RTK配合數字測深技術在大比例水下地形測量中的應用

武長松,吳文吉,田 可

（1.吉林省松遼工程監理監測咨詢有限公司，吉林長春 13002；2.松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

0 引言

黃河流域水土流失量大，對河流水庫庫容的影響非常嚴重，使庫容嚴重損失，給水電站的安全運行和渡汛帶來很大風險。為解決這一問題，需要對水庫的淤積現狀進行調查和水下地形測量，以決定采取清淤或排沙的工程措施。

水下地形測量是了解水下淤積的方法之一，隨著測繪科技的迅猛發展，實現優質高效的大比例尺水下地形測量已成為可能。它是利用RTK技術、數字測深儀技術完美結合，并利用機動舶船或機動橡皮船作為測量平臺，并加以固定，同軸同心同步地采集水下地形點的三維地理信息，摒棄了傳統的水下地形地理信息人工采集的作業模式，解決了傳統作業模式精度差、效率低的問題，實現了地理信息數據采集和處理自動化，極大地提高了勞動生產率，優質高效地完成生產任務。下面以黃河劉家峽水庫壩前1∶200水下地形測量的生產實踐為例進行論述。

1 項目背景

劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣，具有發電、防洪、灌溉等綜合功能。水庫自1968年10月蓄水建庫以來至1991年汛后，23年來，由于泥沙淤積使庫容損失25.6%，近年來平均有效庫容年損失率呈逐年上升趨勢。為解決泥沙淤積問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招投標的方式選定了“黃河劉家峽洮河口排沙洞工程巖塞勘察工程”的實施單位，。由測量專業承擔巖塞段進口邊坡、淤積現狀1∶200地形測量和巖塞口的1∶200巖面線測量。

2 實施過程

2.1平面控制

平面起算的控制點由甘肅省電力公司劉家峽水電廠提供,坐標系統與排沙洞施工網系統一致。根據測圖精度要求和地形條件，在測區庫岸布設四等GPS網作為測區的基本控制。主要精度指標為：四等GPS網最弱點點位中誤差為10 mm，平均邊長相對中誤差為1/100 000。為今后使用方便和其他測量的需要，控制點均進行了埋石。

四等GPS網采用靜態作業模式，數據采集使用華測GPS接收機按規范要求進行，數據處理采用GPS隨機軟件進行，平面控制經過外業采集和內業處理后，四等GPS網最弱點點位中誤差為2.5 mm，小于指標10 mm的要求，精度良好滿足設計要求。

2.2高程控制

高程系統為新大沽高程系，與原施工網高程系統一致。高程控制采用四等水準測量，采用甘肅省電力公司劉家峽水電廠提供的高程起算點成果，向庫岸四等GPS網點布置四等附合水準路線，以保證測圖時參考站高程的精度。四等水準測量內業處理后線路附合差為-17.5 mm，小于指標±72.4 mm，滿足規范要求。

2.3 巖塞段進口邊坡、淤積現狀1∶200地形測量

該區域的1∶200地形測量大部分為水下地形測量，測量目的主要是了解水下的淤積現狀。由于測量的比例尺為1∶200，基本等高距采用0.5 m，采用專業數字化軟件成圖，所以對水下地形點的密度、平面和高程精度提出了很高要求。

常規水下地形測量方法一般是平面和高程分頭測量，很難保持同步。如水下地形點平面位置可用交會或極坐標法確定，水深用測深錘或老式測深儀確定，同時測量水面高程，以求得水下地形點平面位置和高程。但是由于水流和風的作用，使船體測量平臺不能保持穩定，測得的平面位置和水深（水下高程）不是同一個位置，也就是水深測量和平面位置測量，不能保持同步測量，因而滿足不了高精度大比例尺的水下地形測量需要。另外對于大比例尺水下地形測量，測點的密度很難保證，這樣也滿足不了高精度大比例尺的水下地形測量需要。

1∶200水下地形測量地形點密度規范要求，圖上1～2 cm，即實地距離2～4 m要采集一點，這樣的點距密度，常規方法根本達不到，而且由于電站運行水面高變化不定，給測量增加了難度。此次劉家峽水庫排沙洞巖塞段進口邊坡、淤積現狀1∶200地形測量的水下部分，采用了目前最先進的測量方法，即RTK配合數字測深儀完成水下地形的測量工作。

RTK測量是目前測繪界熟知的先進實時差分定位測量技術，它的平面和高程定位精度高、速度快，它和先進的數碼測深儀相連，可以實現連續可控的平面和高程同步測量，而且完全可以保證大比例尺測圖的水下地形點密度要求，可以直接獲取水下地形點的三維地理信息，即平面坐標和高程，從而避免了由于電站運行水面經常變化的影響。

利用2臺華測X 90型RTK和一套CHS-29型數碼測深儀進行作業，一臺RTK作為參考站，一臺流動站和華測CHS-29型數碼測深儀相連系。實際工作中首先把RTK天線與測深儀探頭通過碳纖桿連接，垂直固定在舶船邊上，RTK天線和測深儀探頭分別通過電纜和主機插口相連接。

設定華RTK和測深儀的采樣率，使二者保持同步，另外還要根據水流、水質、溫度和測前檢測結果調整測深儀的波速，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據，再通過數字成圖軟件完成1∶200高精度的水下地形測量工作。

3 數據分析和處理

測量外業結束后，對數據進行分析處理，對不合理的數據如孤值進行了取舍，對小橡皮船所測的數據進行舍棄重測，對圖上點密度不夠處通過船行軌跡確定進行了補充，最絡取得了滿意的成果。通過檢測，水深測量中誤差m=±0.18 m，等高線高程中誤差m=±0.33 m滿足規范要求。在作業中，通過現場檢查，跟蹤質量，對不良的作業方法及時糾正，質量和安全得到了保證。

4經驗與體會

1）測量平臺要穩，即扣動舶船要大，能壓住風浪，保持測深信號不失真，大比例尺水下地形測量不宜用小橡皮船。

2）測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）測深儀的波速應根據不同水質、水流和水溫使都時調整，不能完全不變，并經常用常規方法檢測。

4）RTK無線應距水面和船體一定距離，以避免多路徑的影響，參考站、流動站、RTK測前要進行檢查校測，在測量中也要經常對測深數據進行常規測。

5）RTK配合數字測深儀不適宜在復雜破碎地區或岸邊陡岸地區作業，復雜區域或靠近陡砬子地方會使信號嚴重失真，從而得出錯誤的數據。在這些地方作業應用常規測深方法。

6）測深時如果水中有魚或障礙物等，可能使測深信號失真，得出錯誤的數據。所以在成圖前應對數據進行分析，對于孤值和與常規不符的數據行合理取舍，以取得合理的數據。

7）參考站應避免在強磁或發射源地方舌戰，以保證基準數據的可靠性。

8）此次利用RTK配合數碼測深儀在六家峽水庫的應用達到了1∶200水下地形測量的精度，經過現場檢驗已滿足規范要求，通過業主組織的驗收審查。這種作業方法在今后的水下地形測量中將發揮更大作用。

［1］DL/T 5173-2003，水利水電工程施工測量規范［S］.

［2］劉基余，李征航，王躍虎，桑吉章.全球定位系統原理及其應用［M］.北京：測繪出版社，1993，10.