利用河南CORS進(jìn)行水下地形測(cè)量新方法探析

□姜小留（河南省駐馬店水文水資源勘測(cè)局）

0 前言

近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)水利工程的重視程度加大，水利建設(shè)也越加增多，因此，水下地形測(cè)量任務(wù)也越來(lái)越多，原有的水下地形測(cè)量技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)新的任務(wù)要求，同時(shí)水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)處理和繪圖全過(guò)程處理相對(duì)落后，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的作業(yè)方式，利用河南省已建成的覆蓋河南全省HNCORS網(wǎng)站，利用動(dòng)態(tài)CORS技術(shù)，結(jié)合RKT配合數(shù)字測(cè)深儀這種全新的測(cè)量模式，對(duì)水下地形測(cè)量新方式進(jìn)行了嘗試，取得了非常好的效果。

1 水下地形測(cè)量常用的基本方法

對(duì)于常規(guī)的水下地形測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，基本上有以下4種方法。

1.1 斷面索法

通常來(lái)說(shuō)，就是用經(jīng)緯儀或全站儀預(yù)先測(cè)得設(shè)置在橫跨河道兩岸的懸空斷面索上標(biāo)定的各點(diǎn)位置。因?yàn)樗窍鄬?duì)靜止的，既不受水流擾動(dòng)的影響，也不受測(cè)船速度的影響，定位精度相對(duì)較高，但這種方法的缺點(diǎn)是效率較低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，設(shè)置懸空斷面索也是費(fèi)工費(fèi)時(shí)，一般只適于水流速度湍急的地方。這種方法一般用于難于行船的山區(qū)、或高差較大、狹窄小河測(cè)量。對(duì)于水面較寬的水域則不易設(shè)置斷面索，因此在平原河流和沿海水域一般不予采用。

1.2 大平板儀、經(jīng)緯儀或全站儀極坐標(biāo)測(cè)距法

目前，此種方法比較常用，并且精度較高，它同在陸地上進(jìn)行地形圖測(cè)繪基本相似，采用極座標(biāo)法定位靈活方便，并且可即時(shí)展點(diǎn)上圖，隨測(cè)隨繪，效率相對(duì)較高，實(shí)用范圍較廣。

1.3 地面無(wú)線電定位法

類(lèi)似于雙聲定位，此方法適合于水面廣闊的河流、湖泊、港口以及海面上進(jìn)行的測(cè)深定位，無(wú)線電定位法定位精度較高，操作簡(jiǎn)單方便，且不受通視條件及天氣條件的影響。

1.4 交會(huì)法

一般采用六分儀或經(jīng)緯儀進(jìn)行前方交會(huì)和側(cè)方交會(huì)；這種方法精度較低，且效率不高，基本不再應(yīng)用。

2 利用HNCORS進(jìn)行水深測(cè)量平面定位的新方法

河南連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱HNCORS），HNCORS共有站點(diǎn)56個(gè)，分布在全省各個(gè)地市及縣城，形成了一個(gè)覆蓋全省、不間斷地面信息源采集系統(tǒng)，同時(shí)河南CORS是經(jīng)過(guò)似大地水準(zhǔn)面解算的三維坐標(biāo)系統(tǒng)。河南CORS投入運(yùn)行以來(lái)，用戶數(shù)量逐漸龐大，并仍在持續(xù)增長(zhǎng)。由于河南連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)是三維坐標(biāo)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)似大地水準(zhǔn)面解算后，可以提供直接的三維坐標(biāo)，平面精度可以達(dá)到±2cm，高程精度經(jīng)似大地水準(zhǔn)面解算和高程異常值改正后，精度可達(dá)±5cm，因此采用河南CORS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）對(duì)測(cè)深點(diǎn)進(jìn)行定位，是可以實(shí)時(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位成果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。此次作業(yè)采用了美國(guó)天寶公司生產(chǎn)的天寶R6GPS。精度指標(biāo)為水平精度±1cm+1ppm，垂直精度±2cm+1ppm。

3 水深測(cè)量及數(shù)據(jù)處理成圖

在進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，為連續(xù)測(cè)得水深，應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)深線間隔和測(cè)深方向。測(cè)深線間隔一般取為1 cm為宜，測(cè)深方向要選擇適合行船，且基本為直線的與水流方向一致的方向進(jìn)行。水深測(cè)量一般采用測(cè)深桿、水砣（測(cè)深錘）和回聲測(cè)深儀等儀器進(jìn)行。此次水深測(cè)量，我們采用回聲測(cè)深儀進(jìn)行施測(cè)，回聲測(cè)深儀效率相對(duì)較高，精度也能滿足大多數(shù)水下地形測(cè)量的要求?；芈暅y(cè)深儀的工作原理是利用換能器在水中發(fā)出聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物而反射回?fù)Q能器時(shí)，根據(jù)聲波往返的時(shí)間和所測(cè)水域中聲波傳播的速度，就可以求得障礙物與換能器之間的距離。所以回聲測(cè)深儀測(cè)量的水深精度較高，我們施測(cè)時(shí)采用北京戴美克科技有限公司所生產(chǎn)戴美克SDH-13D精密淺水回聲測(cè)深儀。該儀器測(cè)深范圍：0.35～123.00 m，測(cè)深精度：0.40%±5 cm。此儀器抗干擾能力強(qiáng)，回波信號(hào)數(shù)字化算法確保在復(fù)雜水下環(huán)境下跟蹤河底?？梢暂敵鲞B續(xù)的可靠的水深數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，進(jìn)行了水位改正、吃水改正、聲速改正、時(shí)間延遲改正等。數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件應(yīng)用是隨機(jī)攜帶的處理軟件，把測(cè)量好的改正數(shù)按照軟件格式要求進(jìn)行輸入，能夠進(jìn)行自動(dòng)改正。由于影響定位數(shù)據(jù)精度的因素很多，針對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量、無(wú)線信號(hào)質(zhì)量、測(cè)區(qū)環(huán)境情況也都實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了勘察和測(cè)試，避免了一些客觀因素的影響，對(duì)可疑的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除和改正。同時(shí)對(duì)水深數(shù)據(jù)也進(jìn)行了預(yù)處理，清理了一些誤差較大甚至錯(cuò)誤的水深，剔除了一些虛假信息，以及孤立點(diǎn)、躍點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量。這些數(shù)據(jù)處理完成后，同其他方式的數(shù)據(jù)處理一樣，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到南方公司的數(shù)字化測(cè)圖專用軟件CASS成圖，完成地形和水下地形一體化成圖。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用HNCORS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)與測(cè)深技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行水下地形圖的測(cè)繪，實(shí)踐形成了一套完整的新的水下地形圖測(cè)量的數(shù)據(jù)采集、處理和成圖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水下地形測(cè)量的高度自動(dòng)化，大大提高了勞動(dòng)效率，減輕了勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，為河南省內(nèi)水下地形測(cè)量探索出一條新的技術(shù)方法。