劉利 廣東省韶關(guān)航道事務(wù)中心武江航標(biāo)與測繪所

1.引言

利用GPS—RTK技術(shù)對內(nèi)河航道開展測繪工作，使得航道測繪這項(xiàng)工作變得高效、便捷；而在航道運(yùn)營管理中，測繪成果的精度是一個極其重要的指標(biāo)，這關(guān)系到為航道建設(shè)提供準(zhǔn)確有效的測繪成果數(shù)據(jù)，因此必須保證測繪成果的準(zhǔn)確性。因此全面了解航道測繪的工作原理和質(zhì)量管理、質(zhì)量控制是非常有必要的。

2.新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目概況

新豐江為珠江水系東江的支流，在廣東省中部，河流發(fā)源地為新豐縣云髻山亞婆石，東流經(jīng)新豐、連平、東源三縣，于河源市區(qū)匯入東江，里程長163公里，匯水面積約為5813平方公里。它源出新豐縣得其名。在距河源市僅6公里流域下游亞婆山峽谷處建立了一個廣東省最大的人工湖水電站——新豐江水庫（又稱萬綠湖）。

根據(jù)《廣東省航道事務(wù)中心關(guān)于轉(zhuǎn)下達(dá)2018年部門預(yù)算的通知》（粵航道〔2018〕39號）要求，對該河道進(jìn)行測繪以作為規(guī)劃、建設(shè)的基礎(chǔ)，進(jìn)而定位航道，配布航標(biāo)，完善新豐江航道，此舉將對新豐縣的水運(yùn)建設(shè)和旅游業(yè)發(fā)展，繼而帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展有長遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，對航道部門拓展航運(yùn)里程，發(fā)展航道事業(yè)有積極的影響，是體現(xiàn)“航道部門為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)”這一宗旨的重要成就，達(dá)成當(dāng)?shù)卣?、航道部門共贏局面。

本次新豐江航道測繪起止地為（半江～馬頭）,水深測繪面積9.5平方公里，地形測繪面積9平方公里。測圖比例為1:1000。航道為內(nèi)河Ⅷ級航道，航道內(nèi)建設(shè)有4座水電站，分別為福水陂電站、桃園電站、青龍?zhí)峨娬?、新橋電站。由于歷史遺留問題，上述電站均未建設(shè)船閘，新橋電站以上航段只能區(qū)間通行小型船艇。新橋電站下游屬新豐江水庫變動回水區(qū)末端，新豐江（新橋電站下游至半江）為庫區(qū)航道，具備較優(yōu)的航行條件。

圖1 GPS-RTK+航道測繪測繪系統(tǒng)示意圖

3.航道測繪水下地形測繪方法

3.1 技術(shù)水下地形測繪的原理

GPS-RTK(RealTimeRinematic)實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)是一項(xiàng)借助衛(wèi)星載波相位觀測基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)：它是利用兩套或兩套以上的GPS數(shù)據(jù)接收機(jī)同步收發(fā)坐標(biāo)信號,其中一套必須安置在固定已知坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)上，其余GPS接收機(jī)作為流動站；這樣通過固定基準(zhǔn)站連續(xù)發(fā)射坐標(biāo)數(shù)據(jù),手持流動站連續(xù)接收數(shù)據(jù),便可實(shí)時(shí)計(jì)算出其準(zhǔn)確位置。

新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目利用GPS-RTK與測深系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行航道測繪工作；航道測繪系統(tǒng)主要由GPS流動接收機(jī)、數(shù)字測深儀,數(shù)據(jù)通信鏈及專業(yè)計(jì)算機(jī)組成，此項(xiàng)目我單位采用中海達(dá)HD370全數(shù)字變頻測深儀，它是集航道測繪導(dǎo)航、水深測量、數(shù)據(jù)采集與處理功能一體化的航道測繪系統(tǒng)。

通過航道測繪系統(tǒng)獲取航道水深的數(shù)據(jù),并自動測繪解算,形成航道水深原始數(shù)據(jù),該測繪技術(shù)達(dá)到的平面位置精度能夠到厘米級,對于繪制新豐江航道新豐江航道1：1000航道圖件完全足夠。

3.2 GPS-RTK水下地形測繪的一般步驟

GPS-RTK航道測繪流程相比于傳統(tǒng)地形測繪作業(yè)原理有所不同。主要體現(xiàn)在增加了測深系統(tǒng)設(shè)備安裝、系統(tǒng)天線高測量、系統(tǒng)高程數(shù)據(jù)預(yù)處理以及水深高程異常的精細(xì)化處理等環(huán)節(jié)工作。整體流程如圖2所示。

圖2 測繪流程圖

3.2.1 測前準(zhǔn)備

①首先在整個航道測區(qū)設(shè)立固定基準(zhǔn)站,基準(zhǔn)站選在穩(wěn)定可靠,高度位置無遮擋,信號收發(fā)狀態(tài)好,無通訊信號干擾的地方，通過移動站在測區(qū)7個已知點(diǎn)上聯(lián)測后，用南方靈銳S86T手簿軟件計(jì)算出航道測區(qū)的WC284坐標(biāo)與1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

此次新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目基準(zhǔn)站設(shè)立在馬頭鎮(zhèn)張?zhí)锟哟宕逦瘯?，該位置位居測區(qū)中心，可輻射全航道測區(qū)作業(yè)，符合基準(zhǔn)站設(shè)立條件。轉(zhuǎn)換參數(shù)最大位移殘差值0.3cm，參數(shù)良好，可利用作業(yè)。

②測繪系統(tǒng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行安裝調(diào)試。GPS天線與換能器應(yīng)該保持垂直狀態(tài)，以消除因安裝問題導(dǎo)致的誤差。

3.2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

采用靈銳S86T作為移動站接收機(jī),航道測繪系統(tǒng)連接后,打開電源,對中海達(dá)HD370測深系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)配置:測深速率、換能器的發(fā)射、抑制脈寬、換能器靈敏參數(shù)進(jìn)行調(diào)配。因該項(xiàng)目為內(nèi)河Ⅷ級航道，無特殊要求，以上設(shè)置均按HD370測深系統(tǒng)默認(rèn)最佳設(shè)置。

建立航測工程，必須對航測工程與項(xiàng)目轉(zhuǎn)換參數(shù)同步化確保數(shù)據(jù)一致:分別對中央子午線、高斯克呂格投影、項(xiàng)目轉(zhuǎn)參數(shù)換進(jìn)行同步設(shè)置。

量取吃水深度，天線高，設(shè)置好數(shù)據(jù)采集方式后就可以進(jìn)行航道水深數(shù)據(jù)采集。

3.2.3 數(shù)據(jù)后處理

利用HD370測深系統(tǒng)自載數(shù)據(jù)處理軟件對測繪原始數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)處理：主要是對所采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行同屬數(shù)據(jù)類比分析,自動刪除因GPSRKT或測深系統(tǒng)的的采集誤差,歸并水深數(shù)據(jù)和GPS高程數(shù)據(jù),形成項(xiàng)目所需要的空間坐標(biāo)(X、Y、H)。將原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入成圖軟件(如南方CASS軟件),進(jìn)行編圖繪制生成等深線。

4.航道測繪質(zhì)量控制方法

依據(jù)GB/T19001-2000/ISO9001:2000標(biāo)準(zhǔn)要求，對項(xiàng)目全過程貫穿質(zhì)量控制。嚴(yán)格落實(shí)《測繪項(xiàng)目實(shí)施過程控制程序》的各項(xiàng)要求，由單位編制《新豐江航道1：1000航道測繪技術(shù)方案》，落實(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，向作業(yè)人員逐一交底；內(nèi)業(yè)成果先后開展作業(yè)組自檢、100%互檢、作業(yè)組抽檢、質(zhì)檢科二級檢查、質(zhì)檢成后驗(yàn)收等工序，成果合格才交付給管理部門。

新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目針對航道測繪系統(tǒng)的儀器和軟件較多，且需要多名技術(shù)員協(xié)同作業(yè)的特點(diǎn)，應(yīng)對項(xiàng)目的各個技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行全方位的質(zhì)量控制。

針對項(xiàng)目的作業(yè)流程，歸納為對測前、測中和測后進(jìn)行質(zhì)量控制，具體體現(xiàn)在：

（1）由于航測線是航道測繪的基本外業(yè)數(shù)據(jù)采集依據(jù)，所以須對航測線進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此達(dá)到高效率、高質(zhì)量的航道測繪。

（2）中海達(dá)HD370測繪系統(tǒng)和換能器是航道水下測繪的核心設(shè)備，應(yīng)測繪施測前進(jìn)行數(shù)學(xué)精度復(fù)核，及時(shí)排查問題。把中海達(dá)HD370測深系統(tǒng)設(shè)置在最佳的施測狀態(tài)，測繪過程中最大程度地避免因測繪院的事務(wù)導(dǎo)致成果質(zhì)量問題。

（3）GPS實(shí)時(shí)定位技術(shù)與中海達(dá)HD370測繪是兩套獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，在接受數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)同步時(shí)間差，因此GPS測得的坐標(biāo)與測深系統(tǒng)的水深數(shù)據(jù)能否同步匹配成了影像水深數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。因此有效改正時(shí)間差成為質(zhì)檢檢查的重中之重。

（4）在水深施測現(xiàn)場中，水下有諸多不確定因素如水生植物、水下氣體、水下垃圾、金屬物等，極易造成測深數(shù)據(jù)的錯誤，同時(shí)受換能器能耗、錯誤碼問題也造成水深數(shù)據(jù)異常，因此需要對測深數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩查，舍棄或改正不符合實(shí)際情況的異常值，同時(shí)，需要比對相鄰數(shù)據(jù)，使得水下數(shù)據(jù)更符合實(shí)際。

4.1 測前質(zhì)量控制

在項(xiàng)目實(shí)施準(zhǔn)備階段，應(yīng)收集有效資料，如測區(qū)地形圖、正射影像等，借由開展計(jì)劃線設(shè)計(jì)工作，計(jì)劃線方向盡可能垂直于航道，施測間距必須同時(shí)滿足《測繪技術(shù)方案》與《水運(yùn)工程測繪規(guī)范》要求。在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)對不合理區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，例如河道彎曲處、河道壺口處等。

測前質(zhì)量控制重點(diǎn)在于滿足規(guī)范要求下，使得航測最短，規(guī)避無意義的數(shù)據(jù)收集。計(jì)劃線優(yōu)化設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)提交至項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組進(jìn)行技術(shù)分析，杜絕因計(jì)劃設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致外業(yè)窩工以及失誤造成工程質(zhì)量問題。

4.2 測繪過程中質(zhì)量控制

4.2.1 平面定位質(zhì)量控制

新豐江航道1：1000航道測繪采用GPS-RTK+測深系統(tǒng)獲取x，y，h。在架設(shè)基準(zhǔn)站獲取測區(qū)參數(shù)后，需到同精度控制點(diǎn)校驗(yàn)參數(shù)的精度。在航道測繪中我們尤其需要規(guī)范操作以下幾點(diǎn)：

①測量船臺GPS天線平面15°仰角無障礙物格擋衛(wèi)星差分信號。

②測量船臺GPS天線平面不應(yīng)有強(qiáng)烈的干擾源，如無線電發(fā)射站，高壓輸電線等。

③測量船臺GPS施測中，應(yīng)保持觀察有效觀測衛(wèi)星顆數(shù)與差分精度因子（PDOP），當(dāng)衛(wèi)星≤4顆，點(diǎn)位精度因子≤10，停止施測，已測數(shù)據(jù)應(yīng)返測。

④測量船臺GPS位置與換能器施測點(diǎn)位置應(yīng)保持同一垂線上，作業(yè)過程觀察天線與換能器是否安裝垂直，否則加以改正。

⑤每日施測前需到已知控制點(diǎn)上進(jìn)行校驗(yàn)，作業(yè)組質(zhì)檢應(yīng)交互檢查，測量船臺GPS應(yīng)該與地面控制電站同步校驗(yàn)。

4.2.2 測深質(zhì)量控制

①測深計(jì)劃線導(dǎo)航軟件應(yīng)與實(shí)時(shí)坐標(biāo)進(jìn)行停泊比對，以確認(rèn)測深系統(tǒng)軟件參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性，否則應(yīng)進(jìn)行調(diào)校。

每天施測前應(yīng)檢測一次測深系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)置如聲速改正、零線校正、換能器垂直度是否最優(yōu)。作業(yè)過程中應(yīng)檢測記錄1～3次。

②施測前，在吃水深度、水溫、聲速改正后，選擇固定停泊位置進(jìn)行測深校驗(yàn)，比對限差必須低于0.2m。

③在項(xiàng)目施測前、結(jié)束和施工5工作日進(jìn)行固定停泊位置進(jìn)行測深校驗(yàn)，比對限差必須低于0.2m。

④保證無差分警告設(shè)置的正確性，若丟失差分信號必須斷開測量以保證平面定位的可靠性。

⑤對GPS-RTK信號與測深系統(tǒng)刷新頻率一致性、延時(shí)時(shí)間修改設(shè)置，保證GPS-RTK信號與測深系統(tǒng)同步觀測。

4.2.3 其他質(zhì)量控制

在航道測繪施測同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水情調(diào)查，針對流域特征和流域水位變化的規(guī)律采用適宜的施測參數(shù)，保證水深觀測質(zhì)量。在施測過程中，技術(shù)員應(yīng)隨時(shí)關(guān)注現(xiàn)場情況，注意地貌水情，因?qū)嶋H情況導(dǎo)致的外業(yè)無法施測需內(nèi)業(yè)加點(diǎn)的必須在數(shù)據(jù)上加以注明。

4.3 測后質(zhì)量控制

工作日外業(yè)施測完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯與質(zhì)檢檢查，質(zhì)量控制要求如下：

原始施測數(shù)據(jù)文件備份，檢查原始觀測記錄手簿。

對原始數(shù)據(jù)中，同一時(shí)刻的衛(wèi)星數(shù)量和PDOP因子進(jìn)行重點(diǎn)排查，減少因人為技術(shù)手段造成的質(zhì)量問題。

在延時(shí)參數(shù)改正檢查的時(shí)候，應(yīng)同步提取坐標(biāo)點(diǎn)位與水深點(diǎn)位，重點(diǎn)排查數(shù)據(jù)采集的一致性。這一檢查直接影響到成果質(zhì)量。

水深數(shù)據(jù)校對，刪除或修正由于系統(tǒng)外部因素干擾造成的水深錯誤。對于因地貌水情漏測的水深數(shù)據(jù)應(yīng)利用周圍水深數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，提高水深數(shù)據(jù)的擬合度，使水下地形更貼近實(shí)際。

及時(shí)展繪成圖，檢查水深計(jì)算的準(zhǔn)確性。

5.航道測繪實(shí)施過程中的幾點(diǎn)建議

（1）科研統(tǒng)籌規(guī)劃和開拓布局。根據(jù)新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目的特點(diǎn)，我們制定了詳細(xì)的工作方案與流程。首先收集了必要的前期資料，為航道施測提供了必要數(shù)據(jù)；其次，同步開展控制測繪、高程控制測繪、地形測繪；最后進(jìn)行水深測繪。各環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，大大節(jié)約項(xiàng)目用時(shí)。

（2）采用高科技手段提高成果精度。由于新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目是籌備新航道建設(shè)而開展，沒有統(tǒng)一的控制網(wǎng)，收集的資料也來源多方，給工作帶來難度。此次我們充分利用高科技手段如利用GPS-RTK技術(shù)開展控制點(diǎn)踏勘、測深系統(tǒng)的引用測圖，大大地提高了成果精度。

（3）項(xiàng)目質(zhì)量控制貫穿項(xiàng)目全過程。結(jié)合新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目的特點(diǎn),雖然項(xiàng)目生產(chǎn)周期長,技術(shù)工序多,但項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)質(zhì)量既可以定量,也可以定性,從立項(xiàng)至完成的每一個環(huán)節(jié)都影響著項(xiàng)目成果質(zhì)量,因此項(xiàng)目質(zhì)量管理與控制貫穿整個項(xiàng)目全過程是十分必要。

6.結(jié)束語

針對新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目施測路線長、測繪任務(wù)重的特點(diǎn)，將GPS-RTK技術(shù)、數(shù)據(jù)測繪系統(tǒng)等高科技新技術(shù)運(yùn)用至航道測繪中，保證了航道水下數(shù)據(jù)的順利采集，解決了測區(qū)河道彎曲、叉河多、航道復(fù)雜等實(shí)際困難。通過將質(zhì)量控制貫穿整個項(xiàng)目過程，建立了整個作業(yè)技術(shù)階段質(zhì)量控制工序，做到層層責(zé)任落實(shí)。這一舉措是保證新豐江航道1：1000航道測繪項(xiàng)目工程質(zhì)量的重要措施。