無人測量船在漢蔡段疏浚施工測量中的方法研究

唐從華，柯亨富，彭本柏

（1.長江武漢航道工程局，湖北 武漢 430000；2.長江武漢航道局，湖北 武漢 430000）

漢江蔡甸漢陽閘至南岸嘴段航道整治工程七標(biāo)段疏浚工程采用中型抓斗式挖泥船（斗容為8m3）生產(chǎn)效率較高，本次施工從2021年4月開工，漢江水位已開始回漲，對于疏浚施工條件不利，存在一定的淤積風(fēng)險(xiǎn)，為減少淤積風(fēng)險(xiǎn)，加快施工進(jìn)度，同時(shí)對疏浚效果進(jìn)行實(shí)測，同步進(jìn)行淺點(diǎn)掃除，故測量作業(yè)非常頻繁。

本文結(jié)合以往工程施工經(jīng)驗(yàn)，依托漢江蔡甸漢陽閘至南岸嘴段航道整治工程七標(biāo)段疏浚工程實(shí)例，對疏浚施工測量采用無人測量船設(shè)備進(jìn)行探討。

1 疏浚工程簡介

漢江蔡甸漢陽閘至南岸嘴段航道整治工程位于漢江下游河口段武漢市境內(nèi)，上起蔡甸漢陽閘，下至河口南岸嘴，全長33km。工程建設(shè)航道尺度為3.2m×75m×550m（水深×航寬×彎曲半徑），保證率98%。

疏浚工程根據(jù)航道整治工程平面布置、挖槽定線及設(shè)計(jì)航槽走向，結(jié)合河床演變及礙航特性分析、河床組成及近年來航道維護(hù)情況，以及整治工程布置情況，共布置挖槽3 處（張家臺、熊家臺、胡家臺），疏浚區(qū)分別位于張家臺出口段、熊家臺進(jìn)口段和彎頂段、胡家臺出口段?？紤]到與施設(shè)階段平面布置方案的一致性，張家臺出口段、熊家臺進(jìn)口段和彎頂段、胡家臺出口段均布設(shè)喇叭形進(jìn)口，進(jìn)口寬100m，疏浚區(qū)底寬75m。挖槽斷面設(shè)計(jì)成倒梯形斷面，底寬75m，設(shè)計(jì)水深3.2m，超深0.5m，超寬4.0m，開挖邊坡選用1：5。

圖1 疏浚區(qū)平面布置圖

2 測量技術(shù)要求

2.1 技術(shù)規(guī)范

（1）GB/T202571-2017《1:500、1:1000、1:2000 地形圖圖式》國家基本比例尺地形圖圖式；

（2）SL 197-2019《水利水電工程測量規(guī)范》；

（3）CH/T 2009-2010 《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》；

（4）GB/T 18316-2008《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》；

（5）CH/T 1004-2005《測繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定》；

（6）CH 1016-2008《測繪作業(yè)人員安全規(guī)范》。

2.2 成圖規(guī)格

2.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

國家2000 坐標(biāo)系、1985 高程基準(zhǔn)。

2.2.2 比例尺

1：1000 水下地形圖，基本等高距0.5m，高程注記至厘米。

2.3 提交成果

（1）數(shù)字高程模型(DEM) : 岸上、水下分辨率為1m。

（2）數(shù)字線劃圖(DLG)：整幅成果、分幅成果各一套。

3 測量工作實(shí)施

3.1 準(zhǔn)備工作

3.1.1 測量人員配置

項(xiàng)目部選派專業(yè)測量人員，并要求無人測量船設(shè)備廠家人員給予技術(shù)支持。

3.1.2 測量設(shè)備的配置

現(xiàn)場主要監(jiān)測儀器及相關(guān)設(shè)備見下表：

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3.1.3 作業(yè)前準(zhǔn)備

用華測海洋專用鋰電池充電器給無人測量船鋰電池充電，用遙控器充電器給遙控器充電。

3.1.4 作業(yè)前收集資料

向現(xiàn)場測量人員提交測量實(shí)施方案，方案內(nèi)容包括測量項(xiàng)目的內(nèi)容、目的、位置、數(shù)量及有關(guān)的圖紙。

3.1.5 架設(shè)岸基基站

架設(shè)華測基準(zhǔn)站，使用CORS 模式，待移動(dòng)站接收機(jī)收到差分信號，收斂為固定解狀態(tài)后開始進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換等工作，校準(zhǔn)結(jié)果滿足精度要求后，即可開始測量工作。

3.1.6 控制點(diǎn)復(fù)核

在GPS 手簿中輸入測量參數(shù)后，檢核測區(qū)附近控制點(diǎn)，在確認(rèn)精度滿足測量要求后即可開展水下測量工作。

3.2 岸線地形數(shù)據(jù)采集

結(jié)合本項(xiàng)目施工方案，岸線地形僅需采集水涯線地形及標(biāo)高。

3.3 水下地形數(shù)據(jù)采集

根據(jù)《水利水電工程測量規(guī)范》（SL 197-2013）要求，按照1:1000 水下地形測量的要求，本項(xiàng)目水下地形測量采用斷面法進(jìn)行，斷面間距為20m，斷面方向大致與河道垂直，定點(diǎn)間距10m，重點(diǎn)區(qū)域可加密測量。不同小組接邊處應(yīng)布設(shè)一條重合測線，同一小組不同時(shí)期應(yīng)布設(shè)兩條重合測深線?？蛇m當(dāng)布設(shè)檢查測線若干條，檢查測線垂直于主測斷面線。

航行過程中，對無人測量船常有以下要求：

（1）漢江2021年4月以來水位上漲較快，流速增大，無人船測量作業(yè)應(yīng)選擇在天氣較好、風(fēng)浪較小的時(shí)間段。

（2）無人測量船體型及自重較小，測量過程中應(yīng)盡可能保持勻速行駛，船體變化角度控制在40°/min，無人船的實(shí)際航向與斷面間距的偏差控制在20%以下。

（3）漢江過往船舶較多，易引起瞬時(shí)大浪影響無人船航向、姿態(tài)及航行安全，應(yīng)及時(shí)調(diào)整航速、航向，必要時(shí)需暫停測量作業(yè)。

（4）更換斷面線時(shí)，盡量緩慢轉(zhuǎn)彎，避免出現(xiàn)無人船側(cè)翻事故。

（5）加強(qiáng)對過往船舶的瞭望，提前做好無人船的避讓工作，避免發(fā)生碰撞。

測量工作結(jié)束后，測量人員現(xiàn)場對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，查看航線及測深數(shù)據(jù)是否完整，檢查無誤后開展下一步工作。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理流程如下：

（1）工作站電腦端導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對時(shí)間、位置出現(xiàn)異常的測點(diǎn)，視情況修正或剔除。

（2）導(dǎo)入數(shù)據(jù)至南方CASS9.1 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，剔除高程異常點(diǎn)。受水下魚類、水草等異物影響，高程異常點(diǎn)需經(jīng)驗(yàn)豐富的測量作業(yè)人員綜合判斷后剔除，GPS信號問題亦會(huì)造成高程異常。

（3）由于施測中設(shè)定測點(diǎn)間距為固定值，有可能存在水深特征點(diǎn) ( 最深點(diǎn)或最淺點(diǎn)) 漏測，而測深儀存有記錄，在處理時(shí)可以根據(jù)原始記錄按比例內(nèi)插數(shù)據(jù)點(diǎn)。

（4）結(jié)合岸線數(shù)據(jù)及水下數(shù)據(jù)生成水下地形數(shù)據(jù)文件。

3.5 成果生成

（1）1:1000 比例尺地形圖。

（2）數(shù)字高程模型(DEM) : 岸上、水下分辨率為1m。

（3）數(shù)字線劃圖(DLG) : 整幅成果、分幅成果各一套，根據(jù)工作需要可縮編為1: 5000 或1: 2000 比例尺的工作用圖一幅。

（4）控制點(diǎn)復(fù)核成果表。

4 測量效果及結(jié)論

無人船測量作業(yè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制執(zhí)行，其測量作業(yè)嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所設(shè)定的程序嚴(yán)格執(zhí)行，因此其精度和穩(wěn)定性較高，加之其船身較輕慣性較小，航向容易控制，極大提高了地形測量的準(zhǔn)確性。

為響應(yīng)國家的長江大保護(hù)政策，過往漁船（兼作測量船）已經(jīng)上岸報(bào)廢處理，大型測量船舶雖測量速度快，但由于其慣性大，靈活性不強(qiáng)，在航道較窄、水深較淺處機(jī)動(dòng)性不夠，無人測量船測量不失為一種非常好的測量設(shè)備，其作業(yè)效率高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、測量精度高，對水上交通影響小，借助后期的快速成圖，可為疏浚施工提供有力的地形數(shù)據(jù)支持。

漢江蔡甸漢陽閘至南岸嘴段航道整治工程七標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理部測量部門通過采用無人船測量作業(yè)手段，定期進(jìn)行有效的水下地形測量，根據(jù)測量結(jié)果，及時(shí)對淺點(diǎn)進(jìn)行掃除，基于有效的測量輔助手段，本項(xiàng)目疏浚工程一次性通過水下檢測驗(yàn)收，在汛期來臨前完成了施工生產(chǎn)，為本項(xiàng)目的全面完成畫上了句號。