逯金明 郭文彬
摘 要:介紹了水下地形測量的基本原理和方法,采用河南CORS進行定位,中海達HD-370測深儀無水位觀測模式在水下地形測量中的應用,說明了提高水下地形測量精度的措施。
關鍵詞:CORS;水下地形測量;精度
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.188
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,水利水電工程的建設對水下地形圖的需求越來越多,與常規(guī)的陸地地形測量不同,水下地形測量時需要同時進行定位與水深測量,測得的水深按距離和特征進行取樣,獲得水深數(shù)據(jù),繪制水下地形圖。一般采用信標差分進行定位,進行水位觀測,采用測深儀進行水深測量。隨著GNSS技術的發(fā)展,河南省建立了CORS,數(shù)字測深技術不斷發(fā)展,CORS與數(shù)字測深技術相結合,提高了定位和測深精度,自動化程度高,減少了人員和設備投入,提高了工作效率。開展某河流1km2的水下地形測量任務,對水深進行了比對。
1 河南CORS及水深測量
1.1 河南CORS簡介
河南CORS是由河南省測繪工程院與河南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局共同建設,由基準站、數(shù)據(jù)處理中心、氣象監(jiān)測中心、用戶應用、數(shù)據(jù)通信5個子系統(tǒng)組成。河南CORS目前共建設56 個參考站點,覆蓋河南全省,已經(jīng)在大地測量、工程測量、城市規(guī)劃、國土資源管理、氣象監(jiān)測及地理信息系統(tǒng)等領域得到了廣泛的應用,同時兼顧社會公共定位服務 [1]。
1.2 水深測量的基本原理
回聲測深儀的工作原理是利用換能器在水中發(fā)出聲波,當聲波遇到障礙物而反射回換能器時,根據(jù)聲波往返的時間和所測水域中聲波傳播的速度,就可以求得障礙物與換能器之間的距離。聲波在水中的傳播速度,隨水的溫度、鹽度和水中壓強而變化,需要測定聲速。利用河南CORS系統(tǒng)進行定位,可以實時測量得到厘米級的平面和高程數(shù)據(jù),測深儀進行水深測量,量取換能器吃水,聲速儀測定聲速,輸入GPS天線高,進行吃水和聲速改正,可以得到水面的大地高和水深,通過轉換,可得到水底的1985國家高程基準下的高程,繪制水深圖。在外業(yè)測量時,受外界的影響較小,可以較好地消除動態(tài)吃水影響,是一種理想的水上測量方法。該方法無需進行水位觀測,目前在水下地形測量中,已經(jīng)得到了廣泛的應用,取得了良好的效益。
1.3 采用的儀器設備
測深儀采用中海達HD-370測深儀,測深范圍為0.3至600m,測深精度±10mm+0.1%h(h為水深,單位:m),吃水調整范圍:0至15m,聲速調整范圍:1370至1700m/s。聲速使用聲速剖面儀進行測定,水下聲速量程:1375至1900m/s,分辨率:0.001m/s,精度:±0.02m/s。定位使用中海達K10分體式定位儀,RTK平面精度: ±0.8cm+1ppm,垂直精度: ±1.5cm+1ppm,輸出數(shù)據(jù)格式:1pps同步脈沖輸出,NMEA-0183。測量船使用快艇,設備進行固定安裝,考慮到設備安全,每天對儀器進行拆卸,安裝時需測量換能器吃水。
2 應用實例
2.1 工程簡介
為了了解河流的水深情況,為水利工程勘察、設計、建設服務,進行水下地形測量,測區(qū)面積為1km2,比例尺為1∶1000。
2.2 準備工作
收集測區(qū)控制點資料,對測區(qū)進行踏勘,了解測區(qū)控制點保存狀況,選取保存狀況良好的控制點,作為本項目的首級控制網(wǎng),點位分布合理。平面坐標和高程坐標系統(tǒng)轉換采用布爾莎器參數(shù)轉換模型同時進行,并對控制點進行檢核,檢測數(shù)據(jù)如下:
較差: 平面ΔX =-0.009m,平面ΔY=-0.016m,高程ΔH =-0.025m。
檢核結果滿足精度要求。
停泊穩(wěn)定性試驗,選擇在碼頭附近,周圍水深6m,水底平坦,連續(xù)開機時間8h,試驗中,每隔15min比對一次水深,試驗時水深比對限差在2倍測深精度以內,符合JTS 131-2012《水運工程測量規(guī)范》要求。
將中海達 K10定位儀流動站安置于某已知點上,進行比對,并做記錄。定位點點位中誤差滿足規(guī)范要求。
2.3 測量的實施
(1)在進行水下地形測量數(shù)據(jù)采集前,使用K10定位儀在已知控制點進行精度檢核,檢查參數(shù)設置是否正確,平面和高程較差不大與5cm,方可開始測量工作。
(2)聲速測定,在測區(qū)水深較深處,進行聲速剖面測量,輸入儀器進行聲速改正,并使用檢查板比對改正后的水深進行比對,考慮到測區(qū)面積較小,水流平緩,溫度變化不大,每天測量一次聲速剖面。
(3)按計劃測線進行水深測量,測線間距為20m,GPS數(shù)據(jù)采集解狀態(tài)設置為固定解,偏航窗口實時顯示偏航信息,如遇特殊情況偏離測線10m,需進行補測。
(4)采用儀器自帶的水深后處理軟件進行水深處理,按要求進行水深取樣,對虛假信號進行處理,導出水深數(shù)據(jù),使用Cass 9.1進行編輯,檢查,繪制水深圖。
2.4 成果檢驗
水深20m以內,深度誤差限值為±0.2m;水深大于20m,深度誤差限值為±0.01H,H為水深值 [2]。成果滿足規(guī)范要求。
3 提高水下地形測量精度的措施
3.1 采用三星RTK和求取轉換參數(shù)
受GPS信號和CORS信號覆蓋的影響,使用三星RTK可以提高定位精度。準確求取轉換七參數(shù),提高高程精度。
3.2 測深儀軟件設置
(1)固定解采集水深。
(2)定位儀安置在測深儀正上方,GPS天線相對換能器的平面位置偏差為0m,多次測量換能器吃水,取平均值。
4 結束語
河南地區(qū)星基增強系統(tǒng)(SBAS)的信號有日本的MSAS系統(tǒng),定位精度不高,一般為1-3m,采用河南CORS進行定位,提高了定位精度,減少了水位觀測投入,進行大比例尺水下地形測圖,采用CORS系統(tǒng)定位技術優(yōu)勢明顯。
參考文獻:
[1]周昀,陶曉霞,蘇哲等.衛(wèi)星導航星基增強系統(tǒng)及信號體制的比較[J].空間電子技術,2016,5(06):52-57.
[2](JTS 131-2012)水運工程測量規(guī)范規(guī)范[S].
作者簡介:逯金明(1986-),男,本科,工程師,主要從事工程測量等工作。