張小路

上海水辰信息科技有限公司 上海 200126

隨著水利現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快和生態(tài)文明城市建設(shè)的需要，河道水環(huán)境已成為各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展，民眾安居樂業(yè)的重要載體，是群眾生活質(zhì)量保證的重要體現(xiàn)，特別是開展社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)后，農(nóng)村河道環(huán)境整治工程同時(shí)也得到了各級(jí)政府的高度重視。

水污染防治是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要組成部分，水環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染溯源則更是防治工作的基礎(chǔ)。以往靠人工方式，難以滿足全面監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)治污的需求。采用全自動(dòng)暗管探測(cè)無人船搭載側(cè)掃聲吶、定向定位儀等設(shè)備進(jìn)行暗管排查和定位，無人船技術(shù)的應(yīng)用可以替代人工在環(huán)境復(fù)雜或者污染嚴(yán)重的水域作業(yè)，良好的穩(wěn)定性讓其在采集面廣，采用作業(yè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的項(xiàng)目中也能確保了探測(cè)任務(wù)的順利完成和數(shù)據(jù)采集的精確度。使用CORS-RTK進(jìn)行各種污染源的平面位置進(jìn)行定位，并在AutoCAD地形圖上標(biāo)記。采取岸上、水上同步實(shí)地調(diào)查的方式，利用多種手段現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查排口所屬單位、排口性質(zhì)等資料，根據(jù)排口具體情況采取便攜式流量計(jì)及其他方式測(cè)量排口流量。在做好上述要求的同時(shí)，盡可能收集更多的現(xiàn)場(chǎng)照片、排口其他信息等資料。

1 平面定位的技術(shù)手段

1.1 RTK技術(shù)

RTK(Real - Time Kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))載波相位差分技術(shù)，是一種可以將兩個(gè)進(jìn)行測(cè)量工作站點(diǎn)所取得的載波相位的觀察與測(cè)量，做出實(shí)時(shí)的處理的一種差分的形式，并且將所收集到的相關(guān)的信息發(fā)送到用戶的接收設(shè)備上，從而做出相關(guān)的求差的解答與計(jì)算方面的坐標(biāo)。此種方法是一種新型的運(yùn)用衛(wèi)星來進(jìn)行相關(guān)位置的確定的測(cè)量方面的形式，在之前的測(cè)量當(dāng)中，要對(duì)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)都做出相關(guān)的測(cè)量之后，測(cè)量結(jié)束后再來解算，從而得到高的精確度，但是RTK卻可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的處理，其所運(yùn)用的是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分的形式，這也標(biāo)志著GPS得到重大的發(fā)展，此種技術(shù)的出現(xiàn)，使得地形測(cè)圖及相關(guān)的控制測(cè)量都有很大的進(jìn)步，使工作效率得到有效提高[1]。

1.2 CORS系統(tǒng)

由于當(dāng)前建立起了用途多種多樣的參考站系統(tǒng)(CORS)，并且也建立起了多個(gè)基站共同組成的網(wǎng)絡(luò)形式的RTK，使得之前的RTK技術(shù)運(yùn)用中，所出的誤差會(huì)受到距離及可可靠性等的影響因素得到緩解。在這個(gè)當(dāng)中，虛擬性質(zhì)的參考站技術(shù)(VRS)，此種技術(shù)因?yàn)樗婕暗姆秶容^大，而且定位非常精準(zhǔn)，具有高度的可靠性，從而在當(dāng)前得到了極為廣泛的運(yùn)用。其的運(yùn)用的主要是在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的基站點(diǎn)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)方面的觀察，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，對(duì)所得到的數(shù)據(jù)做出重新建立與模擬，從而可以實(shí)時(shí)對(duì)高度精準(zhǔn)的導(dǎo)航提出相關(guān)的定位信息。

比如上海現(xiàn)九個(gè)GPS的基準(zhǔn)站，對(duì)全市范圍都有所覆蓋，并且建立起了整個(gè)上海市的虛擬性質(zhì)的，進(jìn)行相關(guān)參考站網(wǎng)絡(luò)體系。在運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，得到了相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行計(jì)算之后的地區(qū)坐標(biāo)可作為目標(biāo)，并將進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換的服務(wù)設(shè)備和相應(yīng)的客戶端聯(lián)結(jié)起來，并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置與試驗(yàn)活動(dòng)，從而使得數(shù)據(jù)得到平穩(wěn)的收發(fā)[2]。

2 污染源排查技術(shù)

2.1 暗管探測(cè)無人船技術(shù)

暗管排查使用全自動(dòng)暗管探測(cè)無人船搭載側(cè)掃聲吶和定位定向儀，該無人船采用碳纖維、玻璃鋼、凱夫拉復(fù)合材料，全船水密、防沉、防顛覆，保證了船體的航行平穩(wěn)。由于吃水淺，該船可抵達(dá)有人船無法抵達(dá)的測(cè)量區(qū)域。擁有國際領(lǐng)先的自主航行、自主避障、手動(dòng)控制等技術(shù)，以及智能控制終端及實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程通信功能，達(dá)到暗管探測(cè)的自主化以及信息傳遞的即時(shí)性。

管暗探測(cè)無人船對(duì)河道兩岸進(jìn)行暗管探測(cè)，探測(cè)的聲吶圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娔X基站系統(tǒng)中，技術(shù)人員實(shí)時(shí)觀察河流底部和兩岸的聲吶圖像，對(duì)疑似點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)探查，結(jié)合后期的詳細(xì)分析，判斷是否存在暗管，通過定位定向儀，可精確定位坐標(biāo)位置和獲取具體參數(shù)等信息。其探測(cè)原理是利用水底表面物質(zhì)背散射特征的差異來判斷目標(biāo)物的沉積屬性或形態(tài)特征。側(cè)掃聲吶作業(yè)時(shí)向兩側(cè)發(fā)送寬角度( 垂直方向) 聲波波束，可以覆蓋水底大面積區(qū)域，通常單側(cè)每個(gè)條帶探測(cè)寬度可以達(dá)到數(shù)十米到數(shù)百米，然后接收水底返回的背散射數(shù)據(jù)對(duì)水底進(jìn)行成像[3]。

無人船版?zhèn)葤呗晠龋砂l(fā)射900kHz的CW及Chirp信號(hào)，拖魚接收到回波信號(hào)并進(jìn)行處理后，把回波數(shù)據(jù)通過水下纜傳送給接收單元，聲吶顯控軟件對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、解析、處理后形成高分辨率、豐富細(xì)膩的圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)保存為OTSS及XTF格式數(shù)據(jù)，可用于回放。

疑似暗管的經(jīng)緯度坐標(biāo)如下表所示：

編號(hào) 緯度 經(jīng)度 水深1 22.563167 114.141767 1m

2.2 明管、泵閘、涵閘、橋洞等排水口調(diào)查

采取岸上、水上同步實(shí)地調(diào)查的方式，對(duì)河道已封堵排口、泵閘/站、涵洞/管等的坐標(biāo)位置進(jìn)行定位，現(xiàn)場(chǎng)拍照，并用紅色油漆進(jìn)行標(biāo)記，做好現(xiàn)場(chǎng)信息記錄[4]。

3 成果處理和匯總

3.1 平面定位數(shù)據(jù)處理

利用GPS手簿導(dǎo)出記錄點(diǎn)號(hào)的城建坐標(biāo)數(shù)據(jù)如下：

000,,-38511.2044,-19921.6952,3.6389

001,,-38514.6059,-19902.8693,3.6790

002,,-38518.3666,-19883.0791,3.6125

利用程序讀取各個(gè)點(diǎn)號(hào)的城建x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，利用CAD點(diǎn)標(biāo)注“po 城建X,城建Y”，文字標(biāo)注“-text 城建X,城建Y 0.12 0文字信息”，批量生成對(duì)應(yīng)污染源排口的點(diǎn)標(biāo)注和排口名稱的命令，導(dǎo)入到已拼接完成的現(xiàn)場(chǎng)地形圖上，注意點(diǎn)位信息和現(xiàn)場(chǎng)照片信息要一一正確匹配以及不同排口類型的圖例區(qū)分[5]。

3.2 暗管排查數(shù)據(jù)處理

利用無人船搭載聲吶設(shè)備進(jìn)行暗管探測(cè)工作，暗管探測(cè)無人船的探測(cè)精度不小于3cm。提交相關(guān)聲吶工作錄像，并標(biāo)注疑似暗管的經(jīng)緯度位置。由于側(cè)掃聲吶圖像識(shí)別容易受水草、蘆葦、廢棄管道等不確定性因素影響，暗管的確認(rèn)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，最終確認(rèn)其排口類型和真實(shí)性，如下圖示例所示。

疑似暗管的經(jīng)緯度坐標(biāo)如下表所示：

編號(hào) 緯度 經(jīng)度 水深1 22.563167 114.141767 1m

3.3 污染源排口數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將現(xiàn)場(chǎng)排查的圖片、定位、類型等信息進(jìn)行一一統(tǒng)計(jì)，匯總成表，照片名稱與表格上名稱編號(hào)一致，CAD標(biāo)注排口編號(hào)與表格一致，城建坐標(biāo)和經(jīng)緯度坐標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)定位時(shí)記錄保持一致，暗管排口需截取現(xiàn)場(chǎng)的側(cè)掃聲吶圖片，方便現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核和確認(rèn)，統(tǒng)計(jì)示意表如下[6]：

照片 河道名稱 類型 城建X 城建Y 緯度 經(jīng)度 cad標(biāo)注 備注**河1 **河 明管 -38511.2044 -19921.6952 31°11′54.68039″N 121°21′02.89867″E CN8-**河-明管01**河2 **河 泵閘 -38514.6059 -19902.8693 31°11′55.16001″N 121°21′10.36103″E CN8-*河-泵閘01**河3 **河 暗管 -38518.3666 --19883.0791 31°11′54.32421″N 121°21′05.05136″E CN8-*河-暗管01 疑似污水口

4 結(jié)束語

（1）需要做好充足的前期準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備好申請(qǐng)書、項(xiàng)目情況等材料，申請(qǐng)排查區(qū)域內(nèi)的AutoCAD地形圖和平面控制點(diǎn)資料，組織項(xiàng)目參與人員進(jìn)行實(shí)地踏勘，了解工作區(qū)域范圍內(nèi)的控制點(diǎn)、地形、水情以及交通情況，對(duì)收集的資料和踏勘資料進(jìn)行整理和分析，制定詳細(xì)的技術(shù)路線、進(jìn)度安排和項(xiàng)目實(shí)施等方案，由于暗管探測(cè)無人船搬運(yùn)不是很方便，需要充分考慮上下船的位置。

（2）排查工作宜選在晴朗天氣時(shí)進(jìn)行，如遇管道有排水現(xiàn)象，需進(jìn)行采樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析和化驗(yàn)，注意水樣的運(yùn)輸和保存。

（3）暗管探測(cè)受側(cè)掃聲吶分辨率的影響，對(duì)管徑為15cm以下的暗管排查存在一定的難度，對(duì)于河道寬超過30m的河道，需要左右兩邊分別排查一次，確保側(cè)掃聲吶的聲波路徑完全覆蓋排查區(qū)域。

（4）暗管探測(cè)無人船的搭載的定位定向儀精度為亞米級(jí)，如需獲得更加精確的定位，需要借助于RTK和cors技術(shù)，利用GPS進(jìn)行精度定位。

（5）平面定位受到周邊房屋、樹木、高壓線等不確定因素的影響，可能存在固定解失效和衛(wèi)星數(shù)據(jù)不足等現(xiàn)象，影響定位的精度，需要借助全站儀測(cè)量等手段確定。

（6）對(duì)于需要排查污染源排口的高程，需要利用水準(zhǔn)儀引測(cè)國家水準(zhǔn)點(diǎn)來確定，精度要求不高時(shí)，可采用靜止水面進(jìn)行高程傳遞。