網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀在湖泊庫容測量中的應(yīng)用

■閆紅衛(wèi)

（濟(jì)寧市任城區(qū)土地開發(fā)整理中心山東濟(jì)寧272000）

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀在湖泊庫容測量中的應(yīng)用

■閆紅衛(wèi)

（濟(jì)寧市任城區(qū)土地開發(fā)整理中心山東濟(jì)寧272000）

開展湖泊庫容勘測的目的主要是對湖泊的基本情況、水資源開發(fā)利用以及保護(hù)的狀況、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的具體需求以及水利行業(yè)的建設(shè)能力及狀況等進(jìn)行了解，由此建立相應(yīng)的信息平臺，為進(jìn)行水利決策提供信息依據(jù)。本文主要從網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的內(nèi)涵、數(shù)字測深儀概述、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀對湖泊庫容的測量以及湖泊庫容的計算等方面對湖泊庫容測量的相關(guān)問題進(jìn)行了探析。

網(wǎng)絡(luò) RTK 技術(shù) 數(shù)字測深儀 湖泊庫容

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國面臨著嚴(yán)重的水資源壓力。水污染、水浪費(fèi)、配套設(shè)施不健全、水資源短缺等等，水資源的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂。而使用先進(jìn)的技術(shù)及儀器對水資源例如湖泊等的庫容進(jìn)行測量，能夠使相關(guān)部門對水資源的基本信息、利用與需求狀況以及其中存在的具體問題等有大致的了解，從而提出有針對性的措施來對問題進(jìn)行改進(jìn)。

1　網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的內(nèi)涵

所謂RTK技術(shù)，是GPS實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)的簡稱。RTK技術(shù)是一種將GPS技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)時解算、數(shù)據(jù)處理并在極短的時間內(nèi)得到高精度位置信息的技術(shù)。而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)則是一種基于連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)（CORS系統(tǒng)）的實(shí)時定位新技術(shù)。對GNSS參考站進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行的可也成為永久參考站，它是由一個或多個固定的且連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站組成的。它是一種將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、計算機(jī)系統(tǒng)以及數(shù)字通訊技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動向需求、類型、層次等都不同的用戶進(jìn)行全天候傳輸經(jīng)過檢驗(yàn)的不同的GNSS觀測值以及各種改正數(shù)、狀態(tài)信息的服務(wù)等等。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈具有較強(qiáng)的抗干擾能力，使得通訊受距離的影響較小，且定位的準(zhǔn)確程度可精確到厘米。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使高精度GPS發(fā)展到了新的階段。它將最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊技術(shù)以及GPS定位技術(shù)等幾種結(jié)合起來，且使用了最為先進(jìn)的多基站RTK算法，實(shí)現(xiàn)了GPS技術(shù)的突破。

2　數(shù)字測深儀概述

數(shù)字測深儀是一種利用聲音能在水下傳播的性質(zhì)，對聲音進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換以及信息處理，最終完成水下探測任務(wù)的電子設(shè)備。數(shù)字測深儀的基本組成部分是振蕩器、發(fā)射換能器、接收換能器以及放大器和顯示、記錄等。它工作的基本原理是發(fā)出超聲波并記錄時間，然后接收被障礙物反射回來的回波并再一次記錄時間，然后根據(jù)時間差t計算出距離。距離的計算公式為，其中代表超聲波的波速。

3　網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀對湖泊庫容的測量

在使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀對湖泊庫容進(jìn)行測量時，基本流程是：首先，操作人員將湖岸地形圖輸入計算機(jī)中，并按照具體要求提前對測量路線在計算機(jī)中進(jìn)行規(guī)劃，以便實(shí)際勘測時按照既定的路線進(jìn)行。其次，在進(jìn)行測量時，先使用RTK技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航定位，使測量船只沿著事先規(guī)劃好的路線前行。而且在顯示終端中能夠清晰呈現(xiàn)船只的航行速度、水深及其變化、實(shí)時點(diǎn)位的坐標(biāo)、與航線偏離的距離以及RTK是否固定等信息，使工作人員能夠及時掌握各種實(shí)時信息，為探測工作提供便利。最后，探深儀探頭向湖底發(fā)射超聲波，對發(fā)射時間進(jìn)行記錄，同時對遇到湖底時反射波的反射時間進(jìn)行記錄，利用時間差計算出探頭與湖底之間的距離。

使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀進(jìn)行湖底地形測量的工作原理是：先使用金屬桿將GPS接收機(jī)和測深儀相連，并使桿一直保持豎直。GPS接收機(jī)對測深儀的實(shí)時位置的三維坐標(biāo)進(jìn)行確定，然后將GPS的測量結(jié)果與GPS中心與探深儀探頭底部的距離相減，再減去測深儀所測出的水深，就能計算出湖底高程；然后對測深儀探頭底部與水面之間的距離進(jìn)行測量，就能得到水深以及水面高程，并據(jù)此得出湖底點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)。最后是對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。先對所得到的平面、高程等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，確定無誤后使用專業(yè)的數(shù)字成圖軟件對其進(jìn)行編輯，就能得到精度非常高的數(shù)字水下地形圖。

4　湖泊庫容的計算

畸形湖泊庫容計算的方法較多，例如傳統(tǒng)的斷面法、等高線容積法、方格網(wǎng)法以及三角網(wǎng)格法等等。雖然這四種方式都能在一定程度上對湖泊庫容進(jìn)行計算，但由于自身都存在各種缺陷，因此逐漸被淘汰。例如斷面法，它是在被計算庫區(qū)設(shè)立一定數(shù)量的斷面，按照計算精度的要求，設(shè)置多個間距，測量每一個間距上的水深，然后按照一定的公式對庫容進(jìn)行計算。但由于湖泊中的實(shí)際地形變化較大，斷面法得出的庫容精度與現(xiàn)實(shí)可能會存在較大差距。本文所采用的是通過構(gòu)建水下三維地形曲面的方式對庫容進(jìn)行計算。

該方法的基本原理是：先構(gòu)建水下三維地形曲面和水平面，然后對兩個曲面之間的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，以此來確定兩個曲面之間的體積差，也就是庫容。該方法通過微分法先對三角柱體的體積進(jìn)行了精確的計算，然后以此為基礎(chǔ)計算出了庫容量。

在具體的計算方法方面，本文在進(jìn)行湖泊庫容量的計算時使用的是三維設(shè)計軟件Autodesk Civil 3D中的土方計算功能也就是曲面計算功能。在該軟件中，數(shù)字地形模型被稱為“曲面”，曲面中所包含的信息包括等高線、坡度、高程、流域面積等等，而且在進(jìn)行編輯時還能隨時對數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。土方計算功能在進(jìn)行計算時就是將曲面進(jìn)行疊加，然后對每一個高程點(diǎn)的Z值差進(jìn)行計算，并利用精確的幾何計算模型來對現(xiàn)有曲面與設(shè)計曲面之間的體積進(jìn)行計算，具體來說就是利用采集到的湖底點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，來建立相應(yīng)的數(shù)字水下地形模型，然后根據(jù)模型的具體情況對湖泊庫容進(jìn)行計算。

5　結(jié)束語

綜上所述，與傳統(tǒng)的庫容測量及計算方法相比，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀的方式能夠?qū)鹘y(tǒng)方法中采集的數(shù)據(jù)的誤差降到最小，而且在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時也采用了技術(shù)含量較高的方式，從而使得最終測量結(jié)果的精度達(dá)到了新的層次。這對我國的湖泊庫容測量來說是一項(xiàng)非常先進(jìn)且使用的技術(shù)，能夠使我國的湖泊測量工作更加科學(xué)，從而為有關(guān)部門制定科學(xué)的水資源決策提供科學(xué)的理論依據(jù)。

[1]賀志崗，蔡東安，胡永洪等.GPS-RTK與數(shù)字測深集成系統(tǒng)在庫容測量中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2007， (1).

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G250.72[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-245-1