利用RTK—SDE技术在浅水区水下地形测量中的精度分析

王晓明　殷小龙　柳永全

摘要：该文通过2个案例检测分析，证实了RTK-SDE技术在浅水区水下地形测量中的测深精度符合测量规范要求，可供工程实践参考。

Abstract： The paper confirms that the RTK-SDE technology in accuracy analysis of underwater topographic survey in shallow water by analyzing two cases conforms to the requirements of the measurement standard， which can be used for reference in the engineering practice.

关键词：RTK-SDE技术；水下地形测量；测深精度分析；水深比对检测

Key words： RTK-SDE technology；underwater topography survey；sounding accuracy analysis；detection of water depth ratio

中图分类号：TV221 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0098-03

0 引言

2012年6月21日，《水利发展规划（2011-2015年）》（以下简称《规划》）经国务院批复。《规划》确定“十二五”期间，全面解决2.98亿农村人口和11.4万所农村学校的饮水安全问题，水利工程新增年供水能力400亿m3，新增农田有效灌溉面积4000万亩；农田灌溉水有效利用系数提高到0.53以上，重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到60%以上；新增水土流失综合治理面积25万平方公里，初步改善生态环境脆弱地区及重点河湖的生态环境用水状况。《规划》给宁夏水利工作带来了新的任务、新的希望，新的起点。宁夏河流、湖泊、渠道、水库等改造、整治、除险加固、截渗工程纷纷上马，这给水下地形测绘工作带来了商机，也带来了挑战。为此，项目组联合有关单位，并结合项目组的实际情况，进行浅水区水下地形测绘研究工作，用于指导类似工程的实践活动。

相关资料显示，国内对运用GPS RTK、水下超声波回声测深技术、数字化绘图技术等先进测绘技术（简称RTK-SDE技术），进行水下地形测绘工程作了不少研究， 取得了一些阶段性成果。如龚治兴[1]在青草沙水库工程1：5000局部河势水下地形测量中，对该技术的工作原理进行了详细的介绍；程建刚[2]利用该技术对北京市6个城市湖泊进行勘测，得出了能够大大提高勘测速度和精度的结论；佟玉娥[3]利用该技术在大平矿水库内地形测量中，得出了提高作业精度和提高作业效率12倍的结论；徐景起等人[4]利用该技术在雪野水库水下地形测量中，得出了该技术具有测量精度高、速度快、采集数据密度大等优势[5]，测量结果比常规方式更为客观、真实的结论[6]。但这些成果大多是零散的、阶段性的，没有经过系统研究和总结。因此，项目组认为在这方面有必要进行深入研究，有必要把前人的成果系统化，用于指导宁夏乃至周边区域的水下地形测绘工作。

1 RTK-SDE技术水下观测数据的精度分析

利用RTK-SDE技术多余观测，对采集的数据进行精度分析，观察是否满足测量规范的要求，用以评价观测数据的可靠性。

1.1 试验地点及范围

①永宁县南方：29号丁坝上游100m，下游至第一排水沟，丁坝前30m区域。实测0.34km2。

②平罗县六顷地：1号垛上游100m至3号丁坝下游100m，坝前30m区域；4号丁坝上游100m至5号丁坝下游100m，坝前30m区域。实测0.23km2。

1.2 试验设备及软件

工程使用南方灵锐S82T GPS接收机1套（1+2），经过校准鉴定，仪器合格；南方SDE-28S水下超声波回声测深仪1套；笔记本电脑一台；CASS9.1数字化地形测绘软件；机动船1艘。在使用过程中仪器设备外观表现正常，运行正常。

1.3 试验起算数据及执行规范

①起算控制点。

永宁县南方测区附近有3个GPS五等点，分别是D1、DD2、D7。平罗县六顷地测区附近有4个GPS五等点，分别是LQ5和LQ7，BM0和BM。起算控制点成果列于表1。平面坐标系统是1954北京坐标系，高程系统是1956黄海高程基准。投影带是中央子午线经度为105°的35号3°高斯投影带（永宁南方）和中央子午线经度为108°的36号3°高斯投影带（平罗六顷地）。

②执行规范。

依据《工程测量规范GB50026-2007》（国家标准）、《水利水电工程测量规范（规划设计阶段）SL197-97》（行业标准）和《1：500 1：1000 1：2000地形图图式GB/T20257.1-2006》（国家标准）。

在执行以上测绘规范的基础上，结合本工程目的，提出以下具体技术要求：比例尺=1：500，等高距=1m；水域地物点点位中误差≤1m，等深线插求点高程中误差≤0.5m；断面间距15m，断面点间距5m；地形成图碎部点展点密度15m，高程显示至小数点后2位；GPS RTK技术联测起算控制点，转换参数误差和固定点检核误差≤5cm（坐标分量）。

1.4 试验过程质量控制

为了保证采集数据的可靠性和最终成果的质量，在测绘过程中，加强检查，强调过程质量的控制。

①起算控制点检核。

对起算控制点，在使用前对其可靠性进行了实测检核。GPS流动站分别在起算控制点采集数据，计算转换参数之前显示误差。结果表明，永宁南方3个起算控制点可靠；平罗六顷地4个控制点，平面误差达到0.37m，高程误差不超过0.01m。结合在现场看到的LQ5和LQ7实际标定情况，我们认为这两个点精度较低。但考虑与过去成果的联系和比较，也因为检核控制点高程没发现问题，故仍以LQ5和LQ7为起算数据进行测绘。通过起算控制点检测，也说明GPS RTK系统工作正常。

②开始与结束时的固定点检核。

在地形测绘中，每天工作开始和结束，均进行固定点检测。检测记录列于表2。其中ΔXmax=0.009m，ΔYmax=0.021m，ΔHmax=0.018m。均小于5cm的要求。

③水深比对检测。

水下地形测量，每天开始前都进行水深比对检测。检测记录列于表3。其中探杆测深与测深仪测深的差值，最大为7cm，最小为1cm。考虑到探杆底部带有5cm的尖头，会产生3-5cm的系统误差。故，可认为测深仪测量结果是可靠的。

④水下重合点检测。

每个水下区域都设计了检测航线，对检测航线上的重合点（范围小于2m*2m）进行比较。水下重合点检测结果列于表4。

⑤实际精度分析。

计算检测高程与图面等高线内插点高程的差值（H分量误差），对地貌点进行抽查检测，永宁南方29-32号坝检测了42个点，平罗县六顷地1、2、3号坝检测了31个点，平罗县六顷地4、5号坝检测了20个点。H分量误差的具体数据列于表5。

依据双观测中误差计算公式计算水下重合点高程中误差：永宁南方=0.224m，平罗县六顷地1、2、3号坝=0.302m，平罗县六顷地4、5号坝=0.309m。均小于h/3=0.33m，说明采集数据不含粗差，质量可靠。

2 结语

①通过测区起算控制点检核、开始与结束时的固定点检核、水深比对检测、水下重合点检测等过程质量控制，保证了测深数据的精度要求。

②经过实际精度分析，永宁南方29-32号坝测深中误差为0.224m，平罗县六顷地1、2、3号坝测深中误差为0.302m，平罗县六顷地4、5号坝测深中误差为0.309m。均小于h/3=0.33m，说明采集数据不含粗差，质量可靠，水下测深精度符合规范要求。

参考文献：

[1]龚治兴.青草沙水库工程1：5000局部河势水下地形测量[J].中国水运，2014（1）：200-205.

[2]程剑刚.网络RTK联合声波测深仪在水下地形测量中的应用[J].测绘工程，2014（3）：63-65.

[3]佟玉娥.测深仪与GPS集成技术在大平矿水库内地形测量中的应用[J].铁法科技，2013（11）：18-20.

[4]徐景起，马明文，蔺义华.GPS-SDE技术在雪野水库水下地形测量中的应用[J].人民长江，2010（4）：65-67.

[5]闫永辉，徐建新，吴文强，等.GPS-PPK结合测深仪在水下地形测量中的应用[J].人民黄河，2013（5）：128-130.

[6]夏龙.GPS-RTK技术在水库水下地形测量中的应用[J].价值工程，2013（35）：212-213.