利用RTK-SD E技術(shù)在淺水區(qū)水下地形測量中的應(yīng)用探討

丁林磊，劉政林

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧530000）

1 引言

相關(guān)資料顯，國內(nèi)對運用GPS RTK、水下超聲波回聲測深技術(shù)、數(shù)字化繪圖技術(shù)等先進測繪技術(shù)（簡稱RTK-SDE技術(shù)），是當前我國水利工程建設(shè)中經(jīng)常運用到的一項測量技術(shù)。本文通過兩個實例研究利用RTK-SDE技術(shù)在淺水區(qū)水下地形測量中的應(yīng)用，能夠找到適合該技術(shù)應(yīng)用的精準性控制策略，對于保障水利工程建設(shè)中的測量信息精準性，具有重要的研究意義。

2 試驗地點及范圍選擇

在此次研究中將南寧市西南方15號防護壩上游150m至下游200m范圍內(nèi)水域作為此次試驗研究中的試驗點A。將桂林市西北6號防護壩上游150m至下游300m處水域作為試驗點B，選定的兩處試驗點水域面積分別為A點0.25km和B點0.43km。通過選點分析，及時的關(guān)注選定區(qū)域內(nèi)的信息變化情況，例如，天氣，水流，溫度變化。

3 試驗設(shè)備及軟件選擇

在此次試驗中，本工程選用的設(shè)備為南方靈銳S86 GPS接收機一套；南方SDE-28S水下超聲波回聲測深儀器一套；數(shù)字化地形測繪軟件（南方CASS9.1）；數(shù)據(jù)處理軟件（GPS網(wǎng)平差軟件）。輔助性測量工作開展設(shè)備筆記本電腦一臺，以及對應(yīng)的機動船（配備安全救護設(shè)施）等。通過對選定設(shè)備儀器分析與測試，發(fā)現(xiàn)所有的設(shè)備運行正常，可以進行對應(yīng)的試驗測試。

4 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及規(guī)范

4.1 執(zhí)行規(guī)范分析

此次試驗中選定的執(zhí)行規(guī)范包括：

①《水利水電工程測量規(guī)范》SL 197-2013，水利部；

②《國家基本比例尺地圖圖式——第一部分：1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式》GB/T 20257.1-2007；

③《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》GB/T 18314-2009；

④《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量 (RTK)技術(shù)規(guī)范》CHT 2009-2010；

在執(zhí)行以上規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的目的提出以下具體技術(shù)要求：比例尺1：1000；基本等高距1m，高程數(shù)據(jù)取至小數(shù)點后兩位。GPS RTK聯(lián)測控制點，轉(zhuǎn)換參數(shù)誤差和固定點檢核誤差≤5cm。

4.2 起算控制點的選擇

在試驗地點建立E級GPS控制網(wǎng)，選定平面坐標系統(tǒng)為掛靠1980西安坐標系，選定的高程系統(tǒng)為1985國家高程基準。選擇的中央子午線投影帶為108°36號3°帶（南寧15號壩）和中央子午線為111°37號3°帶（桂林6號壩）。

南寧市西南方15號防護壩附近設(shè)有GPS監(jiān)測點4個，監(jiān)測點標號為NN1、NN2、NN3、NN4。桂林市西北6號防護壩試驗區(qū)域設(shè)有GPS監(jiān)測點3個，對應(yīng)的監(jiān)測點編號分別為GL1、GL2、GL3。按照全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范對以上監(jiān)測點進行靜態(tài)觀測并進行平差計算，控制網(wǎng)精度符合GNSS網(wǎng)測量精度分級要求，依據(jù)《水利水電工程測量規(guī)范》SL 197-2013的要求，滿足E級網(wǎng)最弱相鄰點邊長相對中誤差應(yīng)≤1/20000,最弱相鄰點點位允許中誤差為±5cm。起算點數(shù)據(jù)成果如表1所示。

表1 起算點測量成果表

5 實驗過程質(zhì)量控制

5.1 起算點校核

起算點校核是為了保證測量的數(shù)據(jù)的可靠性和最終成果的質(zhì)量。本工程中采用GPS-RTK技術(shù)首先對試驗區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)采集，并計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。通過計算發(fā)現(xiàn)桂林點防護壩3個監(jiān)測點數(shù)據(jù)可靠；南寧點4個監(jiān)測點轉(zhuǎn)換參數(shù)高程誤差0.25m，通過對比分析發(fā)現(xiàn)，NN3點由于環(huán)境因素控制平差高程可能存在問題，故NN3監(jiān)測點高程成果不參與數(shù)據(jù)起算和校核。

5.2 固定點校核

采用RTK進行測圖時，作業(yè)開始前和作業(yè)結(jié)束后均應(yīng)進行已知點檢查，固定點檢核誤差平面位置較差不應(yīng)大于圖上0.2mm，高程較差不應(yīng)大于1/5基本等高距。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)平面誤差最大0.034m，高程0.025m。滿足規(guī)范要求。

5.3 水深比檢測及精度控制

水下地形測量作業(yè)前都要進行水深對比檢測，通過探桿測深和測深儀測深的差值來檢測儀器設(shè)定參數(shù)是否正確和求取吃水改成參數(shù)。本工程中對兩個監(jiān)測點在不同地方的水深對比，結(jié)果如表2和表3

表2 水深比檢測結(jié)果（南寧15號壩）

表3 水深比檢測結(jié)果（桂林6號壩）

由表2和表3中的數(shù)據(jù)可以看出，在岸邊進行試驗驗證過程中，探桿測深和測深儀測深的差值都在4cm以內(nèi)，考慮到儀器本身的系統(tǒng)誤差和測深儀安裝誤差，故可認定為測深儀的測量結(jié)果是可靠的。

6 數(shù)據(jù)處理及地形圖繪制

利用GPS-RTK技術(shù)得到實地水面點的三維坐標和SDE測深技術(shù)得到對應(yīng)點的水深，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理就可以得到水下地形點的三維坐標。數(shù)據(jù)處理完成后采用南方CASS9.1軟件進行地形圖繪編工作，按照標準圖示畫法繪制等深線和水中建構(gòu)筑物，并按照地形圖標準圖示圖例與岸邊地形進行接圖。

7 結(jié)語

通過本文的研究和分析，將RTK-SDE技術(shù)在淺水區(qū)水下地形測量中的應(yīng)用精度控制歸納為以下幾點：一是對于起算點的校核；二是對于水深比檢測及精度控制。通過以上兩點測量工作的展開，對于整個測量工作開展精準度控制，具有重要性保障意義。