航道大比例尺数字测图技术的实践

严桂强
（广西梧州航道管理处 广西梧州 543002）

【摘　要】　结合采用GPS和全站仪等测量新技术在航道大比例尺测图中的实践，提出针对带状水深测量的分段纵向布设测深断面法，介绍双频RTK-GPS在地形、礁石测量中的优点及存在的不足，并对采用新技术新方法测图的精度进行了分析，阐明自动化、数字化测图是今后航道大比例尺测图的发展方向。
【关键词】　大比例尺测图　GPS　航道测量

　　西、浔江是广西内河运输最繁忙的黄金水道，是承东启西大交通网络的重要组成部分，随着改革开放不断深入，国民经济迅速发展，交通运输业也跃上了一个新的台阶。进行西、浔江航道桂平至梧州界首段航道整治续建工程建设，对实施西部大开发战略，促进经济发展具有重要的意义。在续建前，必须为设计部门提供大比例尺地形图，作为续建设计的依据。该河段总长186km，需要进行大比例尺测图的几乎覆盖该河段所有滩险。为了不影响后续设计的进行，要求在两年内全部完成前期测量工作。众所周知，航道测量属季节性很强的工作，水位是影响测量成果质量的一个重要因素，为保证测量成果的精度，要在枯水期间完成全部的外业工作，时间是十分紧迫的。为了顺利地完成该项任务，我们投入了一批先进的测量仪器和设备，采用了一些新技术和新方法。现就笔者所参加的外业测量工作，谈谈新技术和新方法在航道大比例尺测图中的实践与应用。
　　一、测图方法的采用和实施
　　大比例尺测图一般指1：500~1：5000的地形测图。过去主要采用大平板测图、小平板与经纬仪联合测图及经纬仪与半圆仪（即量角器）测图等白纸作业模式。然而随着新技术和新仪器（如全站仪和GPS等）的应用和广泛普及，测图的自动化、数字化已基本实现。
　　在本次测量中，航道的初步选线已经确定，所要求进行大比例尺测图（主要为1：500）的范围为设计航道中线左右约100~120m范围内，以及一些零星礁石区。为此我们把测量任务分为水深测量和地形、礁石测量两部分。其中水深测量使用DGPS测深系统进行，地形、礁石测量则使用双频RTK-GPS辅以全站仪进行。
　　（一）、水深测量
　　所使用的DGPS测深系统的主要特点是能够实现动态实时定位，即进行测量时，移动台（天线）的位置可以实时地在计算机屏幕上显示出来，与此同时，计算机记录下测深仪采集到的水深数据，即所有的测量数据采集与记录均由计算机自动完成，真正实现了时态、实时、自动化。这样，我们可以利用它进行测深艇的精确导航定位，实现有规律、有目的的水深测量工作。
　　在实际工作中，所要施测的范围已经基本确定，进行外业工作前，均事先在计算机内划定需要测量的区域和规划布设好测量航迹线，保证测量时测线间距均匀并满足规范要求。作业时对测身艇船位（即测量轨迹）进行实时监控，发现航迹偏移立刻修正，尽量避免不必要的重测、超测，防止漏测。对于测深艇无法到达的区域，记录出范围坐标，交付地形、礁石测量组补充完整。
　　在该次测量中打破了常规的横向布设测深断面，采取分段纵向布设测深断面法进行，主要考虑以下几方面问题。
　　1）所需要施测的范围宽约200m的带状区域，若采取横断面布线将导致测深艇因频繁调头而耗费大量时间。
　　2）某些地段受地形影响，测艇在测图区域内能通行的宽度往往不足150m，更无法满足规范要求的以延长测线长度来削弱因测深艇调头产生横摇、纵倾而引起误差的规定。
　　3）所使用的测深艇船速较快，测艇调头所需的半径较大，若按垂直水流方向来布设横向测深断面线，调头完毕时，船位距离前断面已经超出允许最大测深断面线间距。
　　4）所测量的区域大多数处于现行的主航道上，测深艇在船舶过往频繁的航道上横穿是比较危险的，不符合安全生产的要求。
　　5）为有效控制测量的精度和保证差分数据链的正常传播，因此必须控制基准站与测深艇之间的距离。
　　因此在规范允许下采取分段纵向布设测深断面法进行水深测量工作，每测段长度控制在1.5~2.5km。为了有利于测深艇的调头和安全，分段点主要选择河面较宽、水流比较平缓的深潭河段。
　　采取该方法作业，不仅测量断面线顺直均匀，成图美观，而且减少了不必要的超测与时间消耗，工作效率提高了25%~40%，充分体现了安全、优质、高效的工作理念。
　　此外，为了保证测图的质量，对存在碍航礁石或疑存礁石区域和现行航道的边线均进行加密测量。
　　（二）、地形、礁石测量
　　GPS具备优越的全天候、高精度、自动化、高效益、多功能、操作简便等性能，是目前最先进的测量技术之一。在本次测量作业中，除测深艇能够到达的区域采用DGPS测探系统完成外，其余部分均以双频RTK-GPS为主，辅以全站仪进行。实践证明，采用RTK-GPS进行地形碎部测量具有常规测量方法不可比拟的优点。
　　1）基准站设置灵活，不必与测点通视，只需避开高压线、变电站、雷达等大功率无线电发射源即可。
　　2）每站可作业的范围大，基本条件为测点能够接收到基准站发射的无线电差分数据信号。考虑到测量的精度与基准站到测点的距离有关，测点与基准站的距离控制在2.5km以内。
　　3）测量操作简便，设置完基准站后，每一碎部点的测量，跑点员立直接收天线，轻按两个按键即可完成。而且，跑尺员成了作业的主角，可以随测随记，做到点点分明，点物匹配，不必象常规测量方法一样需要司仪员以手势或对讲机指挥，同时免去了测后对点等工作。
　　4）对半淹没状态的碍航礁石测量，一般需要小测艇载人去探测，每个测点不可能绝对地固定，因此如何快速准确地实现定位是解决问题的关键。而不必象常规测量方法需要照准、读数等操作的RTK-GPS恰好可以完美地解决这问题。
　　经实际测算，采用RTK-GPS技术测图（仅以一台移动站计算，若使用多台移动站效果将更明显）的速度约为全站仪（两人跑镜）测图的3倍，大平板或经纬仪测图的4~6倍。
　　RTK-GPS是通过接收GPS卫星信号来实现实时动态差分定位的，其定位的实现和测量精度主要依赖于卫星的状况，假如天线上方存在大片障碍物（如较大建筑物的房角、大树或灌木林地等进行定位时），卫星状况将受到影响，定位的误差会突然增大甚至GPS信号失锁无法进行定位。为此，在采用RTK-GPS可能无法实现测量定位或定位精度较差的区域，则辅以全站仪极坐标法进行。鉴于所使用的双频RTK-GPS可以满足布设图根点的精度要求，为了简便作业，可以在该区域的附近较为开阔的适当位置布设两个图根控制点供全站仪测图使用。
　　（三）、测量数据汇总
　　由于测量任务的作业点长且比较分散，因此每完成一个作业点或者作业段，将DGPS、RTK-GPS和全站仪采集的测量数据进行汇总，发现有漏测的空白区域立刻进行补测，以减少工地转移后的不必要返测。所有的测量数据均是自动采集并以电子文件形式记录在计算机或仪器内存里，为防止数据丢失，在数据汇总的同时均进行数据备份工作，或及时拷贝提供内业后处理和编辑成图使用。
　　二、测图精度分析
　　（一）、水深测量的误差分析
　　根据所使用的DGPS测深系统（HD8700型）精度指标（若使用双频HD8900型，平面定位精度更高），其动态定位精度为：载波相位配置< 0.75m；测深仪的型号为SDH-13D型，测深精度为±0.4%±0.5cm。考虑到基准点点位误差、设站误差及移动天线和换能器的偏差（一般可控制在±0.10m以内）均远小于仪器的动态定位误差，因此平面定位误差主要来源为仪器的动态定位误差，根据误差定律计算总精度将< 0.85m，即完全满足《水运工程测量规范》要求的< 1m。至于深度方面，测量数据由计算机自动采集，至少避免了常规方法中的平面定位与水深采集异步、水深由人工估读等误差影响。
　　（二）、地形测量误差分析
　　所采用的双频RTK-GPS实时定位精度：平面为2cm±2ppm，高程为3cm±2ppm，此精度可以满足规范中对布设图根点的要求，用来进行碎部点测量显然是绰绰有余的。但是，由于其测量精度与所接收到的卫星信号及卫星状况有关，为了防止错误或因卫星状况不良对测量精度的影响，在每次设站后开始测量时，均应先到已知点上进行测试对比。鉴于所测量的每一碎部点均为相对独立的，跑点人员在测量采集时应密切注意卫星的状况，发现所接收使用的卫星数目（主要为共同采用数目）过少或出现浮点解时应作特别记录或延长测量时间。
　　（三）、精度测试与检验
　　经过实际作业的测试，使用的仪器均能达到其标称的精度，所有外业测量数字地形信息均符合规范要求，满足后续编辑成图、设计和施工。
　　三、结 论
　　实践证明利用DGPS测探系统、双频RTK-GPS辅以全站仪进行大比例尺航道地形图测量，不仅操作简便、效率高，而且精度比其他常规仪器和方法有较大的提高，完全实现了外业数据采集的自动化和数字化，是大比例尺图内-外业一体化的重要基础和组成部分，是今后地形图测量的发展方向。

参 考 文 献
[1] JTJ 203-2001，水运工程测量规范[S]
[2] 梁开龙，水下地形测量[M]．北京：测绘出版社，1995
[3] 刘基余等，全球定位系统原理及其应用[M]．北京：测绘出版社，1993
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