劉立杰

(綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125200)

1 點(diǎn)位選擇

遵循以下原則合理選擇控制點(diǎn)點(diǎn)位：安裝與操作接收設(shè)備方便，視場(chǎng)范圍內(nèi)測(cè)物高度角不大于15°；距離大功率無(wú)線電發(fā)射源不少于200 m，距離無(wú)線電傳輸通道與高壓電線不少于50 m；周邊無(wú)信號(hào)反射強(qiáng)烈的構(gòu)件，且能夠聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展其他測(cè)量技術(shù)；地面基礎(chǔ)穩(wěn)定符合長(zhǎng)期保存標(biāo)識(shí)的要求，合理利用已有控制點(diǎn)；為減少氣象元素的代表性誤差應(yīng)盡可能使周邊的大環(huán)境與測(cè)站附近的局部環(huán)境一致，如植被、地貌和地形等。

(1)GNSS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量。選擇控制網(wǎng)等級(jí)E級(jí)和GNSS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量實(shí)現(xiàn)河道地形測(cè)量，控制網(wǎng)主要有約束平差后最弱邊相對(duì)中誤差、比例誤差系數(shù)、固定誤差、平均邊長(zhǎng)等技術(shù)指標(biāo)，控制最弱邊相對(duì)中補(bǔ)差不超過(guò)1/20000。作業(yè)基本技術(shù)要求包括觀測(cè)時(shí)段數(shù)與時(shí)段長(zhǎng)、衛(wèi)星高度截至角、觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)等，以GPS網(wǎng)總點(diǎn)數(shù)中二次設(shè)站點(diǎn)數(shù)百分比作為最低觀測(cè)時(shí)段數(shù)。

一般選用經(jīng)評(píng)定的商用軟件對(duì)靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，計(jì)算過(guò)程主要有約束網(wǎng)平差、無(wú)約束網(wǎng)平差和基線解算等內(nèi)容，改正數(shù)、較差絕對(duì)值、坐標(biāo)分量閉合差等參數(shù)應(yīng)符合規(guī)范要求。

(2)GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量。一般有單基站RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK兩種GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量方式，其中用戶以單基站RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量時(shí)需要一臺(tái)流動(dòng)站、一臺(tái)基準(zhǔn)站和兩臺(tái)GNSS接收機(jī)，基準(zhǔn)站至流動(dòng)站的距離與流動(dòng)站坐標(biāo)測(cè)量精度有關(guān)，各類誤差在二者距離較近時(shí)保持同向，差分后具有較高的精度，各類誤差在二者距離較遠(yuǎn)時(shí)不同向，其點(diǎn)位精度較低，一般控制基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離不超過(guò)5 km。

以持續(xù)顯示固定解作為GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量開始觀測(cè)時(shí)點(diǎn)，各點(diǎn)必須獨(dú)立初始化兩次，且每次采集兩組，采集時(shí)間間隔不應(yīng)低于10″，控制成果可以取4組數(shù)據(jù)的平均值或其中任一組數(shù)據(jù)。

2 測(cè)量方法

2.1 水域量測(cè)方法

綜合考慮水流速度、水深及河道寬度合理選擇河道整治工程水域地形測(cè)量方法。一般測(cè)探儀無(wú)驗(yàn)潮作業(yè)+GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式適用于大深河道，而GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量水位點(diǎn)三維坐標(biāo)法和測(cè)深桿+斷面索作業(yè)模式適用于窄淺河道，然而受人為作業(yè)及流速難以避免的誤差影響，利用GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)通常水深點(diǎn)高程誤差偏高。針對(duì)以上3種方法，采用回聲測(cè)深儀與GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量無(wú)驗(yàn)潮水深具有較高的精度，回聲測(cè)深儀水深測(cè)量和GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量均可影響其精度。

單基站RTK測(cè)量及網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量是GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的兩種方式，為保證高程成果的高精度兩者必須求解區(qū)域七參數(shù)，控制各重合點(diǎn)平面、高程轉(zhuǎn)換殘差不超過(guò)2.0cm和2.5cm。附近參考站至網(wǎng)絡(luò)虛擬發(fā)送的差分?jǐn)?shù)據(jù)被流動(dòng)站獲取后，利用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量測(cè)點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)，各測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)在測(cè)區(qū)內(nèi)應(yīng)均勻分布，雖然該技術(shù)需付費(fèi)使用，但在實(shí)際工程中的應(yīng)用日趨廣泛；基準(zhǔn)站發(fā)送的衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘鐘差、對(duì)流層延遲、電離層延遲等差分?jǐn)?shù)據(jù)，由單基站RTK流動(dòng)站接受后即可測(cè)點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)，通常由電臺(tái)提供數(shù)據(jù)通信鏈路，為保證通訊順暢電臺(tái)一般架設(shè)在高點(diǎn)，流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離與其測(cè)量精度直接相關(guān)，距離越遠(yuǎn)則測(cè)量精度越低，距離較近情況下基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的各類誤差相差不大，經(jīng)差分即可確定測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。

采用回聲測(cè)深儀測(cè)量水深前，應(yīng)合理設(shè)置換能器與GNSS接收機(jī)中心偏差改正、聲速、吃水深、天線高、投影參數(shù)等，其中投影設(shè)置主要是水面高程、水深點(diǎn)高程及其坐標(biāo)，對(duì)比水深測(cè)量成果與實(shí)際水面高程判定其可靠度與精準(zhǔn)性。將量取的GNSS天線高數(shù)據(jù)輸入測(cè)深儀，鑒于不同類型的GNSS接收機(jī)改正值不同且測(cè)深儀往往沒有天線高固定差改正功能，正確的天線高宜按照量取的天線高及正確的水面高程精準(zhǔn)計(jì)算，較正確的天線高直接輸入量取的天線高低8～12 cm，這顯著影響著水深點(diǎn)高程成果。換能器的持水設(shè)置要考慮邊坡測(cè)量時(shí)淺水區(qū)域覆蓋及水深測(cè)量全過(guò)程的安全，測(cè)量過(guò)程中控制水深不超過(guò)30～50 cm，若吃水過(guò)淺極易造成部分?jǐn)?shù)據(jù)的丟失和船舶轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)假水深。一般地，可通過(guò)比對(duì)塔或板尺量取的實(shí)際水深獲取河道內(nèi)的聲速值，大多位于地勢(shì)平坦區(qū)，利用導(dǎo)航軟件完成相應(yīng)的計(jì)算，一般河道內(nèi)水深不大于5 m，聲速值誤差并非引起水深誤差的主要因子；采用大型船舶測(cè)量時(shí)設(shè)置轉(zhuǎn)能器與GNSS接收機(jī)中心偏差改正，對(duì)于河道測(cè)量應(yīng)用較少，該過(guò)程主要是改正水深點(diǎn)平面位置。在水深測(cè)量時(shí)測(cè)量船應(yīng)保持勻速航行，控制速度處于6～8節(jié)，船速過(guò)快易導(dǎo)致?lián)Q能器不能在測(cè)量位置正下方，即沿航向船體發(fā)生傾斜，使得最終的水深測(cè)量數(shù)據(jù)整體偏高。

2.2 陸域量測(cè)

一般以河口線外10～20 m至駁岸作為河道整治工程陸域測(cè)繪區(qū)間，量測(cè)內(nèi)容主要有雨污排放口、綠化、圍墻、涵洞、橋梁、碼頭、駁岸、兩岸建筑物、防汛通道，以及管線設(shè)施等，測(cè)量地形特征點(diǎn)高程、地物位置及尺寸，為保證水域與陸域接邊精度應(yīng)開展接邊測(cè)量。

電磁波測(cè)距三角高程法+全站儀極坐標(biāo)法是陸域測(cè)量的常用方法，可測(cè)定地物的高程和地方坐標(biāo)，該方法具有測(cè)量精度高、環(huán)境要求低等優(yōu)勢(shì)，但作業(yè)效率相對(duì)較低，一般需要兩名及以上技術(shù)人員。采用GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量法可直接測(cè)定電磁干擾少、周邊高層建筑少的地形地物點(diǎn)三維坐標(biāo)，區(qū)域空間轉(zhuǎn)換七參數(shù)必須在該方法使用前期就獲取，正式開始測(cè)量前要對(duì)未參與解算的至少2個(gè)控制點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，控制高程較差、平面坐標(biāo)較差不超過(guò)3cm和2cm，對(duì)于無(wú)法獲取固定解(GNSS信號(hào)不良)的情況，對(duì)底細(xì)地物點(diǎn)三維作用宜選用全站儀測(cè)量。

近年來(lái)，隨著科技的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用于1∶500、1∶1000等大比例尺測(cè)圖項(xiàng)目，在技術(shù)人員難以達(dá)到、植被覆蓋少、測(cè)區(qū)面積大的區(qū)域其優(yōu)勢(shì)明顯，具有受干擾因素少、數(shù)據(jù)采集直觀、勞動(dòng)強(qiáng)度低、作業(yè)效率高、精準(zhǔn)度高，以及全面性好等優(yōu)點(diǎn)。一般河道整治項(xiàng)目線路長(zhǎng)，其分布形式大多呈帶狀，傳統(tǒng)的人工測(cè)量作業(yè)效率低、耗時(shí)耗力，并且有的測(cè)區(qū)很難進(jìn)入施測(cè)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)全面測(cè)繪測(cè)區(qū)地形具有重要意義，大大提高了外業(yè)作業(yè)效率，有效彌補(bǔ)了人工難以施測(cè)的缺陷。然而，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中傾斜攝影技術(shù)還存在一定缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①考慮飛行安全及荷載限制，無(wú)人機(jī)傾斜攝影尚存在電池續(xù)航能力的技術(shù)壁壘；②模擬地物地貌表面全自動(dòng)建模時(shí)，房屋遮擋和植被覆蓋等區(qū)域容易產(chǎn)生模型扭曲變形；③無(wú)法全自動(dòng)提取地形要素，人工輔助識(shí)別易出現(xiàn)漏判或誤判。因此，全面踏勘測(cè)區(qū)并制定相應(yīng)的測(cè)量方案是采用無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量技術(shù)測(cè)繪河道整治工程的基本要求。

2.3 測(cè)量控制

(1) 高程控制。軟土地區(qū)和地質(zhì)條件較好地區(qū)的河道高程控制水準(zhǔn)測(cè)量宜選用附合水準(zhǔn)線路、閉合水準(zhǔn)線路，其觀測(cè)等級(jí)不應(yīng)低于4級(jí)。城市等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)周邊的市政建設(shè)以及軟土地區(qū)地面沉降量較大時(shí)，對(duì)穩(wěn)定性會(huì)造成影響，水準(zhǔn)路線必須附合在兩個(gè)已有水準(zhǔn)點(diǎn)上以保證已有水準(zhǔn)點(diǎn)成果的可靠性。閉合水準(zhǔn)環(huán)布設(shè)時(shí)選擇的已有水準(zhǔn)點(diǎn)為1個(gè)時(shí)，必須校核該控制點(diǎn)的穩(wěn)定性。

似大地水準(zhǔn)面凈化模型現(xiàn)已在大部分城市建設(shè)完成，可以直接將網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或GNSS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量獲取的大地高轉(zhuǎn)變成正常高，一般其高程精度可以達(dá)到高程控制量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)區(qū)內(nèi)往往采集3個(gè)以上等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)大地高以保證成果的可靠度及其準(zhǔn)確性，對(duì)比分析已知高程與凈化后的高程，若較差超過(guò)5cm則代表似大地水準(zhǔn)面精度可以達(dá)到測(cè)量?jī)艋健?/p>

(2) 高程轉(zhuǎn)換。目前，常見的有武測(cè)模型、莫洛金斯基以及布爾沙三種空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型，在轉(zhuǎn)換形式上雖然有所差異，但轉(zhuǎn)換精度相差不大，由于都有1個(gè)尺度參數(shù)、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)、3個(gè)平移參數(shù)又統(tǒng)稱為七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型[1-2]。

七參數(shù)求解時(shí)要求測(cè)量的重合點(diǎn)數(shù)不少于3個(gè)，一般地形測(cè)量項(xiàng)目的兩對(duì)三維坐標(biāo)包括地方平面坐標(biāo)與高程、某地球框架下的大地高H以及大地經(jīng)度L與緯度B?？梢赃x用城市CORS定位技術(shù)或GNSS靜態(tài)定位測(cè)量獲取地方平面坐標(biāo)，通過(guò)城市等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)幾何水準(zhǔn)測(cè)量獲取地方高程。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)RTK或單基站RTK獲取重合點(diǎn)的大地坐標(biāo)，現(xiàn)階段可選擇的網(wǎng)絡(luò)RTK較多，基于參考?xì)v元及特定橢球框架華測(cè)、千尋位置、城市CORS網(wǎng)等均建立了定位網(wǎng)絡(luò)，重合點(diǎn)大地坐標(biāo)利用單基站采集時(shí)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離宜控制在3 km以內(nèi)。若個(gè)別重合點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的殘差超限，應(yīng)剔除該重合點(diǎn)補(bǔ)充新的重合點(diǎn)或重新采集其兩對(duì)坐標(biāo)，同時(shí)保證重合點(diǎn)能夠覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)且分布均勻。

3個(gè)旋轉(zhuǎn)與3個(gè)平移參數(shù)是空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，考慮到不同尺度的差異性引入1個(gè)尺度變化參數(shù)k，兩種基準(zhǔn)下的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換見式(1)：

(1)

式中：εX、εY、εZ為3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)；ΔX0、ΔY0、ΔZ0為3個(gè)平移參數(shù)，兩種坐標(biāo)系之間的關(guān)系如圖1。

圖1 七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程概況

某河道險(xiǎn)工險(xiǎn)段治理工程險(xiǎn)工段總長(zhǎng)1620 m。項(xiàng)目測(cè)量?jī)?nèi)容主要有修測(cè)河道河口線兩側(cè)各界定范圍地形圖和1∶500帶狀地形圖，測(cè)量河道斷面，每50 m沿河道規(guī)劃中線測(cè)一個(gè)斷面，水上和水下分別按地形特征點(diǎn)、1.0～2.0 m間距測(cè)量[3-9]。

完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及外業(yè)測(cè)量作業(yè)后對(duì)測(cè)繪成果立即實(shí)施質(zhì)量檢查，一般分為過(guò)程檢查(由作業(yè)部門實(shí)施)和最終檢查(由公司質(zhì)檢部實(shí)施)。過(guò)程檢查和最終檢查均可選用全數(shù)檢查，對(duì)于涉及碎步點(diǎn)測(cè)量成果、控制測(cè)量成果等野外檢查項(xiàng)時(shí)，按行業(yè)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定檢查比例實(shí)行抽樣檢查。

3.2 成果檢驗(yàn)

可以采用相同的方法檢核GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位法測(cè)量的平面控制成果，通常在隔日或鄰近收測(cè)時(shí)安排檢核工作，成果坐標(biāo)與檢核坐標(biāo)較差不宜超過(guò)30 mm。將坐標(biāo)、角度及邊長(zhǎng)利用全站儀檢核時(shí)，相應(yīng)的誤差應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范要求。陸域地形碎步測(cè)量采用的技術(shù)方法應(yīng)與碎步點(diǎn)檢核測(cè)量方法保持一致，相差不宜超過(guò)10%，三維坐標(biāo)較差校核必須符合有關(guān)要求。一般利用縱橫斷面交叉點(diǎn)水深較差檢核水下地形水深成果觀測(cè)質(zhì)量，主測(cè)深線應(yīng)與測(cè)深檢查線保持垂直，以超過(guò)主測(cè)深線的5%作為單波束檢查線最低長(zhǎng)度，縱橫斷面測(cè)點(diǎn)與有效檢核點(diǎn)間距不得超過(guò)圖上1 mm。完成檢核后，對(duì)成果中誤差M進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用式(2)完成同精度檢測(cè)，即：

(2)

式中：Δi為檢測(cè)較差；n為檢測(cè)點(diǎn)數(shù)。

采用GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量法采集項(xiàng)目控制點(diǎn)平面坐標(biāo)，利用四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量高程，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪項(xiàng)目檢核15點(diǎn)，檢核比例30%，采集控制點(diǎn)50點(diǎn)，最大檢核點(diǎn)位較差16 mm；農(nóng)田防護(hù)項(xiàng)目檢核20點(diǎn)，檢核比例25%，采集控制點(diǎn)76點(diǎn)，最大檢核點(diǎn)位較差為15 mm。采集完成控制點(diǎn)兩套坐標(biāo)后，分別求解鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪和農(nóng)田防護(hù)兩個(gè)區(qū)域的七參數(shù)，平面、高程轉(zhuǎn)換殘差均低于15 mm和10 mm，保證了轉(zhuǎn)換成果精度。

該河道整治項(xiàng)目線路較長(zhǎng)，工期要求緊且沿河兩岸植被茂盛。綜合考慮環(huán)境條件和項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)陸域地形選擇3種測(cè)量模式：采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測(cè)量植被覆蓋較少、地形開闊的區(qū)域，采用GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模式直接測(cè)定網(wǎng)絡(luò)信號(hào)良好但有一定植被覆蓋區(qū)域的地形地物點(diǎn)三維坐標(biāo)，采用電磁波測(cè)距三角高程法+全站儀極坐標(biāo)測(cè)定網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不良且植被覆蓋明顯區(qū)域的地形地物點(diǎn)三維坐標(biāo)。考慮水域環(huán)境和地形特點(diǎn)擬對(duì)水域地形選擇2種測(cè)量模式：采用回聲探深儀聯(lián)合作業(yè)無(wú)驗(yàn)潮模式+GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模式測(cè)量大深河道，采用探深桿+斷面索人工作業(yè)模式測(cè)試窄淺河道。處理完成項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)后校核地形高程成果，對(duì)比DLG線劃圖相應(yīng)特征點(diǎn)與人工觀測(cè)特征檢核點(diǎn)，最大高程較差10.2 cm及其中誤差±3.8 cm，能夠達(dá)到1∶500地形圖測(cè)繪精度要求。

4 結(jié) 論

(1)河道地形具有特殊性、復(fù)雜性特征，在水域與陸域地形測(cè)量時(shí)要考慮作業(yè)效率、成果精度等因素選擇合適的方法，完成外業(yè)測(cè)量后還要多次重復(fù)觀測(cè)足夠數(shù)量的地形特征點(diǎn)，按照既有成果與檢核成果較差完成測(cè)量中誤差計(jì)算，通過(guò)各類技術(shù)手段科學(xué)評(píng)價(jià)作業(yè)質(zhì)量。

(2)此外，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有成果表達(dá)內(nèi)容豐富、作業(yè)效率等特點(diǎn)，比較適用于地形開闊區(qū)域的地形測(cè)量。在生成項(xiàng)目DLG線劃圖成果和1∶500大比例測(cè)繪圖后，人工采集特征點(diǎn)三維坐標(biāo)計(jì)算高程較差，統(tǒng)計(jì)測(cè)量中誤差特別是高程中誤差，這也是提高無(wú)人機(jī)測(cè)量測(cè)圖的必然要求。