張小路

上海水辰信息科技有限公司 上海 200126

隨著水利現(xiàn)代化建設進程的加快和生態(tài)文明城市建設的需要，河道水環(huán)境已成為各地經(jīng)濟發(fā)展，民眾安居樂業(yè)的重要載體，是群眾生活質(zhì)量保證的重要體現(xiàn)，特別是開展社會主義新農(nóng)村建設后，農(nóng)村河道環(huán)境整治工程同時也得到了各級政府的高度重視。

水污染防治是生態(tài)環(huán)境保護的一個重要組成部分，水環(huán)境監(jiān)測、污染溯源則更是防治工作的基礎。以往靠人工方式，難以滿足全面監(jiān)測、精準治污的需求。采用全自動暗管探測無人船搭載側(cè)掃聲吶、定向定位儀等設備進行暗管排查和定位，無人船技術的應用可以替代人工在環(huán)境復雜或者污染嚴重的水域作業(yè)，良好的穩(wěn)定性讓其在采集面廣，采用作業(yè)持續(xù)時間長的項目中也能確保了探測任務的順利完成和數(shù)據(jù)采集的精確度。使用CORS-RTK進行各種污染源的平面位置進行定位，并在AutoCAD地形圖上標記。采取岸上、水上同步實地調(diào)查的方式，利用多種手段現(xiàn)場調(diào)查排口所屬單位、排口性質(zhì)等資料，根據(jù)排口具體情況采取便攜式流量計及其他方式測量排口流量。在做好上述要求的同時，盡可能收集更多的現(xiàn)場照片、排口其他信息等資料。

1 平面定位的技術手段

1.1 RTK技術

RTK(Real - Time Kinematic，實時動態(tài))載波相位差分技術，是一種可以將兩個進行測量工作站點所取得的載波相位的觀察與測量，做出實時的處理的一種差分的形式，并且將所收集到的相關的信息發(fā)送到用戶的接收設備上，從而做出相關的求差的解答與計算方面的坐標。此種方法是一種新型的運用衛(wèi)星來進行相關位置的確定的測量方面的形式，在之前的測量當中，要對靜態(tài)及動態(tài)都做出相關的測量之后，測量結束后再來解算，從而得到高的精確度，但是RTK卻可以實現(xiàn)實時的處理，其所運用的是載波相位動態(tài)實時差分的形式，這也標志著GPS得到重大的發(fā)展，此種技術的出現(xiàn)，使得地形測圖及相關的控制測量都有很大的進步，使工作效率得到有效提高[1]。

1.2 CORS系統(tǒng)

由于當前建立起了用途多種多樣的參考站系統(tǒng)(CORS)，并且也建立起了多個基站共同組成的網(wǎng)絡形式的RTK，使得之前的RTK技術運用中，所出的誤差會受到距離及可可靠性等的影響因素得到緩解。在這個當中，虛擬性質(zhì)的參考站技術(VRS)，此種技術因為它所涉及的范圍比較大，而且定位非常精準，具有高度的可靠性，從而在當前得到了極為廣泛的運用。其的運用的主要是在網(wǎng)絡當中的基站點進行原始數(shù)據(jù)方面的觀察，并可以進行實時的處理，對所得到的數(shù)據(jù)做出重新建立與模擬，從而可以實時對高度精準的導航提出相關的定位信息。

比如上?，F(xiàn)九個GPS的基準站，對全市范圍都有所覆蓋，并且建立起了整個上海市的虛擬性質(zhì)的，進行相關參考站網(wǎng)絡體系。在運用無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，得到了相關的數(shù)據(jù)之后，進行計算之后的地區(qū)坐標可作為目標，并將進行坐標的轉(zhuǎn)換的服務設備和相應的客戶端聯(lián)結起來，并進行相關的設置與試驗活動，從而使得數(shù)據(jù)得到平穩(wěn)的收發(fā)[2]。

2 污染源排查技術

2.1 暗管探測無人船技術

暗管排查使用全自動暗管探測無人船搭載側(cè)掃聲吶和定位定向儀，該無人船采用碳纖維、玻璃鋼、凱夫拉復合材料，全船水密、防沉、防顛覆，保證了船體的航行平穩(wěn)。由于吃水淺，該船可抵達有人船無法抵達的測量區(qū)域。擁有國際領先的自主航行、自主避障、手動控制等技術，以及智能控制終端及實時遠程通信功能，達到暗管探測的自主化以及信息傳遞的即時性。

管暗探測無人船對河道兩岸進行暗管探測，探測的聲吶圖像實時傳輸?shù)诫娔X基站系統(tǒng)中，技術人員實時觀察河流底部和兩岸的聲吶圖像，對疑似點進行反復探查，結合后期的詳細分析，判斷是否存在暗管，通過定位定向儀，可精確定位坐標位置和獲取具體參數(shù)等信息。其探測原理是利用水底表面物質(zhì)背散射特征的差異來判斷目標物的沉積屬性或形態(tài)特征。側(cè)掃聲吶作業(yè)時向兩側(cè)發(fā)送寬角度( 垂直方向) 聲波波束，可以覆蓋水底大面積區(qū)域，通常單側(cè)每個條帶探測寬度可以達到數(shù)十米到數(shù)百米，然后接收水底返回的背散射數(shù)據(jù)對水底進行成像[3]。

無人船版?zhèn)葤呗晠龋砂l(fā)射900kHz的CW及Chirp信號，拖魚接收到回波信號并進行處理后，把回波數(shù)據(jù)通過水下纜傳送給接收單元，聲吶顯控軟件對回波數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)、解析、處理后形成高分辨率、豐富細膩的圖像數(shù)據(jù)，同時保存為OTSS及XTF格式數(shù)據(jù)，可用于回放。

疑似暗管的經(jīng)緯度坐標如下表所示：

編號 緯度 經(jīng)度 水深1 22.563167 114.141767 1m

2.2 明管、泵閘、涵閘、橋洞等排水口調(diào)查

采取岸上、水上同步實地調(diào)查的方式，對河道已封堵排口、泵閘/站、涵洞/管等的坐標位置進行定位，現(xiàn)場拍照，并用紅色油漆進行標記，做好現(xiàn)場信息記錄[4]。

3 成果處理和匯總

3.1 平面定位數(shù)據(jù)處理

利用GPS手簿導出記錄點號的城建坐標數(shù)據(jù)如下：

000,,-38511.2044,-19921.6952,3.6389

001,,-38514.6059,-19902.8693,3.6790

002,,-38518.3666,-19883.0791,3.6125

利用程序讀取各個點號的城建x坐標和y坐標，利用CAD點標注“po 城建X,城建Y”，文字標注“-text 城建X,城建Y 0.12 0文字信息”，批量生成對應污染源排口的點標注和排口名稱的命令，導入到已拼接完成的現(xiàn)場地形圖上，注意點位信息和現(xiàn)場照片信息要一一正確匹配以及不同排口類型的圖例區(qū)分[5]。

3.2 暗管排查數(shù)據(jù)處理

利用無人船搭載聲吶設備進行暗管探測工作，暗管探測無人船的探測精度不小于3cm。提交相關聲吶工作錄像，并標注疑似暗管的經(jīng)緯度位置。由于側(cè)掃聲吶圖像識別容易受水草、蘆葦、廢棄管道等不確定性因素影響，暗管的確認需要進行現(xiàn)場復核，最終確認其排口類型和真實性，如下圖示例所示。

疑似暗管的經(jīng)緯度坐標如下表所示：

編號 緯度 經(jīng)度 水深1 22.563167 114.141767 1m

3.3 污染源排口數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將現(xiàn)場排查的圖片、定位、類型等信息進行一一統(tǒng)計，匯總成表，照片名稱與表格上名稱編號一致，CAD標注排口編號與表格一致，城建坐標和經(jīng)緯度坐標與現(xiàn)場定位時記錄保持一致，暗管排口需截取現(xiàn)場的側(cè)掃聲吶圖片，方便現(xiàn)場復核和確認，統(tǒng)計示意表如下[6]：

照片 河道名稱 類型 城建X 城建Y 緯度 經(jīng)度 cad標注 備注**河1 **河 明管 -38511.2044 -19921.6952 31°11′54.68039″N 121°21′02.89867″E CN8-**河-明管01**河2 **河 泵閘 -38514.6059 -19902.8693 31°11′55.16001″N 121°21′10.36103″E CN8-*河-泵閘01**河3 **河 暗管 -38518.3666 --19883.0791 31°11′54.32421″N 121°21′05.05136″E CN8-*河-暗管01 疑似污水口

4 結束語

（1）需要做好充足的前期準備工作：準備好申請書、項目情況等材料，申請排查區(qū)域內(nèi)的AutoCAD地形圖和平面控制點資料，組織項目參與人員進行實地踏勘，了解工作區(qū)域范圍內(nèi)的控制點、地形、水情以及交通情況，對收集的資料和踏勘資料進行整理和分析，制定詳細的技術路線、進度安排和項目實施等方案，由于暗管探測無人船搬運不是很方便，需要充分考慮上下船的位置。

（2）排查工作宜選在晴朗天氣時進行，如遇管道有排水現(xiàn)象，需進行采樣，帶回實驗室進行分析和化驗，注意水樣的運輸和保存。

（3）暗管探測受側(cè)掃聲吶分辨率的影響，對管徑為15cm以下的暗管排查存在一定的難度，對于河道寬超過30m的河道，需要左右兩邊分別排查一次，確保側(cè)掃聲吶的聲波路徑完全覆蓋排查區(qū)域。

（4）暗管探測無人船的搭載的定位定向儀精度為亞米級，如需獲得更加精確的定位，需要借助于RTK和cors技術，利用GPS進行精度定位。

（5）平面定位受到周邊房屋、樹木、高壓線等不確定因素的影響，可能存在固定解失效和衛(wèi)星數(shù)據(jù)不足等現(xiàn)象，影響定位的精度，需要借助全站儀測量等手段確定。

（6）對于需要排查污染源排口的高程，需要利用水準儀引測國家水準點來確定，精度要求不高時，可采用靜止水面進行高程傳遞。