GPS—RTK内河航道水深及比降测量应用

申容科

摘要：本文通过工程勘察测量项目实践数据，提出了在内河滩险测量中，GPS-RTK 联机测得数据不易反映水下真实地形，传统采点法依然占据优势，各种不同方式的测量方法在实践中的应用意义，探讨、证明工程測量实践中各种运用方法的优劣、质量和效率问题。

关键词：GPS-RTK 联机；自上而下；乘船测量

目前，航道整治工程是水运工程设计建设中一项重要内容，为水上运输提供了交通保证。滩险、比降测量是航道整治测量中的关键环节。可靠的数据为设计、整治提供了有力支撑。GPS-RTK 定位测量与测深仪已经形成了联机一体化。但是，按一定模式记录不能采取关键点。传统的水深作业方式要求逆水上行，但水急浪高处行船困难、危险。逆水下行，反而能够方便、安全，数据可靠。传统的水面比降测量要求用RTK 准确测得水边高程，记录测量时间，内业时根据水尺数据改正。而乘船测量，只需要顺流而下便可测得水面比降，比降可靠。新兴技术和传统技术相互交织，谁更科学、更具优势？本文对此进行分析，希望更够给内河特别是航道滩险测量带来一些参考价值。

一、联机和传统采点法

滩险测量中，联机测量不能很好地反映水下真实地形，还需传统采点方法。近年来，随着科学技术的进步，仪器自动化、一体化程度不断提高。GPS-RTK 与测深仪已经实现一体化。比较有代表性的是无锡海鹰加科1601 测深仪和南方GPS 联机，南方SDE 超声波测深仪与南方GPS 联机。其基本原理是GPS 采集三维数据，同时测深仪采集水深数据。记录方式可以按时间记录点，也可以按距离记录点。最后直接形成河底高程文件，和CAD 对接。在长江水深测量中，此方式展现出其优势，得到了高质量的1 ∶ 1000 江道图。此法操作过程是把做好的.DXF断面图导入测深仪、联机、输好参数、按断面行船、按距离采点记录、输出成果数据。此法较传统采点法具有采点均匀、断面标准、自动化程度高的优点。缺点在于，不能便捷、有效的识别、剔除错误数据。特别在滩险关键点采集上，不够灵活，不易捕捉到重要点，如暗礁、陡崖。

传统方式是人为地把实时水深数据输入手簿编码里，或者用测深杆量取。此方法的优点是灵活、人工干预强，把握得住关键点。缺点是断面不够标准，有一定时间延迟，自动化程度相对不高。

二、自上而下的行船法

在激流险滩水深测量中，自上而下的测量行船方式，往往能省时省力，有效地反映水下地形。在一般的江道测量中，按照《水运工程测量规范》的要求，往往采用的是断面法、“Z”字法测量水深。对于航道狭窄的区域，船无法垂直于等深线行驶时，实际上也纵向测量水深。一般江道测量中，行船往往是逆水而上。这在水流不急的情况下，效果很好。逆水行船，行船受流速干扰小，轨迹稳定。采点效果好。但在急流情况下，行船困难，耗时费油。若从上游开始，船头朝上，逆水下行，行上水的反向轨迹。行船容易，速度易控制，比水流速度小，省时省油，测得河底高程与上水行船采点结果差值在0.1m 左右。

某长度约2200m 江面开展航道测量工作，该航道历来险要，江宽约650m，水流很乱，目前有3 条航道。江中有兼有取水设施、大小中坝、垅埂多处。以往，大船在最左岸航道行驶，由于江水、洪水冲刷，航道慢慢向江中间移动。航道中最快水流速度4.14m/s，平均3.2m/s。500m 航道水面比降达1m，纵比降0.2%。枯水时候，航行中有最大水深1.5m，介于水深1.3m～1.5m 的航漕宽不足30m 的断面。大船行驶时，会出现刮底的情况。由于水陡、流速快，若是渔船从下游开始，逆水上行，则耗时耗油，波浪打击，船身不稳。而项目组采用从上游开始，船头朝上，逆水下行，行上水的反向轨迹方法测深。则船行容易，总体速度较小（总体速度= 流速- 船速），行船相对安全。测得河底高程和检查测量时差值在0.1m 左右。满足《水运工程测量规范》中小于0.2m 的要求。

三、行船测量瞬时比降

在渔船上利用GPS-RTK 测量水面高，船自上而下匀速行驶，能够反映水面比降。传统测量比降的方法是，利用RTK 测量水边线的同时，准确测量水面高，纪录测量时间。内业时和水尺数据进行比较、改正。此法缺点是水面高可能测得不准确，水边线测量时间较长（1h～3h），需统一到同一时刻水位，内业改正工作量大，局部比降反映不科学。而乘船匀速顺流而下测量水面比降，具有测量时间短、区域和全段比降准确无改正的优点。前提是需在水位比较稳定的时候采点。这可以和水尺观读相互配合进行。《水运工程水文观测规范》里指出：河心比降可采用RTK 观测，高程测量允许误差为50mm。在不考虑横比降的情况下，此法和所设临时水尺、传统方法所测数据结果一致，即河心比降和水边比降一致，误差在5cm 以内。

某测区河段比降是2.21m，所以相对误差是2%。这显然对纵比降的影响是很小的。这里不考虑RTK 测量误差、船摇误差、水尺观读误差、测深仪水深误差的影响。那么，水面波浪对水面比降的影响如何呢？《水运工程水文观测规范》里指出，水面波动较大时，水尺读数应取波峰与波谷的平均值。实际上，航道测量时，船受波浪的干扰，总处于波峰波谷之间。一段航道下来，其均值是贴近真实值的。

四、结束语

水深及比降测量在内河测量中占据着重要地位。滩险水深测量中，传统的、半自动化的测量方法依然占据优势。激流滩险中，采用自上而下的行船方式，相比自下而上的行船方式，省时省力，高效、可靠。乘船测量能获得准确的水面比降，提高效率。

本文分析了传统测量方式具备的优缺点。然后对其他现代测量方式进行分析，在激流滩险中，自上而下的行船测量方式，能省时省力，真实可靠地反映水下地形；乘船GPS-RTK 测量、顺流而下的方式能正确反映水面比降，提高作业效率。

参考文献：

[1] 中交天津航道局有限公司，中交天津港航勘察设计研究院有限公司. 水运工程测量规范[S].

[2] 交通运输部天津水运工程科学研究所，天津水运工程勘察设计院，中交天津港航勘察设计研究院有限公司. 水运工程水文观测规范[S].

（作者单位：长江重庆航道局涪陵航道处）