GPS—RTK內(nèi)河航道水深及比降測(cè)量應(yīng)用

申容科

摘要：本文通過工程勘察測(cè)量項(xiàng)目實(shí)踐數(shù)據(jù)，提出了在內(nèi)河灘險(xiǎn)測(cè)量中，GPS-RTK 聯(lián)機(jī)測(cè)得數(shù)據(jù)不易反映水下真實(shí)地形，傳統(tǒng)采點(diǎn)法依然占據(jù)優(yōu)勢(shì)，各種不同方式的測(cè)量方法在實(shí)踐中的應(yīng)用意義，探討、證明工程測(cè)量實(shí)踐中各種運(yùn)用方法的優(yōu)劣、質(zhì)量和效率問題。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 聯(lián)機(jī)；自上而下；乘船測(cè)量

目前，航道整治工程是水運(yùn)工程設(shè)計(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，為水上運(yùn)輸提供了交通保證。灘險(xiǎn)、比降測(cè)量是航道整治測(cè)量中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可靠的數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)、整治提供了有力支撐。GPS-RTK 定位測(cè)量與測(cè)深儀已經(jīng)形成了聯(lián)機(jī)一體化。但是，按一定模式記錄不能采取關(guān)鍵點(diǎn)。傳統(tǒng)的水深作業(yè)方式要求逆水上行，但水急浪高處行船困難、危險(xiǎn)。逆水下行，反而能夠方便、安全，數(shù)據(jù)可靠。傳統(tǒng)的水面比降測(cè)量要求用RTK 準(zhǔn)確測(cè)得水邊高程，記錄測(cè)量時(shí)間，內(nèi)業(yè)時(shí)根據(jù)水尺數(shù)據(jù)改正。而乘船測(cè)量，只需要順流而下便可測(cè)得水面比降，比降可靠。新興技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相互交織，誰更科學(xué)、更具優(yōu)勢(shì)？本文對(duì)此進(jìn)行分析，希望更夠給內(nèi)河特別是航道灘險(xiǎn)測(cè)量帶來一些參考價(jià)值。

一、聯(lián)機(jī)和傳統(tǒng)采點(diǎn)法

灘險(xiǎn)測(cè)量中，聯(lián)機(jī)測(cè)量不能很好地反映水下真實(shí)地形，還需傳統(tǒng)采點(diǎn)方法。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，儀器自動(dòng)化、一體化程度不斷提高。GPS-RTK 與測(cè)深儀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一體化。比較有代表性的是無錫海鷹加科1601 測(cè)深儀和南方GPS 聯(lián)機(jī)，南方SDE 超聲波測(cè)深儀與南方GPS 聯(lián)機(jī)。其基本原理是GPS 采集三維數(shù)據(jù)，同時(shí)測(cè)深儀采集水深數(shù)據(jù)。記錄方式可以按時(shí)間記錄點(diǎn)，也可以按距離記錄點(diǎn)。最后直接形成河底高程文件，和CAD 對(duì)接。在長(zhǎng)江水深測(cè)量中，此方式展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，得到了高質(zhì)量的1 ∶ 1000 江道圖。此法操作過程是把做好的.DXF斷面圖導(dǎo)入測(cè)深儀、聯(lián)機(jī)、輸好參數(shù)、按斷面行船、按距離采點(diǎn)記錄、輸出成果數(shù)據(jù)。此法較傳統(tǒng)采點(diǎn)法具有采點(diǎn)均勻、斷面標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)在于，不能便捷、有效的識(shí)別、剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。特別在灘險(xiǎn)關(guān)鍵點(diǎn)采集上，不夠靈活，不易捕捉到重要點(diǎn)，如暗礁、陡崖。

傳統(tǒng)方式是人為地把實(shí)時(shí)水深數(shù)據(jù)輸入手簿編碼里，或者用測(cè)深桿量取。此方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活、人工干預(yù)強(qiáng)，把握得住關(guān)鍵點(diǎn)。缺點(diǎn)是斷面不夠標(biāo)準(zhǔn)，有一定時(shí)間延遲，自動(dòng)化程度相對(duì)不高。

二、自上而下的行船法

在激流險(xiǎn)灘水深測(cè)量中，自上而下的測(cè)量行船方式，往往能省時(shí)省力，有效地反映水下地形。在一般的江道測(cè)量中，按照《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》的要求，往往采用的是斷面法、“Z”字法測(cè)量水深。對(duì)于航道狹窄的區(qū)域，船無法垂直于等深線行駛時(shí)，實(shí)際上也縱向測(cè)量水深。一般江道測(cè)量中，行船往往是逆水而上。這在水流不急的情況下，效果很好。逆水行船，行船受流速干擾小，軌跡穩(wěn)定。采點(diǎn)效果好。但在急流情況下，行船困難，耗時(shí)費(fèi)油。若從上游開始，船頭朝上，逆水下行，行上水的反向軌跡。行船容易，速度易控制，比水流速度小，省時(shí)省油，測(cè)得河底高程與上水行船采點(diǎn)結(jié)果差值在0.1m 左右。

某長(zhǎng)度約2200m 江面開展航道測(cè)量工作，該航道歷來險(xiǎn)要，江寬約650m，水流很亂，目前有3 條航道。江中有兼有取水設(shè)施、大小中壩、垅埂多處。以往，大船在最左岸航道行駛，由于江水、洪水沖刷，航道慢慢向江中間移動(dòng)。航道中最快水流速度4.14m/s，平均3.2m/s。500m 航道水面比降達(dá)1m，縱比降0.2%。枯水時(shí)候，航行中有最大水深1.5m，介于水深1.3m～1.5m 的航漕寬不足30m 的斷面。大船行駛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)刮底的情況。由于水陡、流速快，若是漁船從下游開始，逆水上行，則耗時(shí)耗油，波浪打擊，船身不穩(wěn)。而項(xiàng)目組采用從上游開始，船頭朝上，逆水下行，行上水的反向軌跡方法測(cè)深。則船行容易，總體速度較小（總體速度= 流速- 船速），行船相對(duì)安全。測(cè)得河底高程和檢查測(cè)量時(shí)差值在0.1m 左右。滿足《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》中小于0.2m 的要求。

三、行船測(cè)量瞬時(shí)比降

在漁船上利用GPS-RTK 測(cè)量水面高，船自上而下勻速行駛，能夠反映水面比降。傳統(tǒng)測(cè)量比降的方法是，利用RTK 測(cè)量水邊線的同時(shí)，準(zhǔn)確測(cè)量水面高，紀(jì)錄測(cè)量時(shí)間。內(nèi)業(yè)時(shí)和水尺數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、改正。此法缺點(diǎn)是水面高可能測(cè)得不準(zhǔn)確，水邊線測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)（1h～3h），需統(tǒng)一到同一時(shí)刻水位，內(nèi)業(yè)改正工作量大，局部比降反映不科學(xué)。而乘船勻速順流而下測(cè)量水面比降，具有測(cè)量時(shí)間短、區(qū)域和全段比降準(zhǔn)確無改正的優(yōu)點(diǎn)。前提是需在水位比較穩(wěn)定的時(shí)候采點(diǎn)。這可以和水尺觀讀相互配合進(jìn)行。《水運(yùn)工程水文觀測(cè)規(guī)范》里指出：河心比降可采用RTK 觀測(cè)，高程測(cè)量允許誤差為50mm。在不考慮橫比降的情況下，此法和所設(shè)臨時(shí)水尺、傳統(tǒng)方法所測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果一致，即河心比降和水邊比降一致，誤差在5cm 以內(nèi)。

某測(cè)區(qū)河段比降是2.21m，所以相對(duì)誤差是2%。這顯然對(duì)縱比降的影響是很小的。這里不考慮RTK 測(cè)量誤差、船搖誤差、水尺觀讀誤差、測(cè)深儀水深誤差的影響。那么，水面波浪對(duì)水面比降的影響如何呢？《水運(yùn)工程水文觀測(cè)規(guī)范》里指出，水面波動(dòng)較大時(shí)，水尺讀數(shù)應(yīng)取波峰與波谷的平均值。實(shí)際上，航道測(cè)量時(shí)，船受波浪的干擾，總處于波峰波谷之間。一段航道下來，其均值是貼近真實(shí)值的。

四、結(jié)束語

水深及比降測(cè)量在內(nèi)河測(cè)量中占據(jù)著重要地位。灘險(xiǎn)水深測(cè)量中，傳統(tǒng)的、半自動(dòng)化的測(cè)量方法依然占據(jù)優(yōu)勢(shì)。激流灘險(xiǎn)中，采用自上而下的行船方式，相比自下而上的行船方式，省時(shí)省力，高效、可靠。乘船測(cè)量能獲得準(zhǔn)確的水面比降，提高效率。

本文分析了傳統(tǒng)測(cè)量方式具備的優(yōu)缺點(diǎn)。然后對(duì)其他現(xiàn)代測(cè)量方式進(jìn)行分析，在激流灘險(xiǎn)中，自上而下的行船測(cè)量方式，能省時(shí)省力，真實(shí)可靠地反映水下地形；乘船GPS-RTK 測(cè)量、順流而下的方式能正確反映水面比降，提高作業(yè)效率。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：長(zhǎng)江重慶航道局涪陵航道處）