GNSS-RTK 联合数字测深仪在河道地形测量中的应用

康蛇龙

（河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，天津 300250）

在河道设计与施工过程中， 一般需对水域和陆域同时进行测量，以满足工程设计需要。传统的测量采用测探杆、测探锤、测探绳，结合全站仪进行测量［1-3］，虽能满足基本测量需求， 但精度较低， 对于水深较大、地形复杂的大面积水域还是难以满足要求。随着科技进步，GNSS-RTK技术得到广泛应用，联合数字测深系统， 为水利工程中较复杂的水陆域地形测量提供了新的、更为高效的测量技术支持［4-5］。

赵王新河由白洋淀枣林庄分洪道、赵王新河、赵王新渠组成，始于白洋淀枣林庄枢纽，至文安县西码头闸，右堤为千里堤，是省一级堤防，左堤为次堤，是三级堤防。赵王新河地处华北平原中部，属温带大陆性气候，四季分明，降雨集中。

本文以河北省赵王新河1∶1000数字地形测绘为例， 阐述GNSS-RTK与数字测深系统在地形测量中的应用，为赵王新河治理的规划设计提供技术支持。

1 开展水陆域地形测量作业系统的组成

1.1 水域地形测量

地形测量水下植物、 杂物较少部分利用网络RTK结合单波束测深仪自动化模式测量，芦苇丛生、水下水草茂盛的水域， 水下地形点采用GNSS-RTK结合测深杆或锤球测量。

本研究包含河道纵横断面测量， 水下地形测量测深线平行于淤积断面布置， 测深线间距一般为40m，点距设定为10m。 水下地形变化较大区域均加密布置测深线。

水深测量测深系统设置、 校准及数据处理同淤积断面测量， 水下地形生成和编辑采用CASS10.1成图软件。

1.2 陆域地形测量

房屋等建筑较少、 植被不密集的测区采用飞马机器人F200固定翼无人机搭载SONY DSC-RX1R II相机采集测区外业影像数据，村庄较多、植被茂盛的测区采用飞马机器人D200多旋翼无人机搭载DOP310倾斜模块采集测区外业影像数据。

2 外业数据采集及处理实施步骤

数字地形图测量由空三加密、测图两部分工作组成，如图1。 采用无人机获取的航空影像数据，在无人机管家与CC软件中进行空三加密， 获得空三加密成果； 利用空三加密成果， 在航天远景成图软件MapMatrix中采集地物和地形数据，然后利用内业采集的地物、地形数据，进行实地外业调绘工作获得调绘成果， 最终将内业采集数据与外业调绘数据相结合，利用南方CASS软件进行编辑成图，形成地形图成果。

图1 技术路线

2.1 空三构网及平差

2.1.2 空三加密

新建空三工程， 由于飞马F200和D200均支持ppk-pos， 先将机载GPS与地面基站数据导入TBC中进行差分处理，得到差分数据，然后将带有精密POS的像片导入无人机管家中进行全自动提取特征点。修改成果所需坐标系，获取测区高程（在机器联网且导入POS数据为经纬度坐标的前提下）， 完成工程创建，并在智拼图主界面中先将工程保存。

2.1.2 实景建模

空三平差完成后进行实景建模操作，设置目标坐标系，根据机器配置设置分块大小，设置输出格式为osgb。 直接提交进行三维TIN格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建。 将实景三维模型导入航天远景MapMatrix 软件中进行精度评定。

2.2 数字高程模型制作

整个测区构建数字高程模型。 Bentley Context Capture 输出点云， 经过飞马无人机管家中的智点云，通过对地面附着物的过滤、人工编辑，构建TIN，进一步生成DEM。 数据准备完毕后， 在航天远景的MapMatrix软件中对TIN进行二次编辑， 构建数字地面模型DEM。

2.3 数字正射影像图制作

整个测区构建数字正射影像图。Bentley Context Capture 在输出实景三维模型后输出正射影像图，设置地物采集为模型最高点， 保证输出的正射影像图为真正射影像。

2.4 地形图数据采集

将实景三维模型导入MapMatrix工程进行DLG制作。 严格按照相关规范和技术设计书要求进行作业。对实景三维模型看不清楚的区域，本区采用先内业判测后外业巡视、补测、补调的方法；根据模型按照相应的层色规定进行地物、地貌全要素数据采集，做到了不变形、不移位、无错漏；采集依比例尺表示的地物符号，以测标中心切准轮廓线或拐点连线；采集不依比例尺表示的地物符号时， 以测标中心切准其定位点、定位线；对模型不清的构筑物，内业只采集外轮廓或定位点、定位线务必在相应位置上作A标记，作为疑点留给外业实地处理；背向主点的地物在本条航线无法采集到时，在相邻航线上补测，不丢漏；相邻模型采集到模型重叠的中间部分，采集不超出相对范围线。

3 数据后处理

3.1 地形图编辑

地形图编辑将陆上、 水下地形图在成图软件下进行编辑，做到图面清晰易读、主次分明、取舍得当，合理地显示各种地理要素。①地貌要素编辑，对等高线进行计曲线、首曲线属性的匹配；对等高线进行相应的平滑处理，消除不合理的锯齿、尖角；②按照技术设计书要求最终地形图成果以一份完整的不分幅的地形图进行提交；③各要素之间取舍合理；④等高线正确反映地貌特征，图上每100cm2选10～20个高程注记点，高程点注记至0.01m。

3.2 地形图检查

（1）对地形图精度进行检查：根据外业实测的检查点，检查地形图的平面精度和高程精度。

（2）检查地形图各个要素表达方式、符号配置、注记的合理性，对不合理的要素进行改正。

（3）检查图形接边和属性接边。

（4）检查地貌要素与地物要素的一致性。

4 成果输出

在测量作业过程中，严格执行有关技术规程、规范，严格按照相关管理体系文件要求开展工作。实行“两级检查、一级验收”制度，确保测绘产品质量。 项目实施前，项目组人员就相关规程规范、技术要求进行培训学习。

（1）模型质量影像清晰，反差适中，色彩鲜明，相同地物色彩基调一致。有较丰富的层次，能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像。

（2）影像上没有云、云隐、烟、大面积反光、污点等缺陷。虽然存在少量缺陷，但不影响立体模型的连接和三维模型建立，可以用于三维模型生产。拼接影像应无明显模糊、重影、错位现象。 成果质量满足测量规范和设计需要。

（3） 实景三维模型精度： 平面残差最大值0.058m， 高程残差最大值-0.118m， 平面中误差0.015m，高程中误差0.047m，满足设计要求。

（4）DEM 精度：左堤高程中误差0.157m，右堤高程中误差0.180m，满足设计要求。

（5）DOM 精度： 平面最大残差0.045m， 中误差0.013m，满足设计要求。

（6）经检查，地形图的平面坐标和高程精度均达到技术设计要求，如表1。

表1 地形图平面精度统计 单位：m

5 结语

（1）采用基于无人机的数字摄影测量技术、网络RTK技术、 网络RTK结合数字测深仪的自动化模式的测深技术， 提供了高精度、 多元化的数字测绘产品，如DLG线划图、数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）、正射影像图（DOM）等，为更好地治理赵王新河奠定了基础。

（2） 沿赵王新河布设了精密的平面和高程控制网，为河道后期建设施工提供了可靠基准。

（3）先进技术的应用和合理的工作安排与调度，大幅度减少了外业工作量， 提高了作业效率和产品质量。