轻便型航道疏浚测量系统开发及应用研究

施永富

摘 要：内河航道图测量外业工作量大，内业成图效率低；疏浚工程设计方案选定和疏浚工程量计算自动化程度低，航道疏浚工程施工质量检测横断面无法重叠比对。为此，我们研究开发了轻便型航道疏浚测量系统。用该系统进行内河航道图测量，可以大大提高工作效率；疏浚工程的设计方案可以N多次更改，并快速生成相应的疏浚工程量计算表和横断面图。利用该系统的断面分析对比软件进行疏浚施工质量检查和竣工验收，可以把实时河床断面线与设计断面线叠加分析，直观准确反映疏浚工程的施工质量。该系统在实际应用中效果显著。

关键词：航道测量 疏浚质量检查 系统

中图分类号：U675.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0070-02

航道适航水深检测与疏浚施工是航道管理机构进行航道维护的重要手段。我们根据工作实践，研究开发了“轻便型航道疏浚测量系统”。该系统在技术上采用了GPS定位和测深技术，向导式自动完成所有数据的采集、后处理、成图、流转和成果输出、实测对比分析。用该系统进行内河航道图测量，可以大大提高工作效率；疏浚工程的设计方案可以N多次更改，并快速生成相应的疏浚工程量计算表和横断面图。利用该系统的断面分析对比软件进行疏浚施工质量检查和竣工验收，可以把实时河床断面线与设计断面线叠加分析，直观精确反映疏浚工程的施工质量。

1 系统组成

轻便型航道疏浚测量系统组成：测量型GPS（RTK）、工业级别PDA（手簿）、数字超声波回声测深仪、工控电脑等硬件和航道成图软件、工程之星、航道疏浚测量分析系统（PCSS）。

1.1 航道疏浚测量分析系统技术特点

（1）全新内核，速度快，功能强大；

（2）向导式操作，简单可靠；

（3）工程化的数据管理模式，确保图形和原始数据实时安全的记录；

（4）开放式端口，支持多种数据格式，可连接国内外所有型号的GPS、测深仪等硬件设备。

该系统将采用RTK作为坐标采集手段，并自架基准站，通过1+1的工作模式来定位，这样我们的定位精度和施工效率在所有河段都可以得到保证。

1.2 水上测量

在船上安装测深仪，连接好鼠标键盘及换能器（须固定牢靠），在换能器杆上架设好S82移动站连上测深仪，通过PCSS软件将GPS坐标及测得的水深数据联系得到测点的空间坐标，既而测得测区的地形图。

为了得到连续、稳定可靠的水深值，系统采用南方SDE28数字化回声测深仪来测量水深值。声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：Z=Vt/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为最终水深值，如图1。

1.3 该组成系统的优势

（1）减少内外业操作步骤，大大提高工作效率；

（2）采用1+1模式测量，只需第一次测量求取参数，之后架设好基准站后只需在已知点校对即可，保证测区的测量精度；

（3）数字测深仪精度高（±1 cm+0.1%D），自带的工控电脑方便外业测量；

（4）数据无缝连接，可靠性好；

（5）工程质量检测时，断面自动匹配、对比分析；

（6）系统自动生成所需格式的表格、图形等成果；

（7）图形成果标准统一，方便成果上交和各施工单位或兄弟单位共享使用；

（8）与数字化测量船相比，该套系统还有抗电磁环境干扰性强，无作业盲区等优势；

（9）轻便、小型、携带安装方便。硬件总重量约11公斤，1～2人可以操作，可安装在小舢板上，大小航道都可测量，适应性强，使用成本低。

2 系统测量流程

测量流程：测量控制点—— 陆上地形测量—— 水深测量—— 绘制航道平面地形图—— 进行航道中心线设计及确定设计参数—— 生成航道平面图—— 自动生成航道断面图—— 自动生成土方计算表。

2.1 测量控制点

测区附近若有控制点则可引控制点到测区，若无控制点可采用自定义的坐标系。至少需要两个已知点便于求取参数。

2.2 陆域测量

对航道两侧沿岸区域内的测量，范围依据航道处需要而定，一般包括沿岸公路，居民住宅，岸线，浅水区域，岸标，护河堤坝，水文站等要素。

2.3 水深测量

将GPS，测深仪，工控型电脑组合一起，利用GPS 获得坐标，测深仪获得水深数据，笔记本电脑运行本软件进行采集、存贮，这样可进行长时间大面积水域测量，可以为海洋、航道、内河，提供水深图的数据以供处理成图。一般测量要比设计的断面线稍宽，保证设计区域数据的完整性。由于船的吃水及测深仪水深小于30 cm的测量误区，浅水区域（小于60 cm）测量困难较大，但对于设计航道区域并无影响。为了保证收到的水深测量回波的良好，换能器应固定牢靠。

2.4 绘制航道平面地形图

针对成果图形要求，我们对CASS的二次开发，使得软件有了航道测量专用图框和航道每条横断面桩号的确定方式，以及以横断面为轴线，测量点可以自动内插；最重要的是航道成图软件有可以输出断面数据给断面测量分析软件的功能，该功能可使所有断面图形设计工作在航道成图软件上完成，然后直接导入断面测量分析软件，在这个过程中，图形完整，数据不丢失。

2.5 航道中心线设计及确定设计参数

在航道测量软件中画出设计好的航道中心线。确定设计航道底标高、航道底宽和边坡系数等参数。

2.6 生成航道平面图

在软件中输入航道中心线和设计参数， 形成完整的航道平面图。

2.7 航道断面图和土方工程量计算表

系统会自动生成航道断面图和土方工程量计算表。生成如图2所示。

3 断面测量分析流程

系统满足测量时的匹配、显示和自动对比功能，并将它移植到工控电脑上，测量时在工控电脑屏幕上该软件与水深测量、图形导航界面同时显示。在此过程中匹配和叠加断面，并作出对比分析，用例图、类图、对象图、活动图、布署图、构件图贯穿整个过程。

4 系统精度分析

S82采用一体化设计，集成GPS天线、UHF数据链、OEM主板、蓝牙通讯模块、锂电池，其RTK定位精度：平面±（2 cm+1 ppm），垂直±（3 cm+1 ppm）。

SDE-28测深仪性能与技术指标如下所述。

声速范围：1 300～1 650，测量深度：0.39～300 m，测深精度：±1 cm+0.1%，吃水范围：0～9.9 m，分辨率：1 cm。

轻便型航道疏浚测量系统的精度取决于RTK及测深仪的精度，系统综合精度可达到平面±（2 cm+1 ppm），垂直±（3 cm+1 ppm）。SDE-28测深仪的测深精度为±1cm+0.1%，远远高于国家规定的精度指标。

参考文献

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[2] 罗深荣.侧扫声纳和多波束测深系统在海洋调查中的综合应用[J].海洋测绘，2003（1）：22-24.

[3] 李敬，肖毅宏.航道疏浚工程竣工验收测量技术研究[J].价值工程，2013（4）：52-53.