網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀在湖泊庫(kù)容測(cè)量中的應(yīng)用

■閆紅衛(wèi)

（濟(jì)寧市任城區(qū)土地開(kāi)發(fā)整理中心山東濟(jì)寧272000）

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀在湖泊庫(kù)容測(cè)量中的應(yīng)用

■閆紅衛(wèi)

（濟(jì)寧市任城區(qū)土地開(kāi)發(fā)整理中心山東濟(jì)寧272000）

開(kāi)展湖泊庫(kù)容勘測(cè)的目的主要是對(duì)湖泊的基本情況、水資源開(kāi)發(fā)利用以及保護(hù)的狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的具體需求以及水利行業(yè)的建設(shè)能力及狀況等進(jìn)行了解，由此建立相應(yīng)的信息平臺(tái)，為進(jìn)行水利決策提供信息依據(jù)。本文主要從網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的內(nèi)涵、數(shù)字測(cè)深儀概述、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀對(duì)湖泊庫(kù)容的測(cè)量以及湖泊庫(kù)容的計(jì)算等方面對(duì)湖泊庫(kù)容測(cè)量的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探析。

網(wǎng)絡(luò) RTK 技術(shù) 數(shù)字測(cè)深儀 湖泊庫(kù)容

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)面臨著嚴(yán)重的水資源壓力。水污染、水浪費(fèi)、配套設(shè)施不健全、水資源短缺等等，水資源的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂(yōu)。而使用先進(jìn)的技術(shù)及儀器對(duì)水資源例如湖泊等的庫(kù)容進(jìn)行測(cè)量，能夠使相關(guān)部門(mén)對(duì)水資源的基本信息、利用與需求狀況以及其中存在的具體問(wèn)題等有大致的了解，從而提出有針對(duì)性的措施來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。

1　網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的內(nèi)涵

所謂RTK技術(shù)，是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。RTK技術(shù)是一種將GPS技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)時(shí)解算、數(shù)據(jù)處理并在極短的時(shí)間內(nèi)得到高精度位置信息的技術(shù)。而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)則是一種基于連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)（CORS系統(tǒng)）的實(shí)時(shí)定位新技術(shù)。對(duì)GNSS參考站進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行的可也成為永久參考站，它是由一個(gè)或多個(gè)固定的且連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站組成的。它是一種將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及數(shù)字通訊技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)向需求、類(lèi)型、層次等都不同的用戶(hù)進(jìn)行全天候傳輸經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同的GNSS觀(guān)測(cè)值以及各種改正數(shù)、狀態(tài)信息的服務(wù)等等。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈具有較強(qiáng)的抗干擾能力，使得通訊受距離的影響較小，且定位的準(zhǔn)確程度可精確到厘米。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使高精度GPS發(fā)展到了新的階段。它將最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)以及GPS定位技術(shù)等幾種結(jié)合起來(lái)，且使用了最為先進(jìn)的多基站RTK算法，實(shí)現(xiàn)了GPS技術(shù)的突破。

2　數(shù)字測(cè)深儀概述

數(shù)字測(cè)深儀是一種利用聲音能在水下傳播的性質(zhì)，對(duì)聲音進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換以及信息處理，最終完成水下探測(cè)任務(wù)的電子設(shè)備。數(shù)字測(cè)深儀的基本組成部分是振蕩器、發(fā)射換能器、接收換能器以及放大器和顯示、記錄等。它工作的基本原理是發(fā)出超聲波并記錄時(shí)間，然后接收被障礙物反射回來(lái)的回波并再一次記錄時(shí)間，然后根據(jù)時(shí)間差t計(jì)算出距離。距離的計(jì)算公式為，其中代表超聲波的波速。

3　網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀對(duì)湖泊庫(kù)容的測(cè)量

在使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀對(duì)湖泊庫(kù)容進(jìn)行測(cè)量時(shí)，基本流程是：首先，操作人員將湖岸地形圖輸入計(jì)算機(jī)中，并按照具體要求提前對(duì)測(cè)量路線(xiàn)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行規(guī)劃，以便實(shí)際勘測(cè)時(shí)按照既定的路線(xiàn)進(jìn)行。其次，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，先使用RTK技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航定位，使測(cè)量船只沿著事先規(guī)劃好的路線(xiàn)前行。而且在顯示終端中能夠清晰呈現(xiàn)船只的航行速度、水深及其變化、實(shí)時(shí)點(diǎn)位的坐標(biāo)、與航線(xiàn)偏離的距離以及RTK是否固定等信息，使工作人員能夠及時(shí)掌握各種實(shí)時(shí)信息，為探測(cè)工作提供便利。最后，探深儀探頭向湖底發(fā)射超聲波，對(duì)發(fā)射時(shí)間進(jìn)行記錄，同時(shí)對(duì)遇到湖底時(shí)反射波的反射時(shí)間進(jìn)行記錄，利用時(shí)間差計(jì)算出探頭與湖底之間的距離。

使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀進(jìn)行湖底地形測(cè)量的工作原理是：先使用金屬桿將GPS接收機(jī)和測(cè)深儀相連，并使桿一直保持豎直。GPS接收機(jī)對(duì)測(cè)深儀的實(shí)時(shí)位置的三維坐標(biāo)進(jìn)行確定，然后將GPS的測(cè)量結(jié)果與GPS中心與探深儀探頭底部的距離相減，再減去測(cè)深儀所測(cè)出的水深，就能計(jì)算出湖底高程；然后對(duì)測(cè)深儀探頭底部與水面之間的距離進(jìn)行測(cè)量，就能得到水深以及水面高程，并據(jù)此得出湖底點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)。最后是對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。先對(duì)所得到的平面、高程等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，確定無(wú)誤后使用專(zhuān)業(yè)的數(shù)字成圖軟件對(duì)其進(jìn)行編輯，就能得到精度非常高的數(shù)字水下地形圖。

4　湖泊庫(kù)容的計(jì)算

畸形湖泊庫(kù)容計(jì)算的方法較多，例如傳統(tǒng)的斷面法、等高線(xiàn)容積法、方格網(wǎng)法以及三角網(wǎng)格法等等。雖然這四種方式都能在一定程度上對(duì)湖泊庫(kù)容進(jìn)行計(jì)算，但由于自身都存在各種缺陷，因此逐漸被淘汰。例如斷面法，它是在被計(jì)算庫(kù)區(qū)設(shè)立一定數(shù)量的斷面，按照計(jì)算精度的要求，設(shè)置多個(gè)間距，測(cè)量每一個(gè)間距上的水深，然后按照一定的公式對(duì)庫(kù)容進(jìn)行計(jì)算。但由于湖泊中的實(shí)際地形變化較大，斷面法得出的庫(kù)容精度與現(xiàn)實(shí)可能會(huì)存在較大差距。本文所采用的是通過(guò)構(gòu)建水下三維地形曲面的方式對(duì)庫(kù)容進(jìn)行計(jì)算。

該方法的基本原理是：先構(gòu)建水下三維地形曲面和水平面，然后對(duì)兩個(gè)曲面之間的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以此來(lái)確定兩個(gè)曲面之間的體積差，也就是庫(kù)容。該方法通過(guò)微分法先對(duì)三角柱體的體積進(jìn)行了精確的計(jì)算，然后以此為基礎(chǔ)計(jì)算出了庫(kù)容量。

在具體的計(jì)算方法方面，本文在進(jìn)行湖泊庫(kù)容量的計(jì)算時(shí)使用的是三維設(shè)計(jì)軟件Autodesk Civil 3D中的土方計(jì)算功能也就是曲面計(jì)算功能。在該軟件中，數(shù)字地形模型被稱(chēng)為“曲面”，曲面中所包含的信息包括等高線(xiàn)、坡度、高程、流域面積等等，而且在進(jìn)行編輯時(shí)還能隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。土方計(jì)算功能在進(jìn)行計(jì)算時(shí)就是將曲面進(jìn)行疊加，然后對(duì)每一個(gè)高程點(diǎn)的Z值差進(jìn)行計(jì)算，并利用精確的幾何計(jì)算模型來(lái)對(duì)現(xiàn)有曲面與設(shè)計(jì)曲面之間的體積進(jìn)行計(jì)算，具體來(lái)說(shuō)就是利用采集到的湖底點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，來(lái)建立相應(yīng)的數(shù)字水下地形模型，然后根據(jù)模型的具體情況對(duì)湖泊庫(kù)容進(jìn)行計(jì)算。

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)的庫(kù)容測(cè)量及計(jì)算方法相比，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀的方式能夠?qū)鹘y(tǒng)方法中采集的數(shù)據(jù)的誤差降到最小，而且在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)也采用了技術(shù)含量較高的方式，從而使得最終測(cè)量結(jié)果的精度達(dá)到了新的層次。這對(duì)我國(guó)的湖泊庫(kù)容測(cè)量來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)非常先進(jìn)且使用的技術(shù)，能夠使我國(guó)的湖泊測(cè)量工作更加科學(xué)，從而為有關(guān)部門(mén)制定科學(xué)的水資源決策提供科學(xué)的理論依據(jù)。

[1]賀志崗，蔡?hào)|安，胡永洪等.GPS-RTK與數(shù)字測(cè)深集成系統(tǒng)在庫(kù)容測(cè)量中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2007， (1).

[2]楊俊.GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)在邛海庫(kù)容測(cè)量中的應(yīng)用 [J].四川水利，2014， (4).

[3]陳海兵，尹欣，高銅祥等.GPS聯(lián)合數(shù)字測(cè)深儀在水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].水利水電技術(shù)，2015， (10).

G250.72[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-245-1