RTK配合數(shù)字測(cè)深技術(shù)在大比例水下地形測(cè)量中的應(yīng)用

武長(zhǎng)松,吳文吉,田 可

（1.吉林省松遼工程監(jiān)理監(jiān)測(cè)咨詢有限公司，吉林長(zhǎng)春 13002；2.松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春 130021）

0 引言

黃河流域水土流失量大，對(duì)河流水庫(kù)庫(kù)容的影響非常嚴(yán)重，使庫(kù)容嚴(yán)重?fù)p失，給水電站的安全運(yùn)行和渡汛帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。為解決這一問(wèn)題，需要對(duì)水庫(kù)的淤積現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查和水下地形測(cè)量，以決定采取清淤或排沙的工程措施。

水下地形測(cè)量是了解水下淤積的方法之一，隨著測(cè)繪科技的迅猛發(fā)展，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的大比例尺水下地形測(cè)量已成為可能。它是利用RTK技術(shù)、數(shù)字測(cè)深儀技術(shù)完美結(jié)合，并利用機(jī)動(dòng)舶船或機(jī)動(dòng)橡皮船作為測(cè)量平臺(tái)，并加以固定，同軸同心同步地采集水下地形點(diǎn)的三維地理信息，摒棄了傳統(tǒng)的水下地形地理信息人工采集的作業(yè)模式，解決了傳統(tǒng)作業(yè)模式精度差、效率低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了地理信息數(shù)據(jù)采集和處理自動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，優(yōu)質(zhì)高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。下面以黃河劉家峽水庫(kù)壩前1∶200水下地形測(cè)量的生產(chǎn)實(shí)踐為例進(jìn)行論述。

1 項(xiàng)目背景

劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣，具有發(fā)電、防洪、灌溉等綜合功能。水庫(kù)自1968年10月蓄水建庫(kù)以來(lái)至1991年汛后，23年來(lái)，由于泥沙淤積使庫(kù)容損失25.6%，近年來(lái)平均有效庫(kù)容年損失率呈逐年上升趨勢(shì)。為解決泥沙淤積問(wèn)題采取必要的工程措施已是電站管理方迫在眉睫的事情。

2009年12月甘肅省電力公司劉家峽水電廠通過(guò)招投標(biāo)的方式選定了“黃河劉家峽洮河口排沙洞工程巖塞勘察工程”的實(shí)施單位，。由測(cè)量專業(yè)承擔(dān)巖塞段進(jìn)口邊坡、淤積現(xiàn)狀1∶200地形測(cè)量和巖塞口的1∶200巖面線測(cè)量。

2 實(shí)施過(guò)程

2.1平面控制

平面起算的控制點(diǎn)由甘肅省電力公司劉家峽水電廠提供,坐標(biāo)系統(tǒng)與排沙洞施工網(wǎng)系統(tǒng)一致。根據(jù)測(cè)圖精度要求和地形條件，在測(cè)區(qū)庫(kù)岸布設(shè)四等GPS網(wǎng)作為測(cè)區(qū)的基本控制。主要精度指標(biāo)為：四等GPS網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為10 mm，平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/100 000。為今后使用方便和其他測(cè)量的需要，控制點(diǎn)均進(jìn)行了埋石。

四等GPS網(wǎng)采用靜態(tài)作業(yè)模式，數(shù)據(jù)采集使用華測(cè)GPS接收機(jī)按規(guī)范要求進(jìn)行，數(shù)據(jù)處理采用GPS隨機(jī)軟件進(jìn)行，平面控制經(jīng)過(guò)外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)處理后，四等GPS網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為2.5 mm，小于指標(biāo)10 mm的要求，精度良好滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2高程控制

高程系統(tǒng)為新大沽高程系，與原施工網(wǎng)高程系統(tǒng)一致。高程控制采用四等水準(zhǔn)測(cè)量，采用甘肅省電力公司劉家峽水電廠提供的高程起算點(diǎn)成果，向庫(kù)岸四等GPS網(wǎng)點(diǎn)布置四等附合水準(zhǔn)路線，以保證測(cè)圖時(shí)參考站高程的精度。四等水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)處理后線路附合差為-17.5 mm，小于指標(biāo)±72.4 mm，滿足規(guī)范要求。

2.3 巖塞段進(jìn)口邊坡、淤積現(xiàn)狀1∶200地形測(cè)量

該區(qū)域的1∶200地形測(cè)量大部分為水下地形測(cè)量，測(cè)量目的主要是了解水下的淤積現(xiàn)狀。由于測(cè)量的比例尺為1∶200，基本等高距采用0.5 m，采用專業(yè)數(shù)字化軟件成圖，所以對(duì)水下地形點(diǎn)的密度、平面和高程精度提出了很高要求。

常規(guī)水下地形測(cè)量方法一般是平面和高程分頭測(cè)量，很難保持同步。如水下地形點(diǎn)平面位置可用交會(huì)或極坐標(biāo)法確定，水深用測(cè)深錘或老式測(cè)深儀確定，同時(shí)測(cè)量水面高程，以求得水下地形點(diǎn)平面位置和高程。但是由于水流和風(fēng)的作用，使船體測(cè)量平臺(tái)不能保持穩(wěn)定，測(cè)得的平面位置和水深（水下高程）不是同一個(gè)位置，也就是水深測(cè)量和平面位置測(cè)量，不能保持同步測(cè)量，因而滿足不了高精度大比例尺的水下地形測(cè)量需要。另外對(duì)于大比例尺水下地形測(cè)量，測(cè)點(diǎn)的密度很難保證，這樣也滿足不了高精度大比例尺的水下地形測(cè)量需要。

1∶200水下地形測(cè)量地形點(diǎn)密度規(guī)范要求，圖上1～2 cm，即實(shí)地距離2～4 m要采集一點(diǎn)，這樣的點(diǎn)距密度，常規(guī)方法根本達(dá)不到，而且由于電站運(yùn)行水面高變化不定，給測(cè)量增加了難度。此次劉家峽水庫(kù)排沙洞巖塞段進(jìn)口邊坡、淤積現(xiàn)狀1∶200地形測(cè)量的水下部分，采用了目前最先進(jìn)的測(cè)量方法，即RTK配合數(shù)字測(cè)深儀完成水下地形的測(cè)量工作。

RTK測(cè)量是目前測(cè)繪界熟知的先進(jìn)實(shí)時(shí)差分定位測(cè)量技術(shù)，它的平面和高程定位精度高、速度快，它和先進(jìn)的數(shù)碼測(cè)深儀相連，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)可控的平面和高程同步測(cè)量，而且完全可以保證大比例尺測(cè)圖的水下地形點(diǎn)密度要求，可以直接獲取水下地形點(diǎn)的三維地理信息，即平面坐標(biāo)和高程，從而避免了由于電站運(yùn)行水面經(jīng)常變化的影響。

利用2臺(tái)華測(cè)X 90型RTK和一套CHS-29型數(shù)碼測(cè)深儀進(jìn)行作業(yè)，一臺(tái)RTK作為參考站，一臺(tái)流動(dòng)站和華測(cè)CHS-29型數(shù)碼測(cè)深儀相連系。實(shí)際工作中首先把RTK天線與測(cè)深儀探頭通過(guò)碳纖桿連接，垂直固定在舶船邊上，RTK天線和測(cè)深儀探頭分別通過(guò)電纜和主機(jī)插口相連接。

設(shè)定華RTK和測(cè)深儀的采樣率，使二者保持同步，另外還要根據(jù)水流、水質(zhì)、溫度和測(cè)前檢測(cè)結(jié)果調(diào)整測(cè)深儀的波速，這樣就可以保證同步獲取高精度的且同軸同心的水下三維地理信息數(shù)據(jù)，再通過(guò)數(shù)字成圖軟件完成1∶200高精度的水下地形測(cè)量工作。

3 數(shù)據(jù)分析和處理

測(cè)量外業(yè)結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)不合理的數(shù)據(jù)如孤值進(jìn)行了取舍，對(duì)小橡皮船所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行舍棄重測(cè)，對(duì)圖上點(diǎn)密度不夠處通過(guò)船行軌跡確定進(jìn)行了補(bǔ)充，最絡(luò)取得了滿意的成果。通過(guò)檢測(cè)，水深測(cè)量中誤差m=±0.18 m，等高線高程中誤差m=±0.33 m滿足規(guī)范要求。在作業(yè)中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查，跟蹤質(zhì)量，對(duì)不良的作業(yè)方法及時(shí)糾正，質(zhì)量和安全得到了保證。

4經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

1）測(cè)量平臺(tái)要穩(wěn)，即扣動(dòng)舶船要大，能壓住風(fēng)浪，保持測(cè)深信號(hào)不失真，大比例尺水下地形測(cè)量不宜用小橡皮船。

2）測(cè)深探頭一定要有較深的吃水深度，最好在0.5 m一下，可防浪的干擾，船的速度要均勻。

3）測(cè)深儀的波速應(yīng)根據(jù)不同水質(zhì)、水流和水溫使都時(shí)調(diào)整，不能完全不變，并經(jīng)常用常規(guī)方法檢測(cè)。

4）RTK無(wú)線應(yīng)距水面和船體一定距離，以避免多路徑的影響，參考站、流動(dòng)站、RTK測(cè)前要進(jìn)行檢查校測(cè)，在測(cè)量中也要經(jīng)常對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)測(cè)。

5）RTK配合數(shù)字測(cè)深儀不適宜在復(fù)雜破碎地區(qū)或岸邊陡岸地區(qū)作業(yè)，復(fù)雜區(qū)域或靠近陡砬子地方會(huì)使信號(hào)嚴(yán)重失真，從而得出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。在這些地方作業(yè)應(yīng)用常規(guī)測(cè)深方法。

6）測(cè)深時(shí)如果水中有魚或障礙物等，可能使測(cè)深信號(hào)失真，得出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。所以在成圖前應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)于孤值和與常規(guī)不符的數(shù)據(jù)行合理取舍，以取得合理的數(shù)據(jù)。

7）參考站應(yīng)避免在強(qiáng)磁或發(fā)射源地方舌戰(zhàn)，以保證基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠性。

8）此次利用RTK配合數(shù)碼測(cè)深儀在六家峽水庫(kù)的應(yīng)用達(dá)到了1∶200水下地形測(cè)量的精度，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)已滿足規(guī)范要求，通過(guò)業(yè)主組織的驗(yàn)收審查。這種作業(yè)方法在今后的水下地形測(cè)量中將發(fā)揮更大作用。

［1］DL/T 5173-2003，水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范［S］.

［2］劉基余，李征航，王躍虎，桑吉章.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用［M］.北京：測(cè)繪出版社，1993，10.