GNSS-RTK 聯合數字測深儀在河道地形測量中的應用

康蛇龍

（河北省水利水電勘測設計研究院集團有限公司，天津 300250）

在河道設計與施工過程中， 一般需對水域和陸域同時進行測量，以滿足工程設計需要。傳統的測量采用測探桿、測探錘、測探繩，結合全站儀進行測量［1-3］，雖能滿足基本測量需求， 但精度較低， 對于水深較大、地形復雜的大面積水域還是難以滿足要求。隨著科技進步，GNSS-RTK技術得到廣泛應用，聯合數字測深系統， 為水利工程中較復雜的水陸域地形測量提供了新的、更為高效的測量技術支持［4-5］。

趙王新河由白洋淀棗林莊分洪道、趙王新河、趙王新渠組成，始于白洋淀棗林莊樞紐，至文安縣西碼頭閘，右堤為千里堤，是省一級堤防，左堤為次堤，是三級堤防。趙王新河地處華北平原中部，屬溫帶大陸性氣候，四季分明，降雨集中。

本文以河北省趙王新河1∶1000數字地形測繪為例， 闡述GNSS-RTK與數字測深系統在地形測量中的應用，為趙王新河治理的規劃設計提供技術支持。

1 開展水陸域地形測量作業系統的組成

1.1 水域地形測量

地形測量水下植物、 雜物較少部分利用網絡RTK結合單波束測深儀自動化模式測量，蘆葦叢生、水下水草茂盛的水域， 水下地形點采用GNSS-RTK結合測深桿或錘球測量。

本研究包含河道縱橫斷面測量， 水下地形測量測深線平行于淤積斷面布置， 測深線間距一般為40m，點距設定為10m。 水下地形變化較大區域均加密布置測深線。

水深測量測深系統設置、 校準及數據處理同淤積斷面測量， 水下地形生成和編輯采用CASS10.1成圖軟件。

1.2 陸域地形測量

房屋等建筑較少、 植被不密集的測區采用飛馬機器人F200固定翼無人機搭載SONY DSC-RX1R II相機采集測區外業影像數據，村莊較多、植被茂盛的測區采用飛馬機器人D200多旋翼無人機搭載DOP310傾斜模塊采集測區外業影像數據。

2 外業數據采集及處理實施步驟

數字地形圖測量由空三加密、測圖兩部分工作組成，如圖1。 采用無人機獲取的航空影像數據，在無人機管家與CC軟件中進行空三加密， 獲得空三加密成果； 利用空三加密成果， 在航天遠景成圖軟件MapMatrix中采集地物和地形數據，然后利用內業采集的地物、地形數據，進行實地外業調繪工作獲得調繪成果， 最終將內業采集數據與外業調繪數據相結合，利用南方CASS軟件進行編輯成圖，形成地形圖成果。

圖1 技術路線

2.1 空三構網及平差

2.1.2 空三加密

新建空三工程， 由于飛馬F200和D200均支持ppk-pos， 先將機載GPS與地面基站數據導入TBC中進行差分處理，得到差分數據，然后將帶有精密POS的像片導入無人機管家中進行全自動提取特征點。修改成果所需坐標系，獲取測區高程（在機器聯網且導入POS數據為經緯度坐標的前提下）， 完成工程創建，并在智拼圖主界面中先將工程保存。

2.1.2 實景建模

空三平差完成后進行實景建模操作，設置目標坐標系，根據機器配置設置分塊大小，設置輸出格式為osgb。 直接提交進行三維TIN格網構建、白體三維模型創建、自助紋理映射和三維場景構建。 將實景三維模型導入航天遠景MapMatrix 軟件中進行精度評定。

2.2 數字高程模型制作

整個測區構建數字高程模型。 Bentley Context Capture 輸出點云， 經過飛馬無人機管家中的智點云，通過對地面附著物的過濾、人工編輯，構建TIN，進一步生成DEM。 數據準備完畢后， 在航天遠景的MapMatrix軟件中對TIN進行二次編輯， 構建數字地面模型DEM。

2.3 數字正射影像圖制作

整個測區構建數字正射影像圖。Bentley Context Capture 在輸出實景三維模型后輸出正射影像圖，設置地物采集為模型最高點， 保證輸出的正射影像圖為真正射影像。

2.4 地形圖數據采集

將實景三維模型導入MapMatrix工程進行DLG制作。 嚴格按照相關規范和技術設計書要求進行作業。對實景三維模型看不清楚的區域，本區采用先內業判測后外業巡視、補測、補調的方法；根據模型按照相應的層色規定進行地物、地貌全要素數據采集，做到了不變形、不移位、無錯漏；采集依比例尺表示的地物符號，以測標中心切準輪廓線或拐點連線；采集不依比例尺表示的地物符號時， 以測標中心切準其定位點、定位線；對模型不清的構筑物，內業只采集外輪廓或定位點、定位線務必在相應位置上作A標記，作為疑點留給外業實地處理；背向主點的地物在本條航線無法采集到時，在相鄰航線上補測，不丟漏；相鄰模型采集到模型重疊的中間部分，采集不超出相對范圍線。

3 數據后處理

3.1 地形圖編輯

地形圖編輯將陸上、 水下地形圖在成圖軟件下進行編輯，做到圖面清晰易讀、主次分明、取舍得當，合理地顯示各種地理要素。①地貌要素編輯，對等高線進行計曲線、首曲線屬性的匹配；對等高線進行相應的平滑處理，消除不合理的鋸齒、尖角；②按照技術設計書要求最終地形圖成果以一份完整的不分幅的地形圖進行提交；③各要素之間取舍合理；④等高線正確反映地貌特征，圖上每100cm2選10～20個高程注記點，高程點注記至0.01m。

3.2 地形圖檢查

（1）對地形圖精度進行檢查：根據外業實測的檢查點，檢查地形圖的平面精度和高程精度。

（2）檢查地形圖各個要素表達方式、符號配置、注記的合理性，對不合理的要素進行改正。

（3）檢查圖形接邊和屬性接邊。

（4）檢查地貌要素與地物要素的一致性。

4 成果輸出

在測量作業過程中，嚴格執行有關技術規程、規范，嚴格按照相關管理體系文件要求開展工作。實行“兩級檢查、一級驗收”制度，確保測繪產品質量。 項目實施前，項目組人員就相關規程規范、技術要求進行培訓學習。

（1）模型質量影像清晰，反差適中，色彩鮮明，相同地物色彩基調一致。有較豐富的層次，能辨別與地面分辨率相適應的細小地物影像。

（2）影像上沒有云、云隱、煙、大面積反光、污點等缺陷。雖然存在少量缺陷，但不影響立體模型的連接和三維模型建立，可以用于三維模型生產。拼接影像應無明顯模糊、重影、錯位現象。 成果質量滿足測量規范和設計需要。

（3） 實景三維模型精度： 平面殘差最大值0.058m， 高程殘差最大值-0.118m， 平面中誤差0.015m，高程中誤差0.047m，滿足設計要求。

（4）DEM 精度：左堤高程中誤差0.157m，右堤高程中誤差0.180m，滿足設計要求。

（5）DOM 精度： 平面最大殘差0.045m， 中誤差0.013m，滿足設計要求。

（6）經檢查，地形圖的平面坐標和高程精度均達到技術設計要求，如表1。

表1 地形圖平面精度統計 單位：m

5 結語

（1）采用基于無人機的數字攝影測量技術、網絡RTK技術、 網絡RTK結合數字測深儀的自動化模式的測深技術， 提供了高精度、 多元化的數字測繪產品，如DLG線劃圖、數字高程模型（DEM）、數字表面模型（DSM）、正射影像圖（DOM）等，為更好地治理趙王新河奠定了基礎。

（2） 沿趙王新河布設了精密的平面和高程控制網，為河道后期建設施工提供了可靠基準。

（3）先進技術的應用和合理的工作安排與調度，大幅度減少了外業工作量， 提高了作業效率和產品質量。