張興國 ，吳大鵬，王洪

(1.濟南市勘察測繪研究院，山東濟南 250013; 2.福建工程學(xué)院，福建福州 350108)

1 前言

城市建設(shè)中，為了提高城市的防洪、蓄洪和航運能力，要疏浚河道、整治航道，需要進行水下地形測量。同樣興建港口、水上運輸、海上采油、海域劃界、海戰(zhàn)保障、海底地殼運動監(jiān)測、地球動力研究等都需要進行水下地形測量?？傊?，水下地形測量在航道、港口、水利、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

RTK與數(shù)字測深技術(shù)的發(fā)展，為實時獲取水下三維信息和實現(xiàn)水下地形測繪自動化提供了條件。應(yīng)用基于CORS的RTK測量技術(shù)不但可以進行平面位置的精確定位，而且還可用來進行水面高程的實時確定，通過測深儀測得水深，進而求得水底高程。

采用這種方法確定的水底高程精度較高，大大提高了工作效率，且自動化程度很高。

2 工程概況

小清河干流綜合治理工程是結(jié)合南水北調(diào)東線膠東輸水干線工程及濟南市城市總體規(guī)劃，配套景觀、生態(tài)、旅游休閑、交通等工程建設(shè)項目，建成集多種功能于一體的城市景觀河道。綜合治理工程主要由防洪除澇、景觀、交通、通航、治污、補水和其他各項市政設(shè)施等七部分組成，玉清湖沉沙池工程是小清河治理工程的重要組成部分。本工程是對玉清湖沉沙池西南角地區(qū)進行水深測量。測區(qū)位于玉清湖水庫以北，玉清湖水庫二號泵站內(nèi)。測量區(qū)域水深為1 m～8 m。

3 測量基本原理

3.1 JNCORS 系統(tǒng)簡介［6］

濟南市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(JNCORS)作為“數(shù)字濟南”地理空間基礎(chǔ)框架的重要組成部分，采用的是天寶(Trimble)公司虛擬參考站技術(shù)——VRS技術(shù)系統(tǒng)，設(shè)有濟南市勘測院、商河、濟陽、齊河、章丘、平陰和柳埠7個基準站，相鄰站間距最長為79 km，最短為27 km，平均為50 km。JNCORS系統(tǒng)各基準站使用新型接收機，可以同時接收GPS(包括L2C信號)和GLONASS衛(wèi)星信號，實現(xiàn)了衛(wèi)星定位系統(tǒng)由GPS向GNSS的轉(zhuǎn)變;采用扼流圈天線，滿足氣象和地震等部門的基準站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范，部分基準站可升級為國家級的GNSS跟蹤站、國家地殼形變監(jiān)測的基準站;數(shù)據(jù)中心采用虛擬參考站技術(shù)的GPSNet實時動態(tài)用戶采用GPRS/CDMA與數(shù)據(jù)中心連接。

3.2 基于CORS的RTK與數(shù)字測深儀集成技術(shù)原理［3，5］

數(shù)字測深儀是一種用于水庫、江河、湖泊及淺海進行水深測量的便攜式測深記錄器，適用于水文、勘察、航道及碼頭疏浚等行業(yè)的精密測量及水深數(shù)據(jù)輸出，采用先進的數(shù)字信號處理DSP技術(shù)、水底門跟蹤技術(shù)于一體，使儀器能在惡劣的水文環(huán)境和地貌情況下，得到精確、真實、穩(wěn)定的水聲數(shù)據(jù)。標準的RS232/RS485串口使儀器能和計算機通訊。

RTK結(jié)合回聲測深儀測量水下定位點坐標與高程的方法，是將RTK流動站天線直接安裝在測深儀換能器的正上方，這樣可以保證在測量的過程中，RTK測量的點位與測深儀測量的水下點位在同一鉛垂線上。測量過程中，在RTK測定換能器底部坐標、高程的同時，測深儀測定了定位點的水深，將RTK測量的高程減去測深儀測量的水深，得到水下定位點的高程。如圖1所示，換能器的坐標即是定位點的坐標。

圖1 水下定位點高程測量原理

水下定位點的高程H計算公式為:

式中:H1為換能器底部的高程;H2為換能器測量定位點至換能器之間的水深。

4 數(shù)據(jù)采集

4.1 施測前數(shù)據(jù)檢驗

為了保證測量結(jié)果可靠，利用JNCORS系統(tǒng)，檢測C級GPS點CPI4009，檢測數(shù)據(jù)如下:

檢驗結(jié)果精度符合要求，可以進行實測。

4.2 具體施測

使用儀器:天寶R4型GPS接收機、中海達HD－310測深儀各一臺。首先利用測深儀和鋼尺分別測定水深，根據(jù)其差值改正聲速參數(shù)，直至二者一致。然后連接測深儀與RTK，并將其固定在船上，控制好船速，保證船的傾斜較小，即可實時測量。

5 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成果輸出

將記錄的水深數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格中，然后將RTK測量的高程與對應(yīng)的水深數(shù)據(jù)進行處理，得到水底高程。結(jié)合RTK所測平面坐標，形成所需要的三維坐標(X、Y、H)。把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為南方CASS軟件所要求的DAT數(shù)據(jù)文件，然后利用南方CASS 9.0對野外數(shù)據(jù)進行處理，最后編輯成圖，如圖2所示。

圖2 玉清湖水廠沉沙池湖底標高測量工程圖

土方量計算:土方量計算根據(jù)甲方要求，中間壩內(nèi)部分按照平場進行計算，其他均按現(xiàn)狀與一期進行比較，算出二期差值。計算使用南方CASS 9.0軟件提供的方格網(wǎng)法進行土方量計算，方格網(wǎng)寬度采用0.5 m×0.5 m。計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 玉清湖水廠沉沙池圍堰土方量計算工程圖

6 技術(shù)結(jié)論

(1)克服了單參考站RTK對數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗?，也更好地解決了多路徑效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。

(2)基于JNCORS系統(tǒng)的RTK與數(shù)字測深集成技術(shù)應(yīng)用于水下地形測量，改變了傳統(tǒng)的RTK測量作業(yè)模式，實現(xiàn)了作業(yè)的高精度、高效率、全天候，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了人力，真正實現(xiàn)了水下地形測量的自動化、數(shù)字化、內(nèi)業(yè)及外業(yè)一體化的作業(yè)流程。

(3)由于水下測量環(huán)境復(fù)雜，因而對精度的控制是水深測量作業(yè)中關(guān)鍵，在實踐當中要對誤差進行嚴格的控制，嚴格遵守測量規(guī)范，改進操作細節(jié)，力求把作業(yè)環(huán)境對精度的影響降到最低。

(4)如果能購買或是自己研發(fā)一體化的水深測量系統(tǒng)，將會使外業(yè)工作更加直觀，增強數(shù)據(jù)的可靠性。

［1］吳恒友.GPS-RTK與數(shù)字測深集成技術(shù)在水庫水下地形測量中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟，2009，15(11):1025～1027.

［2］呂繼書，萬仕平，李瑋.GPS結(jié)合測深儀水下地形測量原理與應(yīng)用［J］.天然氣與石油，2010，28(2):50～51.

［3］鈄春紅.數(shù)字測深儀結(jié)合 GPS-RTK在庫區(qū)清淤中的應(yīng)用［J］.中國水運，2011，11(3).

［4］GB50026－2007.工程測量規(guī)范［S］.

［5］曾嘉.GPS-RTK技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2009(17):51～52.

［6］劉成寶，牛守明，劉曦燦.濟南市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)測試及分析［J］.城市勘測，2010(2):68～70.