取测区内测点的瞬时平面坐标，同时利用测深设备获得相应位置处的水深值。测深方式有两种，一种是计算垂直距离，即水深，另一种是通过斜距和入射角来计算得到水深，从而衍生出两类声学设备——单波束测深仪和多波束测深仪。除声波测距以外，还可采用激光测距方式，相对于前者来说，后者精度高，但水下作用距离有限。(www.daowen.com)

实际作业时，水面是动态变化的，测量载体并不处于一个平衡的状态，声速受到海水中各种因素的影响而发生变化，测量船存在航向变化、姿态变化、吃水变化等问题，所以在测量过程中需要通过其他辅助设备获取测量瞬间测船的位置、方位和姿态等信息，如声速剖面仪、电罗经、姿态仪、GNSS接收机等。除此之外，瞬时水深还受到潮汐变化的影响，需要在水深测量过程中同步验潮，再在数据处理过程中消除潮汐或水位变化的影响，将测点的水深或高程值归算到稳态的垂直基准面上，最后进行数字水底高程模型、水下地形图和各类海图等产品的加工。

早期在没有GNSS定位导航时，水下地形测量技术落后，测量船定位主要采用光学定位和无线电定位技术，很大程度上依赖于人工图板作业，精度差，效率也非常低。随着GNSS定位技术、水声技术和电子计算机技术的发展和大数据时代的到来，全自动化的数字水下地形测量已是现代水下地形测量的主要形式，能够自动采集数据、自动存储数据，具有自动化程度高、速度快、准确程度高等特点，如单波束测深仪、多波束测深系统、机载雷达测深系统等。