云南路港工程公司 云南昆明 650000
摘要：现阶段，为了保证航道的正常使用和通航，必须要对航道进行疏浚工作，但是，在疏浚的过程中，由于航道水下测量任务繁重，必须要利用相关技术对水下航道和水底地形等进行初步了解。目前在航道的疏浚中，GPSRTK与数字测深集成技术应用广泛。本文就GPSRTK与数字测深集成技术在航道疏浚中的应用进行探讨。
关键词：GPSRTK与数字测深集成技术；航道疏浚；应用
现阶段，随着GPS -RTK 与数字测深技术的深入发展，该技术的优点逐渐被人们关注，利用该技术不仅可以及时的了解水底信息，还可以借助该技术很好的对水底进行测量，这为航道的疏浚工作打下基础。为此，在航道疏浚中利用GPS -RTK 与数字测深技术，可以计算水下高程等等，为航道疏浚提供需要的数据，其重要性不言而喻，本文以某工程为例，对这项技术进行探讨。
一、GPS-RTK 技术和数字测深技术的工作原理以及优点
1.1 GPS-RTK 技术和数字测深技术的工作原理
该项集成技术主要基于 GPS-RTK 技术和数字测深技术的测量原理。GPS-RTK 测量是基准站接收机借助电台将其观测值及坐标信息发送给流动站接收机，流动站接收机通过电台（数据链）接收来自基准站的数据，并同时采集 GPS 观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，求得其三维位置（x，y，z）。水下地形测量就是要测定水下地形点的平面坐标（x，y）和高程 H。传统的水下地形测量方法采用常规仪器或GPS 测定水下地形点的平面坐标（x，y），而其高程 H 需要通过测深数据和水面验潮数据求得。当采用免验潮方法进行水下地形测量时，将 GPS 天线架设在测深仪换能器的垂直上方，高程计算的模型与方法较为简单。水底三维测量如图1所示，HG为 GPS-RTK 测定的高程；L 为 GPS 接收机相位中心至测深仪换能器中心的距离；h 为测深仪换能器中心至水底地面的距离，即测深仪所测得的深度，则水底地面高程为：H=HG-L-h
采用GPS-RTK 技术可实时求得 GPS 天线的精确平面坐标和高程，但 GPS-RTK 得到的是 WGS-84 坐标系中的坐标，尤其是高程，属于大地高系统，还需将该大地高转换成正常高或正高，才能直接确定水下地形点的高程而无需进行验潮数据改正。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
图 1水底三维测量原理
1.2 GPS-RTK 技术和数字测深技术的优点
GPS-RTK 技术和数字测深技术的优点主要体现在三个方面。首先，GPS_RTK 技术应用于水下地形与断面测量可以极大地提高工作效率，与传统的水下作业方式比较，成果精度高，不受通视状况的限制，且基本不受气候影响，可以极大地降低工程成本和劳动强度，从而大幅度提高经济效益。其次，断面法计算土方的实质是求各个柱体的体积之和，忽略了断面与断面之间地形的变化，但是，利用 GPS-RTK 技术和数字测深技术，在设计断面时要可以尽量保证两个面之间的地形变化不要过大。对于航道转弯的地方，如果有断面相交，则要根据图形分别计算断面面积，保证了土方量的正确性。最后，水下测量软件中坐标和 GPS 手簿中的坐标是否一致，水下测量软件中的水深与测深仪的水深数据是否一致，这是非常关键的数据。利用该技术，在开始测量前，用测绳测量水深，可以验证测深仪设置是否正确，进而保证数据准确性。
二、GPSRTK与数字测深集成技术在航道疏浚中的应用
下面以某航道疏浚工程为例，该工程要求设计坡底为平坡，挖槽边坡系数为 3，采用 GPS RTK 技术测量水下地形。为了解决 WGS_84 坐标系与北京 54 坐标系之间的坐标转换问题，根据甲方提供的 5 个控制点坐标，用全站仪对这些控制点进行校核检测，完全符合控制点精度的要求，选用其中 3 个均匀分布于测区的控制点，利用 GPS RTK 测得各控制点的 WGS_84 坐标与其已有的北京 54 坐标进行解算，求出两种坐标系统的转换系数，并利用其余 2 个控制点进行校核，确保输出坐标的正确性及精度。
2.1对工程所需的数据进行收集
首先，采用2台Trimble R8双频接收机、一套HY1600测深仪、笔记本电脑等设备，水下地形测量软件采用Hypack_Max。根据提供的设计图，在沿航道水流方向纵向布设测线轨迹，测线按照每 3 m 的间隔采集数据。其次，）在测船上将测深仪、GPS 接收机（流动站）分别与笔记本电脑通过电缆连接，保证水下地形点的平面坐标和水深采集的自动化。测深仪探头部分一般安装在船体的中间，保证船在行进过程中，探头的吃水深度基本保持不变；探头的吃水深度在 0.3 m 左右，避免被测区水下杂物碰撞。另外，在 Hypack_Max 中，设置好通讯参数，分别测试 GPS 接收机和测深仪，与手簿的数据进行比对，确保接收数据的正确性。同时在航道的设计水尺位置进行水位观测，以确定水位的变化规律。最后，按照预设的航线和导航图进行外业数据采集。外业工作结束后，利用软件对数据进行后处理并成图。
2.2对土方量进行测量和计算
2.2.1测量计算土方量的原理
土方量的测算是航道疏浚工程设计的一个重要部分，对工程设计和造价预算起着至关重要的作用。目前，国内外有很多土方量计算的方法，例如断面法、深度法和方格网法等，具体的工程应根据地质勘查报告选择相应的方法。按照设计书《疏浚工程土石方计量标准的规定》，挖槽设计工程量按照平均断面法计算，每一断面面积计算后均应校核计算一次，两次计算值的误差应在 5%以内，否则应重新计算。具体公式如下：
式中，V 为挖槽设计工程量（m3）；A0、A1、?、An分别为各设计断面开挖面积（m2）；L0、L1、?、Ln分别为 A0 与 A1、A1 与 A2、…、An - 1与 An等各计算断面间的间距（m）。在测量计算结束后，依据数据，绘制出水下断面图，根据设计的开挖航道，将断面图和开挖设计面叠加，计算出各个断面的开挖面积，再根据断面间的间距计算出开挖量。
2.2.2该工程中土方量的测量和计算
首先，根据甲方提供的航道疏浚设计书，在地形图上绘制纵断面线，并按照 CS1_1、CS1_2 递增的顺序进行编号，生成相应的里程文件；其次，根据里程文件，绘制相应的纵断面图；同时，根据设计的航道边线，计算出断面线起点与其相交的点的里程 S；最后，根据设计开挖的宽度 B、坡底高程 H、边坡系数 M 和里程 S，在纵断面图上绘制设计断面，计算出设计断面与实地断面相交以上部分的面积，根据公式求最终的开挖土方量。
三、结束语
总而言之，利用GPSRTK与数字测深集成技术，可以解决航道疏浚中的问题，准确的测量土方量，帮助相关人员了解地下形态和水下高程等基本信息，这为航道的疏浚工作提供依据，对航道疏浚的顺利进行有着重要意义。
参考文献
[1]佟玉娥.测深仪与GPS集成技术在大平矿水库内地形测量中的应用[J].铁法科技，2013
[2]余锐.GPSRTK与数字测深集成技术在航道疏浚中的应用[J].测绘地理信息，2014，39（5）
论文作者:周建春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/8
标签：航道论文; 断面论文; 水下论文; 技术论文; 测量论文; 高程论文; 地形论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;