基于RTK-GPS技術船閘閘室段水下泥沙淤積測繪研究*

喻 江，明 攀，陸 俊，范向前，張衛云

（1.水利部水科學與水工程重點實驗室，江蘇 南京 210024；2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210024；3.南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210022）

船閘工程作為水運業通航的關鍵環節，起著至關重要的作用，船閘工程泥沙淤積問題則嚴重制約著水運通航水平的發展與提升，如何施策精確獲取船閘閘室段水下泥沙淤積的分布形態、淤積量等情況成為水下工程測量的一大難題，為當前船閘工程安全評價和除險加固的一大絆腳石。

傳統的水下淤積測量技術主要包括以下幾個方面[1-2]：（1）SAR圖像內波檢測與參數估計方法；（2）經緯儀測量記錄法；（3）聲波測距極坐標定位法；（4）斷面與地形法；（5）基于等深線的計算方法。該方法局限性大、成本高、速度慢、精度低，為了提高測量精度，有必要將以上幾種方法一并分析，完善各自測量的不足之處。鑒于傳統水下淤積測量方法的各種弊端，近年來已逐漸開發出更高效率、更高精度的測量分析技術，期間，無人測量船技術被投入水下測量工作。該技術主要包括GPS定位技術、實時通信技術、智能導航技術、自動避障技術等，可對行程區域的位置、水質、水深等參數進行快速采集，非常適合內陸江、河、湖泊流域測繪[3-4]。

某航道船閘工程布置在樞紐左側的河道上，左側為重力式擋水壩段，右側為重力式溢流壩段。主要由上閘首、下閘首、閘室及上、下游引航道組成，上、下游全長336.0m。閘室段分為8個結構段，全長97.00m，為整體塢式結構，閘室底寬26.00m，口門寬12.00m，左右閘墻頂部寬均為3.00m，閘墻頂部高程127.00m，閘室底板頂高程為111.20m，兩側閘墻內布置輸水廊道及其出流支管，當前水位為115.70m。其竣工驗收以來多年未投入正常運營使用，存在結構老化、閘室段淤積等問題，急需清淤等技改升級。因此，文章基于無人測量船RTK-GPS技術[5]對該船閘閘室段水下泥沙淤積情況進行相應測量與統計研究。

1 RTK-GPS技術船閘航道泥沙淤積測量

圖1 無人船量測作業流程

圖2 無人船回聲測深儀基本原理

（1）基本原理。無人船作業流程如圖1，RTK-GPS技術測深儀的回聲測距原理如圖2所示。由換能器向水中垂直發射短脈沖聲波，聲波遇到水底發生反射、透射、散射和折射，反射的回波被換能器接收，通過換能器發散和反射回波的時間間隔與波在水中的傳播速度推算水面的高程，進一步根據定位技術形成三維坐標。其中，Z為換能器到水底的距離，聲速在水中的傳播速度為v，傳播時間為t，則水深Z=vt/2，最后的測量結果就等于水深Z加上吃水（吃水是水面到換能器底面的距離），結合坐標系統可得整個測量區域的水深地形圖，換算可得水下泥沙淤積形態分布。

（2）測線布置。測線順著船閘閘室段均勻布置，每隔1.0m間距布置一條測線，每條測線長97m，共11條測線，工作頻率采用高頻200kHz進行，測深范圍：0.3～600m，測深精度：±10mm+0.1% H，分辨率：1cm；吃水范圍：0.1m，具體布置如圖3所示。

（3）測量結果與分析。根據測線布置方案，設置測量軟件的投影和坐標參數，無人船入水，通過遙控操作無人船，每條測線每隔2m進行一次水深和坐標數據采集。Y=0m、Y=6m、Y=12m測線泥沙淤積情況如圖4～圖6所示，根據13條測線匯總分析可得船閘閘室段泥沙淤積等高線測繪分布情況如圖7所示。

由圖4～圖7進行統計分析，得到無人船測量的該船閘閘室段泥沙淤積測量結果匯總如表1所示。

圖3 船閘閘室段無人船測量測線布置圖

圖4 Y=0m測線泥沙淤積代表圖

圖5 Y=6m測線泥沙淤積代表圖

圖6 Y=12m測線泥沙淤積代表圖

圖7 船閘閘室段泥沙淤積等高線分布圖

表1 泥沙淤積測量結果統計匯總表

由表1可知，通過RTK-GPS技術測量手段測量與統計分析得到該船閘閘室段泥沙淤積總量為1946.91m3。

2 結論

文章采用無人測量船RTK-GPS技術對閩江航道某船閘閘室段進行了水下泥沙淤積測量，結果表明該技術定位精度高，工作效率顯著，最終為該船閘工程技改升級及安全評價提供了科技支撐[6]。