移动基站式网络RTK与测深仪的联合应用——以水库库容测量示例

黄红日

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)



移动基站式网络RTK与测深仪的联合应用
——以水库库容测量示例

黄红日

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

摘要：水库的泥沙淤积关系着水库的安全和寿命，淤积测量是研究水库水文变化规律，保证水库安全运行的重要基础性工作。文章结合实例，介绍了移动基站式网络RTK与HD-370全数字变频测深仪联合作业进行水下地形测量，并由此得到的测量数据，采用等高线容积法绘制库容曲线，并进行水库的库容淤积计算。该方法比常规的方法显示出明显的技术优势，取得了较好的淤积测量成果。

关键词：移动基站式网络RTK；淤积测量；等高线容积法；库容曲线

1概述

大伙房水库位于抚顺市东郊浑河中游，以防洪、灌溉和城市工业用水为主，兼顾发电和养殖，是辽宁省最大水库。水库东西长约35 km，水面最宽处达4 km、最窄处约0.3 km。水库最大水深37 m，最大库容量为21.87 亿m3，入库大型河流主要有浑河、苏子河、社河。2013年8月16日辽宁抚顺全市普降暴雨到特大暴雨。据初步统计，浑河大伙房水库以上流域平均降雨量达156 mm，浑河北口前水文站以上流域平均降雨量高达285 mm以上。由于暴雨导致了洪涝灾害，大量泥沙及倒塌建筑物通过浑河流入大伙房水库，为掌握水库库区淤积状况，2015年由辽宁省水利水电勘测设计研究院承担了淤积测量工作。

淤积测量，采用移动基站式网络RTK与HD-370全数字变频测深仪联合作业的方式进行，通过测量水库库区水下地形数据，采用等高线容积法计算水库的库容，并绘制库容曲线，通过不同时期的库容计算来取得水库淤积数据[1]。

2采用的仪器设备

2.1移动基站式网络RTK

移动基站式网络RTK，就是使用无线网络通信技术播发差分数据。进行外业测量时，将开通上网业务(GPRS/CDMA)的手机卡嵌入到测量仪器主机内，设置好数据传输模块，用测量手簿连接基准站，输入已知点坐标启动基准站，并发布到所选择的服务器上，然后利用Internet网进行数据传输。待与基准站相匹配的流动站接收到差分信息并显示固定解状态时，便可进行野外数据采集工作。

本次测量采用南方灵锐S86T双频GPS卫星接收机， RTK平面精度：±1cm+1ppm，RTK高程精度：±2cm+1ppm[2]。作业时将开通上网业务(GPRS/CDMA)的手机卡内嵌入到基准站接收机和流动站接收机中，然后将基准站和流动站数据链传输方式设置为网络模式。对基准站和流动站进行网络模式的相关设置即可进行外业测量。这种作业模式下流动站与基准站的有效作业距离可以达到20 km，解决了在RTK测量中，由于使用电台作业范围小重复设置基准站的问题，极大提高了RTK测量的作业效率。

2.2HD-370测深仪的测深精度

测深精度±(2cm+1/‰)的HD-370测深仪是目前国内唯一具有高频混频电路技术的测深仪，可减少由于换能器蜂鸣产生的表面噪音并增强回声强度，根据声纳在水中的特性设计出完美的TVG曲线，优化了测深精度，解决了浅水测深的难题。

2.3库区地形图内业工作

采用南方地形成图软件CASS8.0成图，采用EXCEL办公软件进行库容曲线的绘制[3]。

3坐标、高程系统

文章涉及的库区地形图，其坐标系统采用1980西安坐标系，中央子午线126°带，高程系统采用1985国家高程基准,首级高程控制为3等。RTK测量首级控制平面等级为C级。

4库区地形测量

1)库区地形测量采用移动基站式网络RTK技术进行。进行坐标参数转换的平面控制点为C级。控制点的1980西安坐标系与WGS84坐标系匹配的7参数计算精度情况见表1。

表1　控制点转换参数残差情况表

2)测深仪转换参数的计算：控制成果的西安80坐标和WGS84坐标制成，CSV文件导入中海达HDS2003软件计算7参数[4]。计算的7参数如下：

DX/m=211.978476

DY/m=131.044513

DZ/m=44.582133

WX/m=-0.74150135

WY/m=3.08745413

WZ/s=-3.05292540

K(ppm)=-4.61833800

3)水下地形测量：水下地形测量采用移动基站式网络RTK技术配合HD-370测深仪进行。作业时，将以上参数输入至测深仪，通过固定差改正，天线偏差改正，使测深仪可以精确提供平面坐标和高程。外业测量结束后，把外业测量软件采集的原始资料导入至“水深资料后处理软件”中，进行水深数据处理后得到南方CASS8.0数据文件，进行水下地形图绘制。

使用HD-370测深仪进行水下测量注意事项：测深仪要准确输入7参数，使用前要进行实地测深的比测，进行检验。准确记录测深探头的吃水深度，探头要固定在测量船上并保持测深杆垂直水面，当次测量数据及时做好保存，防止意外丢失，水库库区风浪较大时停止水下测量。测深仪水深精度检校情况见表2。

4)库区地形成图比例尺为1∶5 000,等高距为1 m，高程注记0.1 m。本工程测量地形图总面积为136 km2，其中水下地形图面积为79.5 km2。由统计表可以得出，测深仪采集的数据稳定可靠。

表2　HD—370水深检测表

注：根据每次水深测量前检测点较差计算的中误差。

5库容计算

文中计算的水库库容采用等高线容积法，等高线容积法计算水库库容是一种计算精度较高的方法。在库区地形图上，沿某一等高线G1求出坝址所包围的面积A1。以此类推可求出等高线G2、G3…Gn在坝址上包围的面积A2、A3…An。以高程G为纵坐标，面积A为横坐标，连绘成平滑曲线，即得水库高程G～面积A曲线。把水库高程划分若干级，在高程～面积关系曲线上查得各级高程的相应水面面积，自上而下，逐级计算两相邻高程之间的容积V，计算公式为：

ΔVi=1/3(An+√AnAi-1+AI-1)ΔGI

(1)

将ΔVi自下而上依次逐层累加，即得各级高程的容积Vi，以G为纵坐标，相应的容积V为横坐标，连绘成平滑曲线，即得到库容曲线。

1985年编印的全省水利工程《三查三定》成果汇编中大伙房水库的库容成果表见表3。

表3　三查三定成果表

通过大伙房水库的三查三定库容成果与本次复核的库容成果进行对比绘制的库容曲线图见图1。

图1　库容曲线图

依据等高线容积法计算的各级高程的库容见表4。

表4　大伙房水库库容计算成果表

6淤积分析

将本次测量的水库库容计算成果与三查三定库容成果进行比较，水库淤积量随水位的增高呈现递增趋势，水库水位在136 m及137 m时淤积量最大为11 620 万m3。

7结论及建议

1)南方灵锐S86T仪器外挂电台的有效工作范围仅8～9 km，进行控制网布点时要充分考虑基准站架设地与测区的位置关系。如若基站离测区位置偏远，控制点在电台覆盖范围以外，将导致多次设置基准站，效率低下。采用移动基站式网络RTK与HD-370全数字变频测深仪联合作业，进行水下地形测量具有明显优势。

2)使用中海达HD-370测深仪进行水下测量时要准确输入7参数，施测前要选择测区的不同水域利进行实际检测，检测的水深值与测深仪测得的水深值进行比对，统计水深较差的中误差，满足限差方可进行水深测量。

3)水库库容和淤积量是水库调度的重要参数，也是保证水库安全运行的一项长期而重要的基础工作，水库的淤积测量资料的积累是一个长期过程。库容计算采用的计算软件和方法不同，可能会得到不同的计算结果，建议今后的库容计算采用等高线容积法进行，避免计算误差影响水库的淤积量统计和分析。

参考文献：

[1]孟灵飞.网络RTK技术分析与应用研究[D]：[硕士学位论文].沈阳：辽宁工程技术大学，2013.

[2]高圣益，李成国.水库库容测量技术研究[J].人民长江，2007(10)：98-99.

[3]中国有色金属工业总公司.工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[4]国家侧绘局.全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范[S].北京：测绘出版社，2010.

Combined Application of Mobile Base-station Style Network RIT and Bathymeter——Taking Storage Capacity Measurement as An Example

HUANG Hong-ri

(Liaoning Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation,Design and Research Institute，Shenyang 110006，China)

Abstract：Sediment deposition in a reservoir is related to the safety and life of the reservoir，sediment measurement is to study the changing law of reservoir and hydrology，so as to ensure the important base works of reservoir safe operation. In combination with the case，the paper introduces that the mobile base-station style network RTK and HD-370 full digital frequency bathymeter are combined to conduct underwater topographic survey for getting observed data，the contour storage capacity method is adopted to draw the storage capacity curve and calculate the sediment deposition of reservoir storage. This method shows obvious advantage compared with conventional methods and obtains good achievements of sediment measurement.

Key words：mobile base-station style network (RTK)；sediment measure；contour volumetricmethod；storage capacity curve

文章编号：1007-7596(2016)01-0099-04

[收稿日期]2015-10-28

[作者简介]黄红日(1984-)，男，黑龙江巴彦人，工程师，从事水利工程测量工作。

中图分类号：TV697.2

文献标识码：A