RTK配合数字测深技术在大比例水下地形测量中的应用

武长松,吴文吉,田 可

（1.吉林省松辽工程监理监测咨询有限公司，吉林长春 13002；2.松辽水利委员会，吉林 长春 130021）

0 引言

黄河流域水土流失量大，对河流水库库容的影响非常严重，使库容严重损失，给水电站的安全运行和渡汛带来很大风险。为解决这一问题，需要对水库的淤积现状进行调查和水下地形测量，以决定采取清淤或排沙的工程措施。

水下地形测量是了解水下淤积的方法之一，随着测绘科技的迅猛发展，实现优质高效的大比例尺水下地形测量已成为可能。它是利用RTK技术、数字测深仪技术完美结合，并利用机动舶船或机动橡皮船作为测量平台，并加以固定，同轴同心同步地采集水下地形点的三维地理信息，摒弃了传统的水下地形地理信息人工采集的作业模式，解决了传统作业模式精度差、效率低的问题，实现了地理信息数据采集和处理自动化，极大地提高了劳动生产率，优质高效地完成生产任务。下面以黄河刘家峡水库坝前1∶200水下地形测量的生产实践为例进行论述。

1 项目背景

刘家峡水电站位于甘肃省永靖县，具有发电、防洪、灌溉等综合功能。水库自1968年10月蓄水建库以来至1991年汛后，23年来，由于泥沙淤积使库容损失25.6%，近年来平均有效库容年损失率呈逐年上升趋势。为解决泥沙淤积问题采取必要的工程措施已是电站管理方迫在眉睫的事情。

2009年12月甘肃省电力公司刘家峡水电厂通过招投标的方式选定了“黄河刘家峡洮河口排沙洞工程岩塞勘察工程”的实施单位，。由测量专业承担岩塞段进口边坡、淤积现状1∶200地形测量和岩塞口的1∶200岩面线测量。

2 实施过程

2.1平面控制

平面起算的控制点由甘肃省电力公司刘家峡水电厂提供,坐标系统与排沙洞施工网系统一致。根据测图精度要求和地形条件，在测区库岸布设四等GPS网作为测区的基本控制。主要精度指标为：四等GPS网最弱点点位中误差为10 mm，平均边长相对中误差为1/100 000。为今后使用方便和其他测量的需要，控制点均进行了埋石。

四等GPS网采用静态作业模式，数据采集使用华测GPS接收机按规范要求进行，数据处理采用GPS随机软件进行，平面控制经过外业采集和内业处理后，四等GPS网最弱点点位中误差为2.5 mm，小于指标10 mm的要求，精度良好满足设计要求。

2.2高程控制

高程系统为新大沽高程系，与原施工网高程系统一致。高程控制采用四等水准测量，采用甘肃省电力公司刘家峡水电厂提供的高程起算点成果，向库岸四等GPS网点布置四等附合水准路线，以保证测图时参考站高程的精度。四等水准测量内业处理后线路附合差为-17.5 mm，小于指标±72.4 mm，满足规范要求。

2.3 岩塞段进口边坡、淤积现状1∶200地形测量

该区域的1∶200地形测量大部分为水下地形测量，测量目的主要是了解水下的淤积现状。由于测量的比例尺为1∶200，基本等高距采用0.5 m，采用专业数字化软件成图，所以对水下地形点的密度、平面和高程精度提出了很高要求。

常规水下地形测量方法一般是平面和高程分头测量，很难保持同步。如水下地形点平面位置可用交会或极坐标法确定，水深用测深锤或老式测深仪确定，同时测量水面高程，以求得水下地形点平面位置和高程。但是由于水流和风的作用，使船体测量平台不能保持稳定，测得的平面位置和水深（水下高程）不是同一个位置，也就是水深测量和平面位置测量，不能保持同步测量，因而满足不了高精度大比例尺的水下地形测量需要。另外对于大比例尺水下地形测量，测点的密度很难保证，这样也满足不了高精度大比例尺的水下地形测量需要。

1∶200水下地形测量地形点密度规范要求，图上1～2 cm，即实地距离2～4 m要采集一点，这样的点距密度，常规方法根本达不到，而且由于电站运行水面高变化不定，给测量增加了难度。此次刘家峡水库排沙洞岩塞段进口边坡、淤积现状1∶200地形测量的水下部分，采用了目前最先进的测量方法，即RTK配合数字测深仪完成水下地形的测量工作。

RTK测量是目前测绘界熟知的先进实时差分定位测量技术，它的平面和高程定位精度高、速度快，它和先进的数码测深仪相连，可以实现连续可控的平面和高程同步测量，而且完全可以保证大比例尺测图的水下地形点密度要求，可以直接获取水下地形点的三维地理信息，即平面坐标和高程，从而避免了由于电站运行水面经常变化的影响。

利用2台华测X 90型RTK和一套CHS-29型数码测深仪进行作业，一台RTK作为参考站，一台流动站和华测CHS-29型数码测深仪相连系。实际工作中首先把RTK天线与测深仪探头通过碳纤杆连接，垂直固定在舶船边上，RTK天线和测深仪探头分别通过电缆和主机插口相连接。

设定华RTK和测深仪的采样率，使二者保持同步，另外还要根据水流、水质、温度和测前检测结果调整测深仪的波速，这样就可以保证同步获取高精度的且同轴同心的水下三维地理信息数据，再通过数字成图软件完成1∶200高精度的水下地形测量工作。

3 数据分析和处理

测量外业结束后，对数据进行分析处理，对不合理的数据如孤值进行了取舍，对小橡皮船所测的数据进行舍弃重测，对图上点密度不够处通过船行轨迹确定进行了补充，最络取得了满意的成果。通过检测，水深测量中误差m=±0.18 m，等高线高程中误差m=±0.33 m满足规范要求。在作业中，通过现场检查，跟踪质量，对不良的作业方法及时纠正，质量和安全得到了保证。

4经验与体会

1）测量平台要稳，即扣动舶船要大，能压住风浪，保持测深信号不失真，大比例尺水下地形测量不宜用小橡皮船。

2）测深探头一定要有较深的吃水深度，最好在0.5 m一下，可防浪的干扰，船的速度要均匀。

3）测深仪的波速应根据不同水质、水流和水温使都时调整，不能完全不变，并经常用常规方法检测。

4）RTK无线应距水面和船体一定距离，以避免多路径的影响，参考站、流动站、RTK测前要进行检查校测，在测量中也要经常对测深数据进行常规测。

5）RTK配合数字测深仪不适宜在复杂破碎地区或岸边陡岸地区作业，复杂区域或靠近陡砬子地方会使信号严重失真，从而得出错误的数据。在这些地方作业应用常规测深方法。

6）测深时如果水中有鱼或障碍物等，可能使测深信号失真，得出错误的数据。所以在成图前应对数据进行分析，对于孤值和与常规不符的数据行合理取舍，以取得合理的数据。

7）参考站应避免在强磁或发射源地方舌战，以保证基准数据的可靠性。

8）此次利用RTK配合数码测深仪在六家峡水库的应用达到了1∶200水下地形测量的精度，经过现场检验已满足规范要求，通过业主组织的验收审查。这种作业方法在今后的水下地形测量中将发挥更大作用。

［1］DL/T 5173-2003，水利水电工程施工测量规范［S］.

［2］刘基余，李征航，王跃虎，桑吉章.全球定位系统原理及其应用［M］.北京：测绘出版社，1993，10.