利用RTK—SDE技術(shù)在淺水區(qū)水下地形測(cè)量中的精度分析

王曉明　殷小龍　柳永全

摘要：該文通過2個(gè)案例檢測(cè)分析，證實(shí)了RTK-SDE技術(shù)在淺水區(qū)水下地形測(cè)量中的測(cè)深精度符合測(cè)量規(guī)范要求，可供工程實(shí)踐參考。

Abstract： The paper confirms that the RTK-SDE technology in accuracy analysis of underwater topographic survey in shallow water by analyzing two cases conforms to the requirements of the measurement standard， which can be used for reference in the engineering practice.

關(guān)鍵詞：RTK-SDE技術(shù)；水下地形測(cè)量；測(cè)深精度分析；水深比對(duì)檢測(cè)

Key words： RTK-SDE technology；underwater topography survey；sounding accuracy analysis；detection of water depth ratio

中圖分類號(hào)：TV221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0098-03

0 引言

2012年6月21日，《水利發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）經(jīng)國(guó)務(wù)院批復(fù)。《規(guī)劃》確定“十二五”期間，全面解決2.98億農(nóng)村人口和11.4萬所農(nóng)村學(xué)校的飲水安全問題，水利工程新增年供水能力400億m3，新增農(nóng)田有效灌溉面積4000萬畝；農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.53以上，重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到60%以上；新增水土流失綜合治理面積25萬平方公里，初步改善生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)及重點(diǎn)河湖的生態(tài)環(huán)境用水狀況?！兑?guī)劃》給寧夏水利工作帶來了新的任務(wù)、新的希望，新的起點(diǎn)。寧夏河流、湖泊、渠道、水庫等改造、整治、除險(xiǎn)加固、截滲工程紛紛上馬，這給水下地形測(cè)繪工作帶來了商機(jī)，也帶來了挑戰(zhàn)。為此，項(xiàng)目組聯(lián)合有關(guān)單位，并結(jié)合項(xiàng)目組的實(shí)際情況，進(jìn)行淺水區(qū)水下地形測(cè)繪研究工作，用于指導(dǎo)類似工程的實(shí)踐活動(dòng)。

相關(guān)資料顯示，國(guó)內(nèi)對(duì)運(yùn)用GPS RTK、水下超聲波回聲測(cè)深技術(shù)、數(shù)字化繪圖技術(shù)等先進(jìn)測(cè)繪技術(shù)（簡(jiǎn)稱RTK-SDE技術(shù)），進(jìn)行水下地形測(cè)繪工程作了不少研究， 取得了一些階段性成果。如龔治興[1]在青草沙水庫工程1：5000局部河勢(shì)水下地形測(cè)量中，對(duì)該技術(shù)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；程建剛[2]利用該技術(shù)對(duì)北京市6個(gè)城市湖泊進(jìn)行勘測(cè)，得出了能夠大大提高勘測(cè)速度和精度的結(jié)論；佟玉娥[3]利用該技術(shù)在大平礦水庫內(nèi)地形測(cè)量中，得出了提高作業(yè)精度和提高作業(yè)效率12倍的結(jié)論；徐景起等人[4]利用該技術(shù)在雪野水庫水下地形測(cè)量中，得出了該技術(shù)具有測(cè)量精度高、速度快、采集數(shù)據(jù)密度大等優(yōu)勢(shì)[5]，測(cè)量結(jié)果比常規(guī)方式更為客觀、真實(shí)的結(jié)論[6]。但這些成果大多是零散的、階段性的，沒有經(jīng)過系統(tǒng)研究和總結(jié)。因此，項(xiàng)目組認(rèn)為在這方面有必要進(jìn)行深入研究，有必要把前人的成果系統(tǒng)化，用于指導(dǎo)寧夏乃至周邊區(qū)域的水下地形測(cè)繪工作。

1 RTK-SDE技術(shù)水下觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度分析

利用RTK-SDE技術(shù)多余觀測(cè)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，觀察是否滿足測(cè)量規(guī)范的要求，用以評(píng)價(jià)觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及范圍

①永寧縣南方：29號(hào)丁壩上游100m，下游至第一排水溝，丁壩前30m區(qū)域。實(shí)測(cè)0.34km2。

②平羅縣六頃地：1號(hào)垛上游100m至3號(hào)丁壩下游100m，壩前30m區(qū)域；4號(hào)丁壩上游100m至5號(hào)丁壩下游100m，壩前30m區(qū)域。實(shí)測(cè)0.23km2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及軟件

工程使用南方靈銳S82T GPS接收機(jī)1套（1+2），經(jīng)過校準(zhǔn)鑒定，儀器合格；南方SDE-28S水下超聲波回聲測(cè)深儀1套；筆記本電腦一臺(tái)；CASS9.1數(shù)字化地形測(cè)繪軟件；機(jī)動(dòng)船1艘。在使用過程中儀器設(shè)備外觀表現(xiàn)正常，運(yùn)行正常。

1.3 試驗(yàn)起算數(shù)據(jù)及執(zhí)行規(guī)范

①起算控制點(diǎn)。

永寧縣南方測(cè)區(qū)附近有3個(gè)GPS五等點(diǎn)，分別是D1、DD2、D7。平羅縣六頃地測(cè)區(qū)附近有4個(gè)GPS五等點(diǎn)，分別是LQ5和LQ7，BM0和BM。起算控制點(diǎn)成果列于表1。平面坐標(biāo)系統(tǒng)是1954北京坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)是1956黃海高程基準(zhǔn)。投影帶是中央子午線經(jīng)度為105°的35號(hào)3°高斯投影帶（永寧南方）和中央子午線經(jīng)度為108°的36號(hào)3°高斯投影帶（平羅六頃地）。

②執(zhí)行規(guī)范。

依據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范GB50026-2007》（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）、《水利水電工程測(cè)量規(guī)范（規(guī)劃設(shè)計(jì)階段）SL197-97》（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）和《1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式GB/T20257.1-2006》（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）。

在執(zhí)行以上測(cè)繪規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程目的，提出以下具體技術(shù)要求：比例尺=1：500，等高距=1m；水域地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差≤1m，等深線插求點(diǎn)高程中誤差≤0.5m；斷面間距15m，斷面點(diǎn)間距5m；地形成圖碎部點(diǎn)展點(diǎn)密度15m，高程顯示至小數(shù)點(diǎn)后2位；GPS RTK技術(shù)聯(lián)測(cè)起算控制點(diǎn)，轉(zhuǎn)換參數(shù)誤差和固定點(diǎn)檢核誤差≤5cm（坐標(biāo)分量）。

1.4 試驗(yàn)過程質(zhì)量控制

為了保證采集數(shù)據(jù)的可靠性和最終成果的質(zhì)量，在測(cè)繪過程中，加強(qiáng)檢查，強(qiáng)調(diào)過程質(zhì)量的控制。

①起算控制點(diǎn)檢核。

對(duì)起算控制點(diǎn)，在使用前對(duì)其可靠性進(jìn)行了實(shí)測(cè)檢核。GPS流動(dòng)站分別在起算控制點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)之前顯示誤差。結(jié)果表明，永寧南方3個(gè)起算控制點(diǎn)可靠；平羅六頃地4個(gè)控制點(diǎn)，平面誤差達(dá)到0.37m，高程誤差不超過0.01m。結(jié)合在現(xiàn)場(chǎng)看到的LQ5和LQ7實(shí)際標(biāo)定情況，我們認(rèn)為這兩個(gè)點(diǎn)精度較低。但考慮與過去成果的聯(lián)系和比較，也因?yàn)闄z核控制點(diǎn)高程沒發(fā)現(xiàn)問題，故仍以LQ5和LQ7為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪。通過起算控制點(diǎn)檢測(cè)，也說明GPS RTK系統(tǒng)工作正常。

②開始與結(jié)束時(shí)的固定點(diǎn)檢核。

在地形測(cè)繪中，每天工作開始和結(jié)束，均進(jìn)行固定點(diǎn)檢測(cè)。檢測(cè)記錄列于表2。其中ΔXmax=0.009m，ΔYmax=0.021m，ΔHmax=0.018m。均小于5cm的要求。

③水深比對(duì)檢測(cè)。

水下地形測(cè)量，每天開始前都進(jìn)行水深比對(duì)檢測(cè)。檢測(cè)記錄列于表3。其中探桿測(cè)深與測(cè)深儀測(cè)深的差值，最大為7cm，最小為1cm?？紤]到探桿底部帶有5cm的尖頭，會(huì)產(chǎn)生3-5cm的系統(tǒng)誤差。故，可認(rèn)為測(cè)深儀測(cè)量結(jié)果是可靠的。

④水下重合點(diǎn)檢測(cè)。

每個(gè)水下區(qū)域都設(shè)計(jì)了檢測(cè)航線，對(duì)檢測(cè)航線上的重合點(diǎn)（范圍小于2m*2m）進(jìn)行比較。水下重合點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果列于表4。

⑤實(shí)際精度分析。

計(jì)算檢測(cè)高程與圖面等高線內(nèi)插點(diǎn)高程的差值（H分量誤差），對(duì)地貌點(diǎn)進(jìn)行抽查檢測(cè)，永寧南方29-32號(hào)壩檢測(cè)了42個(gè)點(diǎn)，平羅縣六頃地1、2、3號(hào)壩檢測(cè)了31個(gè)點(diǎn)，平羅縣六頃地4、5號(hào)壩檢測(cè)了20個(gè)點(diǎn)。H分量誤差的具體數(shù)據(jù)列于表5。

依據(jù)雙觀測(cè)中誤差計(jì)算公式計(jì)算水下重合點(diǎn)高程中誤差：永寧南方=0.224m，平羅縣六頃地1、2、3號(hào)壩=0.302m，平羅縣六頃地4、5號(hào)壩=0.309m。均小于h/3=0.33m，說明采集數(shù)據(jù)不含粗差，質(zhì)量可靠。

2 結(jié)語

①通過測(cè)區(qū)起算控制點(diǎn)檢核、開始與結(jié)束時(shí)的固定點(diǎn)檢核、水深比對(duì)檢測(cè)、水下重合點(diǎn)檢測(cè)等過程質(zhì)量控制，保證了測(cè)深數(shù)據(jù)的精度要求。

②經(jīng)過實(shí)際精度分析，永寧南方29-32號(hào)壩測(cè)深中誤差為0.224m，平羅縣六頃地1、2、3號(hào)壩測(cè)深中誤差為0.302m，平羅縣六頃地4、5號(hào)壩測(cè)深中誤差為0.309m。均小于h/3=0.33m，說明采集數(shù)據(jù)不含粗差，質(zhì)量可靠，水下測(cè)深精度符合規(guī)范要求。

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