GNSS-RTK 聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀在河道地形測(cè)量中的應(yīng)用

康蛇龍

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，天津 300250）

在河道設(shè)計(jì)與施工過程中， 一般需對(duì)水域和陸域同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以滿足工程設(shè)計(jì)需要。傳統(tǒng)的測(cè)量采用測(cè)探桿、測(cè)探錘、測(cè)探繩，結(jié)合全站儀進(jìn)行測(cè)量［1-3］，雖能滿足基本測(cè)量需求， 但精度較低， 對(duì)于水深較大、地形復(fù)雜的大面積水域還是難以滿足要求。隨著科技進(jìn)步，GNSS-RTK技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，聯(lián)合數(shù)字測(cè)深系統(tǒng)， 為水利工程中較復(fù)雜的水陸域地形測(cè)量提供了新的、更為高效的測(cè)量技術(shù)支持［4-5］。

趙王新河由白洋淀?xiàng)椓智f分洪道、趙王新河、趙王新渠組成，始于白洋淀?xiàng)椓智f樞紐，至文安縣西碼頭閘，右堤為千里堤，是省一級(jí)堤防，左堤為次堤，是三級(jí)堤防。趙王新河地處華北平原中部，屬溫帶大陸性氣候，四季分明，降雨集中。

本文以河北省趙王新河1∶1000數(shù)字地形測(cè)繪為例， 闡述GNSS-RTK與數(shù)字測(cè)深系統(tǒng)在地形測(cè)量中的應(yīng)用，為趙王新河治理的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

1 開展水陸域地形測(cè)量作業(yè)系統(tǒng)的組成

1.1 水域地形測(cè)量

地形測(cè)量水下植物、 雜物較少部分利用網(wǎng)絡(luò)RTK結(jié)合單波束測(cè)深儀自動(dòng)化模式測(cè)量，蘆葦叢生、水下水草茂盛的水域， 水下地形點(diǎn)采用GNSS-RTK結(jié)合測(cè)深桿或錘球測(cè)量。

本研究包含河道縱橫斷面測(cè)量， 水下地形測(cè)量測(cè)深線平行于淤積斷面布置， 測(cè)深線間距一般為40m，點(diǎn)距設(shè)定為10m。 水下地形變化較大區(qū)域均加密布置測(cè)深線。

水深測(cè)量測(cè)深系統(tǒng)設(shè)置、 校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理同淤積斷面測(cè)量， 水下地形生成和編輯采用CASS10.1成圖軟件。

1.2 陸域地形測(cè)量

房屋等建筑較少、 植被不密集的測(cè)區(qū)采用飛馬機(jī)器人F200固定翼無人機(jī)搭載SONY DSC-RX1R II相機(jī)采集測(cè)區(qū)外業(yè)影像數(shù)據(jù)，村莊較多、植被茂盛的測(cè)區(qū)采用飛馬機(jī)器人D200多旋翼無人機(jī)搭載DOP310傾斜模塊采集測(cè)區(qū)外業(yè)影像數(shù)據(jù)。

2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集及處理實(shí)施步驟

數(shù)字地形圖測(cè)量由空三加密、測(cè)圖兩部分工作組成，如圖1。 采用無人機(jī)獲取的航空影像數(shù)據(jù)，在無人機(jī)管家與CC軟件中進(jìn)行空三加密， 獲得空三加密成果； 利用空三加密成果， 在航天遠(yuǎn)景成圖軟件MapMatrix中采集地物和地形數(shù)據(jù)，然后利用內(nèi)業(yè)采集的地物、地形數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)地外業(yè)調(diào)繪工作獲得調(diào)繪成果， 最終將內(nèi)業(yè)采集數(shù)據(jù)與外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用南方CASS軟件進(jìn)行編輯成圖，形成地形圖成果。

圖1 技術(shù)路線

2.1 空三構(gòu)網(wǎng)及平差

2.1.2 空三加密

新建空三工程， 由于飛馬F200和D200均支持ppk-pos， 先將機(jī)載GPS與地面基站數(shù)據(jù)導(dǎo)入TBC中進(jìn)行差分處理，得到差分?jǐn)?shù)據(jù)，然后將帶有精密POS的像片導(dǎo)入無人機(jī)管家中進(jìn)行全自動(dòng)提取特征點(diǎn)。修改成果所需坐標(biāo)系，獲取測(cè)區(qū)高程（在機(jī)器聯(lián)網(wǎng)且導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)為經(jīng)緯度坐標(biāo)的前提下）， 完成工程創(chuàng)建，并在智拼圖主界面中先將工程保存。

2.1.2 實(shí)景建模

空三平差完成后進(jìn)行實(shí)景建模操作，設(shè)置目標(biāo)坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)器配置設(shè)置分塊大小，設(shè)置輸出格式為osgb。 直接提交進(jìn)行三維TIN格網(wǎng)構(gòu)建、白體三維模型創(chuàng)建、自助紋理映射和三維場(chǎng)景構(gòu)建。 將實(shí)景三維模型導(dǎo)入航天遠(yuǎn)景MapMatrix 軟件中進(jìn)行精度評(píng)定。

2.2 數(shù)字高程模型制作

整個(gè)測(cè)區(qū)構(gòu)建數(shù)字高程模型。 Bentley Context Capture 輸出點(diǎn)云， 經(jīng)過飛馬無人機(jī)管家中的智點(diǎn)云，通過對(duì)地面附著物的過濾、人工編輯，構(gòu)建TIN，進(jìn)一步生成DEM。 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢后， 在航天遠(yuǎn)景的MapMatrix軟件中對(duì)TIN進(jìn)行二次編輯， 構(gòu)建數(shù)字地面模型DEM。

2.3 數(shù)字正射影像圖制作

整個(gè)測(cè)區(qū)構(gòu)建數(shù)字正射影像圖。Bentley Context Capture 在輸出實(shí)景三維模型后輸出正射影像圖，設(shè)置地物采集為模型最高點(diǎn)， 保證輸出的正射影像圖為真正射影像。

2.4 地形圖數(shù)據(jù)采集

將實(shí)景三維模型導(dǎo)入MapMatrix工程進(jìn)行DLG制作。 嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)書要求進(jìn)行作業(yè)。對(duì)實(shí)景三維模型看不清楚的區(qū)域，本區(qū)采用先內(nèi)業(yè)判測(cè)后外業(yè)巡視、補(bǔ)測(cè)、補(bǔ)調(diào)的方法；根據(jù)模型按照相應(yīng)的層色規(guī)定進(jìn)行地物、地貌全要素?cái)?shù)據(jù)采集，做到了不變形、不移位、無錯(cuò)漏；采集依比例尺表示的地物符號(hào)，以測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)輪廓線或拐點(diǎn)連線；采集不依比例尺表示的地物符號(hào)時(shí)， 以測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)其定位點(diǎn)、定位線；對(duì)模型不清的構(gòu)筑物，內(nèi)業(yè)只采集外輪廓或定位點(diǎn)、定位線務(wù)必在相應(yīng)位置上作A標(biāo)記，作為疑點(diǎn)留給外業(yè)實(shí)地處理；背向主點(diǎn)的地物在本條航線無法采集到時(shí)，在相鄰航線上補(bǔ)測(cè)，不丟漏；相鄰模型采集到模型重疊的中間部分，采集不超出相對(duì)范圍線。

3 數(shù)據(jù)后處理

3.1 地形圖編輯

地形圖編輯將陸上、 水下地形圖在成圖軟件下進(jìn)行編輯，做到圖面清晰易讀、主次分明、取舍得當(dāng)，合理地顯示各種地理要素。①地貌要素編輯，對(duì)等高線進(jìn)行計(jì)曲線、首曲線屬性的匹配；對(duì)等高線進(jìn)行相應(yīng)的平滑處理，消除不合理的鋸齒、尖角；②按照技術(shù)設(shè)計(jì)書要求最終地形圖成果以一份完整的不分幅的地形圖進(jìn)行提交；③各要素之間取舍合理；④等高線正確反映地貌特征，圖上每100cm2選10～20個(gè)高程注記點(diǎn)，高程點(diǎn)注記至0.01m。

3.2 地形圖檢查

（1）對(duì)地形圖精度進(jìn)行檢查：根據(jù)外業(yè)實(shí)測(cè)的檢查點(diǎn)，檢查地形圖的平面精度和高程精度。

（2）檢查地形圖各個(gè)要素表達(dá)方式、符號(hào)配置、注記的合理性，對(duì)不合理的要素進(jìn)行改正。

（3）檢查圖形接邊和屬性接邊。

（4）檢查地貌要素與地物要素的一致性。

4 成果輸出

在測(cè)量作業(yè)過程中，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)技術(shù)規(guī)程、規(guī)范，嚴(yán)格按照相關(guān)管理體系文件要求開展工作。實(shí)行“兩級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收”制度，確保測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量。 項(xiàng)目實(shí)施前，項(xiàng)目組人員就相關(guān)規(guī)程規(guī)范、技術(shù)要求進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

（1）模型質(zhì)量影像清晰，反差適中，色彩鮮明，相同地物色彩基調(diào)一致。有較豐富的層次，能辨別與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像。

（2）影像上沒有云、云隱、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷。雖然存在少量缺陷，但不影響立體模型的連接和三維模型建立，可以用于三維模型生產(chǎn)。拼接影像應(yīng)無明顯模糊、重影、錯(cuò)位現(xiàn)象。 成果質(zhì)量滿足測(cè)量規(guī)范和設(shè)計(jì)需要。

（3） 實(shí)景三維模型精度： 平面殘差最大值0.058m， 高程殘差最大值-0.118m， 平面中誤差0.015m，高程中誤差0.047m，滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）DEM 精度：左堤高程中誤差0.157m，右堤高程中誤差0.180m，滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）DOM 精度： 平面最大殘差0.045m， 中誤差0.013m，滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）經(jīng)檢查，地形圖的平面坐標(biāo)和高程精度均達(dá)到技術(shù)設(shè)計(jì)要求，如表1。

表1 地形圖平面精度統(tǒng)計(jì) 單位：m

5 結(jié)語

（1）采用基于無人機(jī)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)RTK結(jié)合數(shù)字測(cè)深儀的自動(dòng)化模式的測(cè)深技術(shù)， 提供了高精度、 多元化的數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品，如DLG線劃圖、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字表面模型（DSM）、正射影像圖（DOM）等，為更好地治理趙王新河奠定了基礎(chǔ)。

（2） 沿趙王新河布設(shè)了精密的平面和高程控制網(wǎng)，為河道后期建設(shè)施工提供了可靠基準(zhǔn)。

（3）先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和合理的工作安排與調(diào)度，大幅度減少了外業(yè)工作量， 提高了作業(yè)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。