陳立軍，楊柏?zé)?/p>

(1.杭州市蕭山區(qū)浦陽(yáng)江流域管理處，浙江 杭州 311251;2.杭州市蕭山區(qū)義蓬街道辦事處，浙江 杭州 311225)

1 問(wèn)題的提出

傳統(tǒng)的水利工程水域測(cè)量中，往往采用經(jīng)緯儀極坐標(biāo)法定位，測(cè)深桿量測(cè)水深，采用水位數(shù)據(jù)進(jìn)行水下地形測(cè)點(diǎn)高程的確定。這種測(cè)量方法測(cè)量精度低、效率低，且難以控制測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)平面高程精度。GPS RTK(Real Time Kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))技術(shù)是GPS測(cè)量的一種模式，能夠在指定的坐標(biāo)系中進(jìn)行精確定位，達(dá)到厘米級(jí)的三維定位精度。在水域測(cè)量中，將GPS RTK技術(shù)與聲納測(cè)深技術(shù)相結(jié)合，能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)定水下地形，在相應(yīng)軟件的支持下，可快速繪制相應(yīng)的水下地形圖。

蕭圍東線標(biāo)準(zhǔn)塘工程位于蕭山區(qū)東部濱江地區(qū)，北起二十工段閘，南至東江閘，總長(zhǎng)10.426km。經(jīng)蕭發(fā)改投資【2013】787號(hào)文件批準(zhǔn)，概算總投資為5.92億元。本文以蕭圍東線標(biāo)準(zhǔn)海塘塘前水域測(cè)量為例進(jìn)行介紹。

2 基本原理

GPS RTK結(jié)合聲納測(cè)深儀測(cè)量水下地形，核心部分是把GPS移動(dòng)站和測(cè)深儀同時(shí)安裝在船上，將GPS移動(dòng)站天線直接安裝在測(cè)深儀換能器的正上方，使定位中心與測(cè)深中心重合，結(jié)合GPS測(cè)得的定位坐標(biāo)與測(cè)深儀測(cè)得的水深數(shù)據(jù)可解算水下目標(biāo)點(diǎn)的位置水深 (見(jiàn)圖1)。測(cè)量過(guò)程中，在GPS測(cè)定天線坐標(biāo)和高程H的同時(shí)，測(cè)深儀測(cè)量定位點(diǎn)的水深，將解算獲得的換能器底部高程 (H-H1)減去測(cè)深儀測(cè)量的經(jīng)過(guò)水位改正的水深H2，得到水下定位點(diǎn)的高程 (見(jiàn)圖2)，換能器的水平坐標(biāo)即定位點(diǎn)的水平坐標(biāo)。圖2中，H1為GPS接收器至換能器之間的距離 (m);H2為水下測(cè)量定位點(diǎn)至換能器之間的水深 (m)。

圖1 儀器設(shè)備安裝示意圖

圖2 定位點(diǎn)高程換算示意圖

3 工程實(shí)施

3.1 測(cè)前準(zhǔn)備

首先建立了6個(gè)起算點(diǎn)XWDX1～6，使用的儀器為萊卡1200系列GPS接收機(jī)1臺(tái)，采用杭州CORS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)設(shè)，每次觀測(cè)2個(gè)時(shí)段，每段觀測(cè)時(shí)間20s，第二日重復(fù)觀測(cè)。取2d WGS84坐標(biāo)的均值進(jìn)行CORS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件得出西安80系坐標(biāo)，高程測(cè)量觀測(cè)按四等水準(zhǔn)測(cè)量要求測(cè)設(shè)，采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)成果。

在GPS手薄上采用經(jīng)典三維法建立坐標(biāo)系，計(jì)算7參數(shù)的值，在一體化測(cè)深儀上建立任務(wù)，設(shè)好坐標(biāo)系、投影、圖定義及計(jì)劃線。GPS數(shù)據(jù)采集設(shè)置:條件為固定解(RTK);方式:時(shí)間間隔5s，距離5m。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水溫確定聲速，在錢(qián)塘江水域聲速可采用1500m/s。

3.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

在船上安置測(cè)深儀的換能器。測(cè)深儀換能器安裝在距船頭1/3～1/2船長(zhǎng)處，深度入水下1～2m為宜，可避免發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和航行中的浪花對(duì)聲吶回波造成干擾。在測(cè)深儀換能器正上方安裝GPS流動(dòng)站天線，安裝完畢后，進(jìn)行GPS和測(cè)深儀一體機(jī)的連接，保證2臺(tái)儀器同步工作正常。打開(kāi)測(cè)深儀軟件，設(shè)置好GPS接收機(jī)、一體化測(cè)深儀及聲吶端口，記錄設(shè)置、接收機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀吃水、聲速、頻率等配置、天線偏差改正及延遲校正后，就可以進(jìn)行外業(yè)測(cè)量。

3.3 數(shù)據(jù)處理

外業(yè)的數(shù)據(jù)用相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行后期處理，矯正或者刪除錯(cuò)誤的水深取樣點(diǎn)，形成所需要的南方CASS數(shù)據(jù)格式，在南方CASS上繪制相應(yīng)比尺的水域地形圖。

3.4 質(zhì)量控制

在作業(yè)組自檢互檢基礎(chǔ)上，由專(zhuān)職檢查員進(jìn)行過(guò)程檢查，過(guò)程檢查必須做到數(shù)據(jù)100%全面檢查，技術(shù)部對(duì)測(cè)繪成果進(jìn)行最終檢查，外業(yè)抽樣檢查比例不少于30%，內(nèi)業(yè)100%全面檢查。

4 影響數(shù)據(jù)質(zhì)量因子

在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)，影響測(cè)量精度主要在3個(gè)方面，即測(cè)點(diǎn)的定位、水深測(cè)量和水位控制。其高程異?，F(xiàn)象和風(fēng)浪等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響。在GPS RTK與聲吶測(cè)深技術(shù)水下地形測(cè)量中，定位精度為厘米級(jí)，能滿(mǎn)足常規(guī)測(cè)量比例1:500(測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位控制在0.75m精度內(nèi))及以下各種比例尺對(duì)測(cè)點(diǎn)的精度要求，故影響數(shù)據(jù)質(zhì)量只有2方面的誤差，首先是瞬間水位控制;其次是測(cè)深。瞬間水位控制是指測(cè)量船在測(cè)量過(guò)程中受波浪的影響，造成船體不平而使聲波回測(cè)誤差增大，這就要求測(cè)量船在測(cè)量過(guò)程中，保持平穩(wěn)和水平，減小誤差。測(cè)深的誤差主要采取測(cè)量前后測(cè)量聲速，對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，減少誤差。

5 結(jié)語(yǔ)

GPS RTK結(jié)合測(cè)深儀進(jìn)行水深測(cè)量與傳統(tǒng)水下測(cè)量作業(yè)模式相比較，在技術(shù)上進(jìn)步明顯，首先，定位精度高。采用GPS RTK測(cè)量，定位精度為厘米級(jí)，比傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀交會(huì)極坐標(biāo)法在測(cè)量精度上高出一個(gè)數(shù)量級(jí);其次，作業(yè)效率高。采用該作業(yè)模式，只需2人在船上就可以完成數(shù)據(jù)采集，并可根據(jù)計(jì)算機(jī)的顯示來(lái)判別數(shù)據(jù)采集的密度，并對(duì)需要進(jìn)行補(bǔ)測(cè)的區(qū)域及時(shí)補(bǔ)測(cè)。傳統(tǒng)的作業(yè)模式至少需要7人，對(duì)大面積水域的水下地形測(cè)量作業(yè)，將測(cè)量數(shù)據(jù)整理完畢后，才發(fā)現(xiàn)有些區(qū)域測(cè)量點(diǎn)位密度不夠或存在漏測(cè)現(xiàn)象，需重新進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，且補(bǔ)測(cè)的區(qū)域不易控制，造成測(cè)量外業(yè)效率低下;最后，受天氣等客觀條件影響較小，GPS目前可全天候作業(yè)，在風(fēng)、雨、雪等天氣條件下，均可正常工作。GPS RTK結(jié)合聲吶測(cè)深進(jìn)行水深測(cè)量，是目前水下地形測(cè)量的主要方式，優(yōu)點(diǎn)明確，在未來(lái)水利工程水域測(cè)量作業(yè)中，將更加普及。

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