尹冬艷

(遼寧省營口市水利事務服務中心，遼寧 營口 115003)

1 概 述

調查區(qū)域位于遼寧省某河道，沿河范圍約1.5km，面積約0.31km2，非法開采有9個沙坑，受公安局刑警大隊委托，對該區(qū)域沙坑內的非法采沙量，砂樁和剩余土量進行了實地調查和計算，由于沙坑分布比較分散，部分沙坑積水較深，由于看不到水下條件，因此很難測量到外業(yè)高程點。

2 技術指標

測繪結果應滿足非法采沙及現(xiàn)有砂樁土方量的計算，考慮到項目面積較小，采用獨立坐標系，以GPS-RTK技術主要用于完成省級網(wǎng)絡CORS站的野外地形數(shù)據(jù)收集。該設備應具有發(fā)送，接收和處理標準差分數(shù)據(jù)的功能[1]，固定誤差以毫米為單位，使用的設備已通過省級認證，內部數(shù)據(jù)處理使用南方 CASS9.2軟件，DTM模型是通過在項目區(qū)域中采集的高程點數(shù)據(jù)建立的，并生成一個三角形網(wǎng)絡來計算每個三棱錐的開挖和填充量數(shù)量。

3 坐標系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集

3.1 坐標系統(tǒng)

由于該項目需要小規(guī)模平面和高程數(shù)據(jù)的采集，并且只能使用坐標點的相對位置和高程差來計算體積[2]，因此建立了一個獨立的坐標系，建立了WGS84橢球和2000國家大地坐標系的轉換模型，以獲得平面轉換關系，并將測得的點位大地高度直接用作標高。

3.2 數(shù)據(jù)采集

在此測量任務中，使用了華星 A12儀器，并使用了GPS-RTK動態(tài)測量技術，同時遵循以下原則：

1)設置流動站時，請正確輸入必要的信息，例如點號，儀器高度，坐標和標高等；

2)流動站正確輸入轉換參數(shù)，桿高及桿高度的測量位置；

3)觀測流動站時，請使用1.8m對中桿對中和整平[3]，采樣間隔≥1s；

4)每次連接CORS站時，每個流動站都應檢查已知點并使用以下方法進行檢查：①在不同的圖根點之間進行重復點測量對比；②對已知點進行測量對比；③在至少一臺流動站正確的前提下，不同流動站之間進行測量對比。

5)在隱藏區(qū)域，水域和強電磁波干擾源附近未觀察到流動站；

6)流動站的有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥5，PDOP值≤6。

由于省級網(wǎng)絡CORS站是一個連續(xù)的基站，因此在獲取調查區(qū)域坐標系的參數(shù)后，可以隨時執(zhí)行野外測繪工作，除了滿足每次測量之前的驗證要求外，在地形圖上收集碎部點時還應注意以下幾點，以確保數(shù)據(jù)結果的準確性：①確保碎部點的平面坐標變換的殘差在地圖上≤±0.1mm(在地面上為100mm)，并且高度擬合的殘差在≤1/10輪廓距離(在地圖上為100mm)；②RTK碎部測量觀測時采用固定高度對中桿對中、整平，觀測歷元數(shù)>5；③連續(xù)收集一定數(shù)量的地形破碎點后，請重新初始化設備并檢查重疊點，當檢查點的坐標≤0.5mm(地面500mm)[4]時，可以繼續(xù)進行測量。

在現(xiàn)場施測過程中，最高點和最低點的高程點都沒有被忽略，在實際測量過程中，使用的是1∶500比例尺，并且點間距≤10m，儀器會自動保存數(shù)據(jù)，在恢復數(shù)據(jù)收集之前，必須對儀器進行校準，試驗結果的最大值為△x=-13mm，△y=-12mm，△h=0.22mm，滿足△x≤70mm，△y?！?0mm，△h≤40mm。

該項目是一個涉水施測工程，現(xiàn)場水流相對較慢，在采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)時，GPS-RTK用于測量水面高程，然后船以均勻的速度前進。然后將測錘放下適當?shù)木嚯x以測量水深，從而測量水深點高程數(shù)據(jù)。

4 非法采沙挖方量計算

GPS接收器用于自動存儲觀測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場記錄點編號，因此，使用測量點記錄方法，內業(yè)連線和地圖制作方法來完成數(shù)字地圖繪制，在內業(yè)工作過程中，使用了南方CASS9.2軟件。該項目要求僅計算沙坑中非法采砂的開挖量，這與常規(guī)的體積開挖和填方計算不同，分析后，使用DTM兩期土方法進行疊加計算，僅計算兩個周期的數(shù)據(jù)平面坐標的重合部分。

4.1 非法采沙及沙堆位置

通過對外業(yè)數(shù)據(jù)采集的初步處理，實地沙坑共計9處，沙堆1處及堆放殘土區(qū)1處。沙坑沿河道右岸1.5KM范圍呈不均勻分布；沙堆及殘土堆位于概略經度：124°02′53.12″、緯度：42°35′53.52″。沙坑分布情況及沙堆、殘土位置見圖1。

4.2 DTM土方計算

DTM的核心是地形表面上特征點的三維坐標數(shù)據(jù)，其中至少包含平面坐標(x，y)與相關區(qū)域中的高程之間的映射關系，即是：

z=f(x，y)x，y∈DTM所在區(qū)域

(1)

建立DTM數(shù)據(jù)需要在相關區(qū)域中采集大量的地形數(shù)據(jù)，采樣點的密度和位置將影響DTM的準確性[6]，差值算法和數(shù)據(jù)結構的選擇也會影響DTM的準確性和效率。

DTM系統(tǒng)主要由計算機程序來實現(xiàn)的，由于實際地形表面具有連續(xù)的變化和裂縫，并且在DTM的構建過程中采集的數(shù)據(jù)有限，因此如何選擇DTM的構建算法和應用差值算法以利于有限的數(shù)據(jù)來準確地表示實際地形變化，這是DTM計算中的重要問題，建立DTM時，CASS使用雙線性內插值計算插值點的高程，并使用角度方法確定和校正三角測量，其準確性和效率可以滿足該項目的需求。

圖1 沙坑、沙堆及殘土堆分布圖

4.3 數(shù)據(jù)預處理

通過數(shù)據(jù)收集獲得的原始DTM數(shù)據(jù)可能包含不滿足模型構建要求的數(shù)據(jù)，甚至具有錯誤的數(shù)據(jù)，為了成功完成網(wǎng)絡構建建模，首先需要對原始數(shù)據(jù)進行必要的預處理，例如過濾，刪除幾乎重合的數(shù)據(jù)，給出高程限制，刪除粗糙數(shù)據(jù)以及執(zhí)行必要的數(shù)據(jù)加密等。

除地面坐標數(shù)據(jù)外，地形信息(地面線，斷層線等)也是構建DTM模型的基本要素，從原始數(shù)據(jù)中提取地形和地物的特征信息的基礎是數(shù)據(jù)記錄中的特定代碼和高程變化的特征，在數(shù)據(jù)收集過程中，遵循了CASS軟件建立的DASS模型所規(guī)定的相關規(guī)則。

該項目涉及的計算區(qū)域較為分散，采取分塊計算，既每處沙坑獨立計算，共計9處；沙堆獨立計算，共計1處；殘土堆獨立計算，共計1處。

4.4 建立DTM模型

本次計算采用兩期土方法，即對同一區(qū)域進行了兩期測量，利用兩次觀測得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加，計算除兩期之中的區(qū)域內方變化情況。建網(wǎng)方式采用不規(guī)則網(wǎng)結構，以原始的坐標位置作為網(wǎng)格節(jié)點，組成不規(guī)則形狀格網(wǎng)，應用中主要采用的是不規(guī)則三角形格網(wǎng)(TIN)，直接利用測區(qū)內野外實測的所有地形特征點，構造出鄰接三角形組成的格網(wǎng)形結構，TIN的每個基本單元的核心是組成不規(guī)則三角形的3個頂點的三維坐標。采用TIN可避免內插方格網(wǎng)而犧牲原始測點的精度，保證了整個數(shù)模的精度。

兩期土方計算之前，先對該區(qū)域分別進行了建模，即生成DTM 模型，并將生成的DTM模型分別保存起來共同參與計算。由于項目區(qū)無法獲得原地貌數(shù)據(jù)，本次計算通過參考歷史衛(wèi)星影像圖以及現(xiàn)場調研相片，取挖沙后坑頂高程構成的平面為第一期地貌數(shù)據(jù)，建立一期三角網(wǎng)；以挖沙后現(xiàn)狀采集數(shù)據(jù)為二期地貌數(shù)據(jù)，建立二期三角網(wǎng)。對9處沙坑、1處沙堆區(qū)及1處殘土區(qū)分別計算。

4.5 DTM兩期土方計算成果

由于沙坑開挖前地貌難以復原，在計算過程中，結合了現(xiàn)場實地情況并參考歷史影像比對分析，通過計算求得最終挖方量成果，最大限度避免計算成果與實際發(fā)生非法采沙數(shù)量出入過大。

堆沙區(qū)原地面較為規(guī)則，高程從96-98m均勻變化，故取地面高程值建立一期三角網(wǎng)，取現(xiàn)狀高程值建立二期三角網(wǎng)，計算求取沙堆方量。并采用同樣計算方法求取殘土區(qū)堆土方量。

1號沙坑內有未運出的河沙堆放，根據(jù)實測現(xiàn)場地貌的高程數(shù)據(jù)，求得挖方量約為38799.2 m3。因堆沙為已經挖出的河沙堆放在沙坑內，故將堆沙處的數(shù)據(jù)處理后，求得已經挖沙總量為41010.4 m3，即坑內現(xiàn)有沙堆的堆沙量約2211 m3。沙坑影像及沙坑方量計算具體成果見表1及表2。

表1 1號沙坑現(xiàn)狀兩期土方計算成果表

表2 1號沙坑沙堆處理后兩期土方計算成果表

續(xù)表2 1號沙坑沙堆處理后兩期土方計算成果表

2號沙坑內有未運出的河沙堆放，根據(jù)實測現(xiàn)場地貌的高程數(shù)據(jù)，求得挖方量約為88586.4m3。因堆沙為已經挖出的河沙堆放在沙坑內，故將堆沙處的數(shù)據(jù)處理后，求得已經挖沙總量為94636.4 m3，即坑內現(xiàn)有沙堆的堆沙量約6050 m3。

3號沙坑內有未運出的河沙堆放，根據(jù)實測現(xiàn)場地貌的高程數(shù)據(jù)，求得挖方量約為19105.2m3。因堆沙為已經挖出的河沙堆放在沙坑內，故將堆沙處的數(shù)據(jù)處理后，求得已經挖沙總量為20432.7 m3，即坑內現(xiàn)有沙堆的堆沙量約1327.5 m3。

4號沙坑內有未運出的河沙堆放，根據(jù)實測現(xiàn)場地貌的高程數(shù)據(jù)，求得挖方量約為11220.3m3。因堆沙為已經挖出的河沙堆放在沙坑內，故將堆沙處的數(shù)據(jù)處理后，求得已經挖沙總量為11915.7 m3，即坑內現(xiàn)有沙堆的堆沙量約659.4 m3。

5號沙坑挖方量約為7213.7m3，沙坑影像及沙坑方量計算具體成果見表3。

表3 5號沙坑現(xiàn)狀兩期土方計算成果表

6號沙坑挖方量約為12051.3 m3，沙坑影像及沙坑方量計算具體見表4。

表4 6號沙坑現(xiàn)狀兩期土方計算成果表

7號沙坑水面以上無新開挖痕跡，一期數(shù)據(jù)從水面起算。沙坑挖方量約為23595.5 m3，實際挖方量或小于此成果數(shù)值。沙坑影像及沙坑方量計算具體見表5。

表5 7號沙坑現(xiàn)狀兩期土方計算成果表

8號沙坑挖方量約為11958.9m3，9號沙坑挖方量約為12168.3m3，沙堆堆沙方量約為8851.1 m3，殘土堆土方量約為1155.9 m3。

5 結 語

通過以上分析計算得出，1號沙坑至9號沙坑，累加挖沙為234982.9 m3，其中坑內現(xiàn)有未運出沙堆總計10284.1 m3；1處沙堆堆沙量8851.1 m3；1處殘土堆放量 1155.9 m3。