河道大斷面測量數據采集及處理技術應用研究

鄭海珍

（上海怡樸科技有限公司，上海 200000）

根據《2020 年上海市河道（湖泊）報告》，浦東新區共有河道16084 條，其中市管河道5 條，區管河道72 條，鎮管河道592 條，村級河流11993 條，其他河道3420 條。浦東新區地勢東南高，西北低，地面高程在3.5m～4.5m，少數地區達5m 以上（1.8%），平均海拔3.87m（吳淞零點），在河道整治工程、河道疏浚工程等方面都涉及河道斷面測量。河道斷面測量提供的斷面位置及其對應的斷面數據可以為河道整治、河道疏浚、河道開挖、河道設計等提供有效支撐和參考依據。

在河道斷面測量過程中，測量參與人員要根據河道特點以及河道工程和水閘開啟等外界影響因素進行測量方案的制定，利用先進的測量方法和設備，保障測量結果可靠、準確，并利用相關軟件對河道大斷面測量數據進行分析和處理，完成大斷面數據成果處理、分析和斷面成圖。

1 測量基準

平面控制采用上海城建獨立坐標系統，在使用RTK設備進行平面坐標采集時，采用7 參數轉換。高程采用吳淞2021 版高程系統，校核水準點從國家基本水準點引測時使用水準測量等級為三等。

2 水準引測

2.1 測前準備

在浦東新區河道斷面測量中需要進行水準引測，獲得斷面測量時的水位數據，水準測量執行三等水準測量規范，在測量工作實施前需要完成國家基本水準點情況的排摸、設備準備、人員準備等工作。前期排查主要有：排查所有河道斷面測量位置的國家基本水準點位置、高程、點之記、測量線路等[1]。

2.2 測量實施

水準測量采用單路線往返觀測，使用水準儀、配套水準尺尺、尺墊、水準儀觀測三腳架。觀測時水準儀安裝于三腳架上調節至水平，尺墊上豎立水準尺，扶持人員觀察水準尺的水平氣泡，當氣泡位于中心位置時，示意觀測人員，觀測人員觀測水準尺讀數不少于3 次，并記錄滿足誤差范圍的3 次讀數。按照三等水準的要求進行國家基本水準點至水位的接測，水準測量采取以紙質記錄為主、電子記錄為輔的方式。所有觀測記錄均經過“現算-現校-初校-復校”三層校核，以確保數據成果的準確性。

水準測量嚴格按照《國家三、四等水準測量規范》《水文普通測量規范》和《水文資料整編規范》，并注意以下幾點：測量最好在無風或小風的天氣進行，測量時用淺色測傘遮蔽陽光；每一測站，儀器與前、后站點盡可能在同一直線上（路線轉彎除外）；若因天氣等影響，測量尺圖像不夠清晰，應適當縮短視線長度；水準尺應垂直放在尺樁或尺墊上；在土質松軟地段，尺墊應踩緊，避免沉陷；每一測段的返往測，其測站數均應為偶數；由往測轉向返測時，應重新安平儀器，并交換前、后視水準尺的位置；若一次連續測量不能測至水準點或固定點，應選擇兩個穩定可靠的臨時固定點作為間歇點，該兩點間的高差，間歇前后均需觀測，且差值不得大于3mm；水準測量應為往返測量，并計算單站視距差、累計視距差，往返測量高差不符值等[2]，若超過規范規定的限差時，應重測。

2.3 水準測量成果

現場記錄人員仔細、準確填寫觀測記載表并計算，該記載表亦作為原始記錄，以備后續校核和審查，現場校核無誤后方可結束測量。外業水準測量完成后，原始紙質觀測記載表交由數據處理人員進行初校和復核工作，確認無誤后方可進行數據整理、計算，并計算出水準測量（電子水準儀）觀測記載表、水準測量（往返測量）計算表等成果表格，水準測量（電子水準儀）觀測記載表示例見表1。

表1 水準測量（電子水準儀）觀測記載表

表2 水位觀測示例表

3 河道斷面測量

河道水下地形測量的主要內容是河道斷面測量，一般測量類型主要有橫斷面測量與縱斷面測量。河道縱斷面測量一般為沿河道實際或規劃中心線的剖面，有些河道整治過程中還需測量河道左右邊坡附近位置的縱斷面，測出河道中心線水下地形變化的形狀和高程，以河道里程為橫坐標，河底高程為縱坐標，繪制河道的縱斷面圖形。河道橫斷面測量是指河道中某測量位置垂直于河流流向的剖面，主要測量包括左右岸的陸域部分、河道水道部分、淺灘部分，并將各個部分數據合并成一個剖面上的斷面數據集合。

3.1 陸域部分測量

陸上部分測過防汛墻或堤頂，并沿著陸域方向測入3m～5m，斷面起點距以斷面兩端防汛墻基點或堤頂為起算點。河道斷面陸域水上部分高程測量，根據水準留點，使用水準儀采用幾何水準方法直接測定陸域（水上）部分特征點高程，并接測水位，采用全站儀進行三角高程測量，視距超過250m，應進行曲率改正[3]。

3.2 水道部分測量

水道部分需要測量橫斷面或縱斷面各個測量點位的起點距和高程，可采用斷面索+塔尺或測深儀+RTK測量方式，淺水區采用測深錘測量同測深儀測深區域重合。

3.2.1 采用測深儀和RTK 測量

當使用測深儀+RTK 測量方式時，通過GPS RTK 定位斷面兩端坐標，根據斷面兩端起點和終點坐標，確定導航測線“DXF”文件并輸入至導航軟件，測船在測量過程中根據導航斷面線進行往返多次測量，保證測深儀+RTK 測量方式所采集的水深數據不超過測線兩端2m 范圍，超過2m 范圍的數據無效。岸邊淺水區（測深儀盲區）采用測繩固定距離，測深桿讀數的方式進行測量，兩岸防汛墻部分通過校核點采用電子水準儀讀數的方式引測。

采用GPS RTK 及測深儀大斷面測量主要步驟如下：連接測深儀探頭與測深儀連接桿；同時連接RTK 主機固定至測深儀連接桿上部，并通過信號線連接RTK 主機與測深儀主機；調試RTK 主機輸出設置與測深儀串口通信，使其GPS 數據傳輸至測深儀主機；連接測深儀換能器與測深儀主機，調試串口通信使其水深數據傳輸至測深儀主機；將測深儀換能器和連接桿固定于船舷的一側，使其固定并垂直于水面，“橫搖”和“縱搖”均接近0 度，并通過設置確定并輸入測深儀探頭入水深度；在測深儀主機中新建測量，設置入水深度、聲速改正值、數據采集間隔等，并導入河道背景線，測量前利用地勢平坦處通過塔尺與測深儀比對的方式完成水深校正工作，即可按照規劃斷面進行測量。測量中設置偏航距不大于1/200 河寬與2m 的較大值，此偏航距以外數據不記錄[4]。水道部分測量過程中衛星接收機天線和測深儀探頭平面位置安裝中設置重合；測船在測量過程中應根據設定的“動吃水”值保持相應的測量航速；測量過程中需記錄實時水位。

3.2.2 采用斷面索和塔尺測量

當采用斷面索+鋁合金塔尺測量方式時，進行水道部分測量，應根據現場的河道兩側斷面標記，布設斷面索，通過GPS RTK 定位斷面兩端坐標，根據斷面兩端起點和終點坐標測量塔尺[5]。采用鋁合金塔尺進行多次水深測量，記錄斷面索讀數及對應水深船測時，應使用小型測船，垂線間隔0.5m～1.0m，如遇水下地形起伏較大應適當加密觀測。測驗過程中斷面索拉緊，保證測線控制在斷面線偏距在限差內。施測過程應盡量在靜水期操作，測量過程中需記錄實時水位。

3.3 水位觀測

在斷面測量期間，應根據水準測量完成后水準數據，對水位變化情況進行實時觀測，并在測量前后利用現場校核點進行水位校核，確保水位觀測時間和對應數據完整，確保能夠覆蓋斷面測量的整個時間段。如果斷面測量時間較短，河道水位基本穩定，可以直接測定水位計算河底高程的起算依據。如果斷面測量時間較長，河道水位變化太大時，需設置水尺進行實時觀測，以保證進行測深時的準確水面高程[6]。

4 斷面數據處理

通過軟件開發和對現有軟硬件數據特點分析，建立從外業到內業成果的數據計算技術流程；引入監測數據可視化手段，實現現場端測驗過程可視化、內業質管和計算的可視化[7]。

4.1 數據整理校核

在現場測量工作中，重點環節采用技術性措施進行質量檢驗，主要質量檢查措施有：斷面測量中，河口面寬采用斷面索和RTK 同時核定；對測量中存在粗差的數據點進行原因查詢和分析，并記錄在現場資料；對現場出現的異常、重要變化等信息進行分析和記錄等。

在數據質控管理工作中，對數據處理流程進行分段設計，嚴格計算步驟的標準及標注的規定，確保資料整齊化、標準化，最大程度上杜絕數據取用錯誤、異常數據漏查等常見內業問題，保證計算結果的規范性、嚴肅性。主要質量控制措施有：進行資料的一算二校及重要結果的復審；對重要計算節點的數據資料進行20%的原始資料抽檢審查；對整個成果數據計算流程進行分段控制，建立每段數據流程的計算標準[8]。

4.2 數據處理成圖

在數據處理工作中，通過水位改正計算，形成水道部分起點距和高程點對數據，整理淺水區和陸域部分數據資料，進行不同區域數據的合龍計算。采用專業CASS 軟件或《上海市流量整編軟件》進行河道斷面數據的成圖處理，按照斷面里程或數字編號依次進行斷面成圖。成圖需選擇合適的圖框、橫比例尺、縱比例尺、圖形顏色、高程刻度、起點距刻度等，繪制橫斷面或縱斷面圖形，并生成實測大斷面成果表、水位面積關系表、實測大斷面圖、斷面對比圖等需要的資料[9]。

5 結語

在浦東新區開展中小河道清理整治和生態清潔小流域工程工作的重要前提為全面了解河道水下地形的變化情況，其重要的數據來源于河道斷面測量數據。因此，要充分地認識斷面測量工作對于浦東河流環境保護工作的影響和重要意義。在斷面測量過程中，要根據河道特點、周邊地形特點及外界環境影響因素等綜合制定測量方案，應用先進的測量手段、測量設備，保證測量結果的準確性和可靠性，并利用先進的計算機、地圖軟件功能來對河道斷面測量數據進行分析和處理。