黃紅日

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110006)

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移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與測深儀的聯(lián)合應(yīng)用
——以水庫庫容測量示例

黃紅日

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110006)

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

關(guān)鍵詞：移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK；淤積測量；等高線容積法；庫容曲線

1概述

大伙房水庫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。水庫東西長約35 km，水面最寬處達(dá)4 km、最窄處約0.3 km。水庫最大水深37 m，最大庫容量為21.87 億m3，入庫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渾河流入大伙房水庫，為掌握水庫庫區(qū)淤積狀況，2015年由遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)了淤積測量工作。

淤積測量，采用移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與HD-370全數(shù)字變頻測深儀聯(lián)合作業(yè)的方式進(jìn)行，通過測量水庫庫區(qū)水下地形數(shù)據(jù)，采用等高線容積法計(jì)算水庫的庫容，并繪制庫容曲線，通過不同時(shí)期的庫容計(jì)算來取得水庫淤積數(shù)據(jù)[1]。

2采用的儀器設(shè)備

2.1移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK

移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK，就是使用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)播發(fā)差分?jǐn)?shù)據(jù)。進(jìn)行外業(yè)測量時(shí)，將開通上網(wǎng)業(yè)務(wù)(GPRS/CDMA)的手機(jī)卡嵌入到測量儀器主機(jī)內(nèi)，設(shè)置好數(shù)據(jù)傳輸模塊，用測量手簿連接基準(zhǔn)站，輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)啟動基準(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)和流動站接收機(jī)中，然后將基準(zhǔn)站和流動站數(shù)據(jù)鏈傳輸方式設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)模式。對基準(zhǔn)站和流動站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模式的相關(guān)設(shè)置即可進(jìn)行外業(yè)測量。這種作業(yè)模式下流動站與基準(zhǔn)站的有效作業(yè)距離可以達(dá)到20 km，解決了在RTK測量中，由于使用電臺作業(yè)范圍小重復(fù)設(shè)置基準(zhǔn)站的問題，極大提高了RTK測量的作業(yè)效率。

2.2HD-370測深儀的測深精度

測深精度±(2cm+1/‰)的HD-370測深儀是目前國內(nèi)唯一具有高頻混頻電路技術(shù)的測深儀，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)化了測深精度，解決了淺水測深的難題。

2.3庫區(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)行庫容曲線的繪制[3]。

3坐標(biāo)、高程系統(tǒng)

文章涉及的庫區(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國家高程基準(zhǔn),首級高程控制為3等。RTK測量首級控制平面等級為C級。

4庫區(qū)地形測量

1)庫區(qū)地形測量采用移動基站式網(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?？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)算精度情況見表1。

表1　控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換參數(shù)殘差情況表

2)測深儀轉(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)水下地形測量：水下地形測量采用移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)配合HD-370測深儀進(jìn)行。作業(yè)時(shí)，將以上參數(shù)輸入至測深儀，通過固定差改正，天線偏差改正，使測深儀可以精確提供平面坐標(biāo)和高程。外業(yè)測量結(jié)束后，把外業(yè)測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測深儀進(jìn)行水下測量注意事項(xiàng)：測深儀要準(zhǔn)確輸入7參數(shù)，使用前要進(jìn)行實(shí)地測深的比測，進(jìn)行檢驗(yàn)。準(zhǔn)確記錄測深探頭的吃水深度，探頭要固定在測量船上并保持測深桿垂直水面，當(dāng)次測量數(shù)據(jù)及時(shí)做好保存，防止意外丟失，水庫庫區(qū)風(fēng)浪較大時(shí)停止水下測量。測深儀水深精度檢校情況見表2。

4)庫區(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，測深儀采集的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

表2　HD—370水深檢測表

注：根據(jù)每次水深測量前檢測點(diǎn)較差計(jì)算的中誤差。

5庫容計(jì)算

文中計(jì)算的水庫庫容采用等高線容積法，等高線容積法計(jì)算水庫庫容是一種計(jì)算精度較高的方法。在庫區(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，即得水庫高程G～面積A曲線。把水庫高程劃分若干級，在高程～面積關(guān)系曲線上查得各級高程的相應(yīng)水面面積，自上而下，逐級計(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的庫容成果表見表3。

表3　三查三定成果表

通過大伙房水庫的三查三定庫容成果與本次復(fù)核的庫容成果進(jìn)行對比繪制的庫容曲線圖見圖1。

圖1　庫容曲線圖

依據(jù)等高線容積法計(jì)算的各級高程的庫容見表4。

表4　大伙房水庫庫容計(jì)算成果表

6淤積分析

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

7結(jié)論及建議

1)南方靈銳S86T儀器外掛電臺的有效工作范圍僅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)地與測區(qū)的位置關(guān)系。如若基站離測區(qū)位置偏遠(yuǎn)，控制點(diǎn)在電臺覆蓋范圍以外，將導(dǎo)致多次設(shè)置基準(zhǔn)站，效率低下。采用移動基站式網(wǎng)絡(luò)RTK與HD-370全數(shù)字變頻測深儀聯(lián)合作業(yè)，進(jìn)行水下地形測量具有明顯優(yōu)勢。

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

3)水庫庫容和淤積量是水庫調(diào)度的重要參數(shù)，也是保證水庫安全運(yùn)行的一項(xiàng)長期而重要的基礎(chǔ)工作，水庫的淤積測量資料的積累是一個(gè)長期過程。庫容計(jì)算采用的計(jì)算軟件和方法不同，可能會得到不同的計(jì)算結(jié)果，建議今后的庫容計(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：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013.

[2]高圣益，李成國.水庫庫容測量技術(shù)研究[J].人民長江，2007(10)：98-99.

[3]中國有色金屬工業(yè)總公司.工程測量規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

[4]國家側(cè)繪局.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范[S].北京：測繪出版社，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：1007-7596(2016)01-0099-04

[收稿日期]2015-10-28

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

中圖分類號：TV697.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A