黃紅日

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

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移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與測(cè)深儀的聯(lián)合應(yīng)用
——以水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量示例

黃紅日

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

摘要：水庫(kù)的泥沙淤積關(guān)系著水庫(kù)的安全和壽命，淤積測(cè)量是研究水庫(kù)水文變化規(guī)律，保證水庫(kù)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)性工作。文章結(jié)合實(shí)例，介紹了移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與HD-370全數(shù)字變頻測(cè)深儀聯(lián)合作業(yè)進(jìn)行水下地形測(cè)量，并由此得到的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用等高線容積法繪制庫(kù)容曲線，并進(jìn)行水庫(kù)的庫(kù)容淤積計(jì)算。該方法比常規(guī)的方法顯示出明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，取得了較好的淤積測(cè)量成果。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK；淤積測(cè)量；等高線容積法；庫(kù)容曲線

1概述

大伙房水庫(kù)位于撫順市東郊渾河中游，以防洪、灌溉和城市工業(yè)用水為主，兼顧發(fā)電和養(yǎng)殖，是遼寧省最大水庫(kù)。水庫(kù)東西長(zhǎng)約35 km，水面最寬處達(dá)4 km、最窄處約0.3 km。水庫(kù)最大水深37 m，最大庫(kù)容量為21.87 億m3，入庫(kù)大型河流主要有渾河、蘇子河、社河。2013年8月16日遼寧撫順全市普降暴雨到特大暴雨。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，渾河大伙房水庫(kù)以上流域平均降雨量達(dá)156 mm，渾河北口前水文站以上流域平均降雨量高達(dá)285 mm以上。由于暴雨導(dǎo)致了洪澇災(zāi)害，大量泥沙及倒塌建筑物通過(guò)渾河流入大伙房水庫(kù)，為掌握水庫(kù)庫(kù)區(qū)淤積狀況，2015年由遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)了淤積測(cè)量工作。

淤積測(cè)量，采用移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與HD-370全數(shù)字變頻測(cè)深儀聯(lián)合作業(yè)的方式進(jìn)行，通過(guò)測(cè)量水庫(kù)庫(kù)區(qū)水下地形數(shù)據(jù)，采用等高線容積法計(jì)算水庫(kù)的庫(kù)容，并繪制庫(kù)容曲線，通過(guò)不同時(shí)期的庫(kù)容計(jì)算來(lái)取得水庫(kù)淤積數(shù)據(jù)[1]。

2采用的儀器設(shè)備

2.1移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK

移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK，就是使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)播發(fā)差分?jǐn)?shù)據(jù)。進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)，將開(kāi)通上網(wǎng)業(yè)務(wù)(GPRS/CDMA)的手機(jī)卡嵌入到測(cè)量?jī)x器主機(jī)內(nèi)，設(shè)置好數(shù)據(jù)傳輸模塊，用測(cè)量手簿連接基準(zhǔn)站，輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)啟動(dòng)基準(zhǔn)站，并發(fā)布到所選擇的服務(wù)器上，然后利用Internet網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。待與基準(zhǔn)站相匹配的流動(dòng)站接收到差分信息并顯示固定解狀態(tài)時(shí)，便可進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集工作。

本次測(cè)量采用南方靈銳S86T雙頻GPS衛(wèi)星接收機(jī)， RTK平面精度：±1cm+1ppm，RTK高程精度：±2cm+1ppm[2]。作業(yè)時(shí)將開(kāi)通上網(wǎng)業(yè)務(wù)(GPRS/CDMA)的手機(jī)卡內(nèi)嵌入到基準(zhǔn)站接收機(jī)和流動(dòng)站接收機(jī)中，然后將基準(zhǔn)站和流動(dòng)站數(shù)據(jù)鏈傳輸方式設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)模式。對(duì)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模式的相關(guān)設(shè)置即可進(jìn)行外業(yè)測(cè)量。這種作業(yè)模式下流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的有效作業(yè)距離可以達(dá)到20 km，解決了在RTK測(cè)量中，由于使用電臺(tái)作業(yè)范圍小重復(fù)設(shè)置基準(zhǔn)站的問(wèn)題，極大提高了RTK測(cè)量的作業(yè)效率。

2.2HD-370測(cè)深儀的測(cè)深精度

測(cè)深精度±(2cm+1/‰)的HD-370測(cè)深儀是目前國(guó)內(nèi)唯一具有高頻混頻電路技術(shù)的測(cè)深儀，可減少由于換能器蜂鳴產(chǎn)生的表面噪音并增強(qiáng)回聲強(qiáng)度，根據(jù)聲納在水中的特性設(shè)計(jì)出完美的TVG曲線，優(yōu)化了測(cè)深精度，解決了淺水測(cè)深的難題。

2.3庫(kù)區(qū)地形圖內(nèi)業(yè)工作

采用南方地形成圖軟件CASS8.0成圖，采用EXCEL辦公軟件進(jìn)行庫(kù)容曲線的繪制[3]。

3坐標(biāo)、高程系統(tǒng)

文章涉及的庫(kù)區(qū)地形圖，其坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系，中央子午線126°帶，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn),首級(jí)高程控制為3等。RTK測(cè)量首級(jí)控制平面等級(jí)為C級(jí)。

4庫(kù)區(qū)地形測(cè)量

1)庫(kù)區(qū)地形測(cè)量采用移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行。進(jìn)行坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換的平面控制點(diǎn)為C級(jí)?？刂泣c(diǎn)的1980西安坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系匹配的7參數(shù)計(jì)算精度情況見(jiàn)表1。

表1　控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換參數(shù)殘差情況表

2)測(cè)深儀轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算：控制成果的西安80坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)制成，CSV文件導(dǎo)入中海達(dá)HDS2003軟件計(jì)算7參數(shù)[4]。計(jì)算的7參數(shù)如下：

DX/m=211.978476

DY/m=131.044513

DZ/m=44.582133

WX/m=-0.74150135

WY/m=3.08745413

WZ/s=-3.05292540

K(ppm)=-4.61833800

3)水下地形測(cè)量：水下地形測(cè)量采用移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)配合HD-370測(cè)深儀進(jìn)行。作業(yè)時(shí)，將以上參數(shù)輸入至測(cè)深儀，通過(guò)固定差改正，天線偏差改正，使測(cè)深儀可以精確提供平面坐標(biāo)和高程。外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，把外業(yè)測(cè)量軟件采集的原始資料導(dǎo)入至“水深資料后處理軟件”中，進(jìn)行水深數(shù)據(jù)處理后得到南方CASS8.0數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行水下地形圖繪制。

使用HD-370測(cè)深儀進(jìn)行水下測(cè)量注意事項(xiàng)：測(cè)深儀要準(zhǔn)確輸入7參數(shù)，使用前要進(jìn)行實(shí)地測(cè)深的比測(cè)，進(jìn)行檢驗(yàn)。準(zhǔn)確記錄測(cè)深探頭的吃水深度，探頭要固定在測(cè)量船上并保持測(cè)深桿垂直水面，當(dāng)次測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)做好保存，防止意外丟失，水庫(kù)庫(kù)區(qū)風(fēng)浪較大時(shí)停止水下測(cè)量。測(cè)深儀水深精度檢校情況見(jiàn)表2。

4)庫(kù)區(qū)地形成圖比例尺為1∶5 000,等高距為1 m，高程注記0.1 m。本工程測(cè)量地形圖總面積為136 km2，其中水下地形圖面積為79.5 km2。由統(tǒng)計(jì)表可以得出，測(cè)深儀采集的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

表2　HD—370水深檢測(cè)表

注：根據(jù)每次水深測(cè)量前檢測(cè)點(diǎn)較差計(jì)算的中誤差。

5庫(kù)容計(jì)算

文中計(jì)算的水庫(kù)庫(kù)容采用等高線容積法，等高線容積法計(jì)算水庫(kù)庫(kù)容是一種計(jì)算精度較高的方法。在庫(kù)區(qū)地形圖上，沿某一等高線G1求出壩址所包圍的面積A1。以此類(lèi)推可求出等高線G2、G3…Gn在壩址上包圍的面積A2、A3…An。以高程G為縱坐標(biāo)，面積A為橫坐標(biāo)，連繪成平滑曲線，即得水庫(kù)高程G～面積A曲線。把水庫(kù)高程劃分若干級(jí)，在高程～面積關(guān)系曲線上查得各級(jí)高程的相應(yīng)水面面積，自上而下，逐級(jí)計(jì)算兩相鄰高程之間的容積V，計(jì)算公式為：

ΔVi=1/3(An+√AnAi-1+AI-1)ΔGI

(1)

將ΔVi自下而上依次逐層累加，即得各級(jí)高程的容積Vi，以G為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的容積V為橫坐標(biāo)，連繪成平滑曲線，即得到庫(kù)容曲線。

1985年編印的全省水利工程《三查三定》成果匯編中大伙房水庫(kù)的庫(kù)容成果表見(jiàn)表3。

表3　三查三定成果表

通過(guò)大伙房水庫(kù)的三查三定庫(kù)容成果與本次復(fù)核的庫(kù)容成果進(jìn)行對(duì)比繪制的庫(kù)容曲線圖見(jiàn)圖1。

圖1　庫(kù)容曲線圖

依據(jù)等高線容積法計(jì)算的各級(jí)高程的庫(kù)容見(jiàn)表4。

表4　大伙房水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算成果表

6淤積分析

將本次測(cè)量的水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算成果與三查三定庫(kù)容成果進(jìn)行比較，水庫(kù)淤積量隨水位的增高呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，水庫(kù)水位在136 m及137 m時(shí)淤積量最大為11 620 萬(wàn)m3。

7結(jié)論及建議

1)南方靈銳S86T儀器外掛電臺(tái)的有效工作范圍僅8～9 km，進(jìn)行控制網(wǎng)布點(diǎn)時(shí)要充分考慮基準(zhǔn)站架設(shè)地與測(cè)區(qū)的位置關(guān)系。如若基站離測(cè)區(qū)位置偏遠(yuǎn)，控制點(diǎn)在電臺(tái)覆蓋范圍以外，將導(dǎo)致多次設(shè)置基準(zhǔn)站，效率低下。采用移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與HD-370全數(shù)字變頻測(cè)深儀聯(lián)合作業(yè)，進(jìn)行水下地形測(cè)量具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2)使用中海達(dá)HD-370測(cè)深儀進(jìn)行水下測(cè)量時(shí)要準(zhǔn)確輸入7參數(shù)，施測(cè)前要選擇測(cè)區(qū)的不同水域利進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，檢測(cè)的水深值與測(cè)深儀測(cè)得的水深值進(jìn)行比對(duì)，統(tǒng)計(jì)水深較差的中誤差，滿足限差方可進(jìn)行水深測(cè)量。

3)水庫(kù)庫(kù)容和淤積量是水庫(kù)調(diào)度的重要參數(shù)，也是保證水庫(kù)安全運(yùn)行的一項(xiàng)長(zhǎng)期而重要的基礎(chǔ)工作，水庫(kù)的淤積測(cè)量資料的積累是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。庫(kù)容計(jì)算采用的計(jì)算軟件和方法不同，可能會(huì)得到不同的計(jì)算結(jié)果，建議今后的庫(kù)容計(jì)算采用等高線容積法進(jìn)行，避免計(jì)算誤差影響水庫(kù)的淤積量統(tǒng)計(jì)和分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟靈飛.網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)分析與應(yīng)用研究[D]：[碩士學(xué)位論文].沈陽(yáng)：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013.

[2]高圣益，李成國(guó).水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量技術(shù)研究[J].人民長(zhǎng)江，2007(10)：98-99.

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[4]國(guó)家側(cè)繪局.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范[S].北京：測(cè)繪出版社，2010.

Combined Application of Mobile Base-station Style Network RIT and Bathymeter——Taking Storage Capacity Measurement as An Example

HUANG Hong-ri

(Liaoning Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation,Design and Research Institute，Shenyang 110006，China)

Abstract：Sediment deposition in a reservoir is related to the safety and life of the reservoir，sediment measurement is to study the changing law of reservoir and hydrology，so as to ensure the important base works of reservoir safe operation. In combination with the case，the paper introduces that the mobile base-station style network RTK and HD-370 full digital frequency bathymeter are combined to conduct underwater topographic survey for getting observed data，the contour storage capacity method is adopted to draw the storage capacity curve and calculate the sediment deposition of reservoir storage. This method shows obvious advantage compared with conventional methods and obtains good achievements of sediment measurement.

Key words：mobile base-station style network (RTK)；sediment measure；contour volumetricmethod；storage capacity curve

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0099-04

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡(jiǎn)介]黃紅日(1984-)，男，黑龍江巴彥人，工程師，從事水利工程測(cè)量工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TV697.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A