輕便型航道疏浚測量系統開發及應用研究

施永富

摘 要：內河航道圖測量外業工作量大，內業成圖效率低；疏浚工程設計方案選定和疏浚工程量計算自動化程度低，航道疏浚工程施工質量檢測橫斷面無法重疊比對。為此，我們研究開發了輕便型航道疏浚測量系統。用該系統進行內河航道圖測量，可以大大提高工作效率；疏浚工程的設計方案可以N多次更改，并快速生成相應的疏浚工程量計算表和橫斷面圖。利用該系統的斷面分析對比軟件進行疏浚施工質量檢查和竣工驗收，可以把實時河床斷面線與設計斷面線疊加分析，直觀準確反映疏浚工程的施工質量。該系統在實際應用中效果顯著。

關鍵詞：航道測量 疏浚質量檢查 系統

中圖分類號：U675.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0070-02

航道適航水深檢測與疏浚施工是航道管理機構進行航道維護的重要手段。我們根據工作實踐，研究開發了“輕便型航道疏浚測量系統”。該系統在技術上采用了GPS定位和測深技術，向導式自動完成所有數據的采集、后處理、成圖、流轉和成果輸出、實測對比分析。用該系統進行內河航道圖測量，可以大大提高工作效率；疏浚工程的設計方案可以N多次更改，并快速生成相應的疏浚工程量計算表和橫斷面圖。利用該系統的斷面分析對比軟件進行疏浚施工質量檢查和竣工驗收，可以把實時河床斷面線與設計斷面線疊加分析，直觀精確反映疏浚工程的施工質量。

1 系統組成

輕便型航道疏浚測量系統組成：測量型GPS（RTK）、工業級別PDA（手簿）、數字超聲波回聲測深儀、工控電腦等硬件和航道成圖軟件、工程之星、航道疏浚測量分析系統（PCSS）。

1.1 航道疏浚測量分析系統技術特點

（1）全新內核，速度快，功能強大；

（2）向導式操作，簡單可靠；

（3）工程化的數據管理模式，確保圖形和原始數據實時安全的記錄；

（4）開放式端口，支持多種數據格式，可連接國內外所有型號的GPS、測深儀等硬件設備。

該系統將采用RTK作為坐標采集手段，并自架基準站，通過1+1的工作模式來定位，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 水上測量

在船上安裝測深儀，連接好鼠標鍵盤及換能器（須固定牢靠），在換能器桿上架設好S82移動站連上測深儀，通過PCSS軟件將GPS坐標及測得的水深數據聯系得到測點的空間坐標，既而測得測區的地形圖。

為了得到連續、穩定可靠的水深值，系統采用南方SDE28數字化回聲測深儀來測量水深值。聲波在水中的傳播速度為V，換能器（探頭）發出超聲波，聲波經探頭發射到水底，并由水底反射回到探頭被接收，測得聲波信號往返行程所經歷的時間為t，則：Z=Vt/2；同時根據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 該組成系統的優勢

（1）減少內外業操作步驟，大大提高工作效率；

（2）采用1+1模式測量，只需第一次測量求取參數，之后架設好基準站后只需在已知點校對即可，保證測區的測量精度；

（3）數字測深儀精度高（±1 cm+0.1%D），自帶的工控電腦方便外業測量；

（4）數據無縫連接，可靠性好；

（5）工程質量檢測時，斷面自動匹配、對比分析；

（6）系統自動生成所需格式的表格、圖形等成果；

（7）圖形成果標準統一，方便成果上交和各施工單位或兄弟單位共享使用；

（8）與數字化測量船相比，該套系統還有抗電磁環境干擾性強，無作業盲區等優勢；

（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，大小航道都可測量，適應性強，使用成本低。

2 系統測量流程

測量流程：測量控制點—— 陸上地形測量—— 水深測量—— 繪制航道平面地形圖—— 進行航道中心線設計及確定設計參數—— 生成航道平面圖—— 自動生成航道斷面圖—— 自動生成土方計算表。

2.1 測量控制點

測區附近若有控制點則可引控制點到測區，若無控制點可采用自定義的坐標系。至少需要兩個已知點便于求取參數。

2.2 陸域測量

對航道兩側沿岸區域內的測量，范圍依據航道處需要而定，一般包括沿岸公路，居民住宅，岸線，淺水區域，岸標，護河堤壩，水文站等要素。

2.3 水深測量

將GPS，測深儀，工控型電腦組合一起，利用GPS 獲得坐標，測深儀獲得水深數據，筆記本電腦運行本軟件進行采集、存貯，這樣可進行長時間大面積水域測量，可以為海洋、航道、內河，提供水深圖的數據以供處理成圖。一般測量要比設計的斷面線稍寬，保證設計區域數據的完整性。由于船的吃水及測深儀水深小于30 cm的測量誤區，淺水區域（小于60 cm）測量困難較大，但對于設計航道區域并無影響。為了保證收到的水深測量回波的良好，換能器應固定牢靠。

2.4 繪制航道平面地形圖

針對成果圖形要求，我們對CASS的二次開發，使得軟件有了航道測量專用圖框和航道每條橫斷面樁號的確定方式，以及以橫斷面為軸線，測量點可以自動內插；最重要的是航道成圖軟件有可以輸出斷面數據給斷面測量分析軟件的功能，該功能可使所有斷面圖形設計工作在航道成圖軟件上完成，然后直接導入斷面測量分析軟件，在這個過程中，圖形完整，數據不丟失。

2.5 航道中心線設計及確定設計參數

在航道測量軟件中畫出設計好的航道中心線。確定設計航道底標高、航道底寬和邊坡系數等參數。

2.6 生成航道平面圖

在軟件中輸入航道中心線和設計參數， 形成完整的航道平面圖。

2.7 航道斷面圖和土方工程量計算表

系統會自動生成航道斷面圖和土方工程量計算表。生成如圖2所示。

3 斷面測量分析流程

系統滿足測量時的匹配、顯示和自動對比功能，并將它移植到工控電腦上，測量時在工控電腦屏幕上該軟件與水深測量、圖形導航界面同時顯示。在此過程中匹配和疊加斷面，并作出對比分析，用例圖、類圖、對象圖、活動圖、布署圖、構件圖貫穿整個過程。

4 系統精度分析

S82采用一體化設計，集成GPS天線、UHF數據鏈、OEM主板、藍牙通訊模塊、鋰電池，其RTK定位精度：平面±（2 cm+1 ppm），垂直±（3 cm+1 ppm）。

SDE-28測深儀性能與技術指標如下所述。

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

輕便型航道疏浚測量系統的精度取決于RTK及測深儀的精度，系統綜合精度可達到平面±（2 cm+1 ppm），垂直±（3 cm+1 ppm）。SDE-28測深儀的測深精度為±1cm+0.1%，遠遠高于國家規定的精度指標。

參考文獻

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