GPS—RTK內河航道水深及比降測量應用

申容科

摘要：本文通過工程勘察測量項目實踐數據，提出了在內河灘險測量中，GPS-RTK 聯機測得數據不易反映水下真實地形，傳統采點法依然占據優勢，各種不同方式的測量方法在實踐中的應用意義，探討、證明工程測量實踐中各種運用方法的優劣、質量和效率問題。

關鍵詞：GPS-RTK 聯機；自上而下；乘船測量

目前，航道整治工程是水運工程設計建設中一項重要內容，為水上運輸提供了交通保證。灘險、比降測量是航道整治測量中的關鍵環節。可靠的數據為設計、整治提供了有力支撐。GPS-RTK 定位測量與測深儀已經形成了聯機一體化。但是，按一定模式記錄不能采取關鍵點。傳統的水深作業方式要求逆水上行，但水急浪高處行船困難、危險。逆水下行，反而能夠方便、安全，數據可靠。傳統的水面比降測量要求用RTK 準確測得水邊高程，記錄測量時間，內業時根據水尺數據改正。而乘船測量，只需要順流而下便可測得水面比降，比降可靠。新興技術和傳統技術相互交織，誰更科學、更具優勢？本文對此進行分析，希望更夠給內河特別是航道灘險測量帶來一些參考價值。

一、聯機和傳統采點法

灘險測量中，聯機測量不能很好地反映水下真實地形，還需傳統采點方法。近年來，隨著科學技術的進步，儀器自動化、一體化程度不斷提高。GPS-RTK 與測深儀已經實現一體化。比較有代表性的是無錫海鷹加科1601 測深儀和南方GPS 聯機，南方SDE 超聲波測深儀與南方GPS 聯機。其基本原理是GPS 采集三維數據，同時測深儀采集水深數據。記錄方式可以按時間記錄點，也可以按距離記錄點。最后直接形成河底高程文件，和CAD 對接。在長江水深測量中，此方式展現出其優勢，得到了高質量的1 ∶ 1000 江道圖。此法操作過程是把做好的.DXF斷面圖導入測深儀、聯機、輸好參數、按斷面行船、按距離采點記錄、輸出成果數據。此法較傳統采點法具有采點均勻、斷面標準、自動化程度高的優點。缺點在于，不能便捷、有效的識別、剔除錯誤數據。特別在灘險關鍵點采集上，不夠靈活，不易捕捉到重要點，如暗礁、陡崖。

傳統方式是人為地把實時水深數據輸入手簿編碼里，或者用測深桿量取。此方法的優點是靈活、人工干預強，把握得住關鍵點。缺點是斷面不夠標準，有一定時間延遲，自動化程度相對不高。

二、自上而下的行船法

在激流險灘水深測量中，自上而下的測量行船方式，往往能省時省力，有效地反映水下地形。在一般的江道測量中，按照《水運工程測量規范》的要求，往往采用的是斷面法、“Z”字法測量水深。對于航道狹窄的區域，船無法垂直于等深線行駛時，實際上也縱向測量水深。一般江道測量中，行船往往是逆水而上。這在水流不急的情況下，效果很好。逆水行船，行船受流速干擾小，軌跡穩定。采點效果好。但在急流情況下，行船困難，耗時費油。若從上游開始，船頭朝上，逆水下行，行上水的反向軌跡。行船容易，速度易控制，比水流速度小，省時省油，測得河底高程與上水行船采點結果差值在0.1m 左右。

某長度約2200m 江面開展航道測量工作，該航道歷來險要，江寬約650m，水流很亂，目前有3 條航道。江中有兼有取水設施、大小中壩、垅埂多處。以往，大船在最左岸航道行駛，由于江水、洪水沖刷，航道慢慢向江中間移動。航道中最快水流速度4.14m/s，平均3.2m/s。500m 航道水面比降達1m，縱比降0.2%。枯水時候，航行中有最大水深1.5m，介于水深1.3m～1.5m 的航漕寬不足30m 的斷面。大船行駛時，會出現刮底的情況。由于水陡、流速快，若是漁船從下游開始，逆水上行，則耗時耗油，波浪打擊，船身不穩。而項目組采用從上游開始，船頭朝上，逆水下行，行上水的反向軌跡方法測深。則船行容易，總體速度較小（總體速度= 流速- 船速），行船相對安全。測得河底高程和檢查測量時差值在0.1m 左右。滿足《水運工程測量規范》中小于0.2m 的要求。

三、行船測量瞬時比降

在漁船上利用GPS-RTK 測量水面高，船自上而下勻速行駛，能夠反映水面比降。傳統測量比降的方法是，利用RTK 測量水邊線的同時，準確測量水面高，紀錄測量時間。內業時和水尺數據進行比較、改正。此法缺點是水面高可能測得不準確，水邊線測量時間較長（1h～3h），需統一到同一時刻水位，內業改正工作量大，局部比降反映不科學。而乘船勻速順流而下測量水面比降，具有測量時間短、區域和全段比降準確無改正的優點。前提是需在水位比較穩定的時候采點。這可以和水尺觀讀相互配合進行。《水運工程水文觀測規范》里指出：河心比降可采用RTK 觀測，高程測量允許誤差為50mm。在不考慮橫比降的情況下，此法和所設臨時水尺、傳統方法所測數據結果一致，即河心比降和水邊比降一致，誤差在5cm 以內。

某測區河段比降是2.21m，所以相對誤差是2%。這顯然對縱比降的影響是很小的。這里不考慮RTK 測量誤差、船搖誤差、水尺觀讀誤差、測深儀水深誤差的影響。那么，水面波浪對水面比降的影響如何呢？《水運工程水文觀測規范》里指出，水面波動較大時，水尺讀數應取波峰與波谷的平均值。實際上，航道測量時，船受波浪的干擾，總處于波峰波谷之間。一段航道下來，其均值是貼近真實值的。

四、結束語

水深及比降測量在內河測量中占據著重要地位。灘險水深測量中，傳統的、半自動化的測量方法依然占據優勢。激流灘險中，采用自上而下的行船方式，相比自下而上的行船方式，省時省力，高效、可靠。乘船測量能獲得準確的水面比降，提高效率。

本文分析了傳統測量方式具備的優缺點。然后對其他現代測量方式進行分析，在激流灘險中，自上而下的行船測量方式，能省時省力，真實可靠地反映水下地形；乘船GPS-RTK 測量、順流而下的方式能正確反映水面比降，提高作業效率。

參考文獻：

[1] 中交天津航道局有限公司，中交天津港航勘察設計研究院有限公司. 水運工程測量規范[S].

[2] 交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津水運工程勘察設計院，中交天津港航勘察設計研究院有限公司. 水運工程水文觀測規范[S].

（作者單位：長江重慶航道局涪陵航道處）