施永富

摘 要：內(nèi)河航道圖測(cè)量外業(yè)工作量大，內(nèi)業(yè)成圖效率低；疏浚工程設(shè)計(jì)方案選定和疏浚工程量計(jì)算自動(dòng)化程度低，航道疏浚工程施工質(zhì)量檢測(cè)橫斷面無(wú)法重疊比對(duì)。為此，我們研究開(kāi)發(fā)了輕便型航道疏浚測(cè)量系統(tǒng)。用該系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)河航道圖測(cè)量，可以大大提高工作效率；疏浚工程的設(shè)計(jì)方案可以N多次更改，并快速生成相應(yīng)的疏浚工程量計(jì)算表和橫斷面圖。利用該系統(tǒng)的斷面分析對(duì)比軟件進(jìn)行疏浚施工質(zhì)量檢查和竣工驗(yàn)收，可以把實(shí)時(shí)河床斷面線與設(shè)計(jì)斷面線疊加分析，直觀準(zhǔn)確反映疏浚工程的施工質(zhì)量。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中效果顯著。

關(guān)鍵詞：航道測(cè)量 疏浚質(zhì)量檢查 系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U675.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（a）-0070-02

航道適航水深檢測(cè)與疏浚施工是航道管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行航道維護(hù)的重要手段。我們根據(jù)工作實(shí)踐，研究開(kāi)發(fā)了“輕便型航道疏浚測(cè)量系統(tǒng)”。該系統(tǒng)在技術(shù)上采用了GPS定位和測(cè)深技術(shù)，向?qū)阶詣?dòng)完成所有數(shù)據(jù)的采集、后處理、成圖、流轉(zhuǎn)和成果輸出、實(shí)測(cè)對(duì)比分析。用該系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)河航道圖測(cè)量，可以大大提高工作效率；疏浚工程的設(shè)計(jì)方案可以N多次更改，并快速生成相應(yīng)的疏浚工程量計(jì)算表和橫斷面圖。利用該系統(tǒng)的斷面分析對(duì)比軟件進(jìn)行疏浚施工質(zhì)量檢查和竣工驗(yàn)收，可以把實(shí)時(shí)河床斷面線與設(shè)計(jì)斷面線疊加分析，直觀精確反映疏浚工程的施工質(zhì)量。

1 系統(tǒng)組成

輕便型航道疏浚測(cè)量系統(tǒng)組成：測(cè)量型GPS（RTK）、工業(yè)級(jí)別PDA（手簿）、數(shù)字超聲波回聲測(cè)深儀、工控電腦等硬件和航道成圖軟件、工程之星、航道疏浚測(cè)量分析系統(tǒng)（PCSS）。

1.1 航道疏浚測(cè)量分析系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）全新內(nèi)核，速度快，功能強(qiáng)大；

（2）向?qū)讲僮?，?jiǎn)單可靠；

（3）工程化的數(shù)據(jù)管理模式，確保圖形和原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)安全的記錄；

（4）開(kāi)放式端口，支持多種數(shù)據(jù)格式，可連接國(guó)內(nèi)外所有型號(hào)的GPS、測(cè)深儀等硬件設(shè)備。

該系統(tǒng)將采用RTK作為坐標(biāo)采集手段，并自架基準(zhǔn)站，通過(guò)1+1的工作模式來(lái)定位，這樣我們的定位精度和施工效率在所有河段都可以得到保證。

1.2 水上測(cè)量

在船上安裝測(cè)深儀，連接好鼠標(biāo)鍵盤及換能器（須固定牢靠），在換能器桿上架設(shè)好S82移動(dòng)站連上測(cè)深儀，通過(guò)PCSS軟件將GPS坐標(biāo)及測(cè)得的水深數(shù)據(jù)聯(lián)系得到測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，既而測(cè)得測(cè)區(qū)的地形圖。

為了得到連續(xù)、穩(wěn)定可靠的水深值，系統(tǒng)采用南方SDE28數(shù)字化回聲測(cè)深儀來(lái)測(cè)量水深值。聲波在水中的傳播速度為V，換能器（探頭）發(fā)出超聲波，聲波經(jīng)探頭發(fā)射到水底，并由水底反射回到探頭被接收，測(cè)得聲波信號(hào)往返行程所經(jīng)歷的時(shí)間為t，則：Z=Vt/2；同時(shí)根據(jù)探頭上固定桿的刻度可獲知水面與探頭之間的距離，即吃水深度，兩者之和即為最終水深值，如圖1。

1.3 該組成系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）減少內(nèi)外業(yè)操作步驟，大大提高工作效率；

（2）采用1+1模式測(cè)量，只需第一次測(cè)量求取參數(shù)，之后架設(shè)好基準(zhǔn)站后只需在已知點(diǎn)校對(duì)即可，保證測(cè)區(qū)的測(cè)量精度；

（3）數(shù)字測(cè)深儀精度高（±1 cm+0.1%D），自帶的工控電腦方便外業(yè)測(cè)量；

（4）數(shù)據(jù)無(wú)縫連接，可靠性好；

（5）工程質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，斷面自動(dòng)匹配、對(duì)比分析；

（6）系統(tǒng)自動(dòng)生成所需格式的表格、圖形等成果；

（7）圖形成果標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，方便成果上交和各施工單位或兄弟單位共享使用；

（8）與數(shù)字化測(cè)量船相比，該套系統(tǒng)還有抗電磁環(huán)境干擾性強(qiáng)，無(wú)作業(yè)盲區(qū)等優(yōu)勢(shì)；

（9）輕便、小型、攜帶安裝方便。硬件總重量約11公斤，1～2人可以操作，可安裝在小舢板上，大小航道都可測(cè)量，適應(yīng)性強(qiáng)，使用成本低。

2 系統(tǒng)測(cè)量流程

測(cè)量流程：測(cè)量控制點(diǎn)—— 陸上地形測(cè)量—— 水深測(cè)量—— 繪制航道平面地形圖—— 進(jìn)行航道中心線設(shè)計(jì)及確定設(shè)計(jì)參數(shù)—— 生成航道平面圖—— 自動(dòng)生成航道斷面圖—— 自動(dòng)生成土方計(jì)算表。

2.1 測(cè)量控制點(diǎn)

測(cè)區(qū)附近若有控制點(diǎn)則可引控制點(diǎn)到測(cè)區(qū)，若無(wú)控制點(diǎn)可采用自定義的坐標(biāo)系。至少需要兩個(gè)已知點(diǎn)便于求取參數(shù)。

2.2 陸域測(cè)量

對(duì)航道兩側(cè)沿岸區(qū)域內(nèi)的測(cè)量，范圍依據(jù)航道處需要而定，一般包括沿岸公路，居民住宅，岸線，淺水區(qū)域，岸標(biāo)，護(hù)河堤壩，水文站等要素。

2.3 水深測(cè)量

將GPS，測(cè)深儀，工控型電腦組合一起，利用GPS 獲得坐標(biāo)，測(cè)深儀獲得水深數(shù)據(jù)，筆記本電腦運(yùn)行本軟件進(jìn)行采集、存貯，這樣可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間大面積水域測(cè)量，可以為海洋、航道、內(nèi)河，提供水深圖的數(shù)據(jù)以供處理成圖。一般測(cè)量要比設(shè)計(jì)的斷面線稍寬，保證設(shè)計(jì)區(qū)域數(shù)據(jù)的完整性。由于船的吃水及測(cè)深儀水深小于30 cm的測(cè)量誤區(qū)，淺水區(qū)域（小于60 cm）測(cè)量困難較大，但對(duì)于設(shè)計(jì)航道區(qū)域并無(wú)影響。為了保證收到的水深測(cè)量回波的良好，換能器應(yīng)固定牢靠。

2.4 繪制航道平面地形圖

針對(duì)成果圖形要求，我們對(duì)CASS的二次開(kāi)發(fā)，使得軟件有了航道測(cè)量專用圖框和航道每條橫斷面樁號(hào)的確定方式，以及以橫斷面為軸線，測(cè)量點(diǎn)可以自動(dòng)內(nèi)插；最重要的是航道成圖軟件有可以輸出斷面數(shù)據(jù)給斷面測(cè)量分析軟件的功能，該功能可使所有斷面圖形設(shè)計(jì)工作在航道成圖軟件上完成，然后直接導(dǎo)入斷面測(cè)量分析軟件，在這個(gè)過(guò)程中，圖形完整，數(shù)據(jù)不丟失。

2.5 航道中心線設(shè)計(jì)及確定設(shè)計(jì)參數(shù)

在航道測(cè)量軟件中畫出設(shè)計(jì)好的航道中心線。確定設(shè)計(jì)航道底標(biāo)高、航道底寬和邊坡系數(shù)等參數(shù)。

2.6 生成航道平面圖

在軟件中輸入航道中心線和設(shè)計(jì)參數(shù)， 形成完整的航道平面圖。

2.7 航道斷面圖和土方工程量計(jì)算表

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成航道斷面圖和土方工程量計(jì)算表。生成如圖2所示。

3 斷面測(cè)量分析流程

系統(tǒng)滿足測(cè)量時(shí)的匹配、顯示和自動(dòng)對(duì)比功能，并將它移植到工控電腦上，測(cè)量時(shí)在工控電腦屏幕上該軟件與水深測(cè)量、圖形導(dǎo)航界面同時(shí)顯示。在此過(guò)程中匹配和疊加斷面，并作出對(duì)比分析，用例圖、類圖、對(duì)象圖、活動(dòng)圖、布署圖、構(gòu)件圖貫穿整個(gè)過(guò)程。

4 系統(tǒng)精度分析

S82采用一體化設(shè)計(jì)，集成GPS天線、UHF數(shù)據(jù)鏈、OEM主板、藍(lán)牙通訊模塊、鋰電池，其RTK定位精度：平面±（2 cm+1 ppm），垂直±（3 cm+1 ppm）。

SDE-28測(cè)深儀性能與技術(shù)指標(biāo)如下所述。

聲速范圍：1 300～1 650，測(cè)量深度：0.39～300 m，測(cè)深精度：±1 cm+0.1%，吃水范圍：0～9.9 m，分辨率：1 cm。

輕便型航道疏浚測(cè)量系統(tǒng)的精度取決于RTK及測(cè)深儀的精度，系統(tǒng)綜合精度可達(dá)到平面±（2 cm+1 ppm），垂直±（3 cm+1 ppm）。SDE-28測(cè)深儀的測(cè)深精度為±1cm+0.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家規(guī)定的精度指標(biāo)。

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