CORS移动站结合中海达HD-LITE测深仪在水下管线测量中的应用——以梧州市三龙水厂新取水点水下管线测量为例--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

CORS移动站结合中海达HD-LITE测深仪在水下管线测量中的应用——以梧州市三龙水厂新取水点水下管线测量为例

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：陆学东

[导读] 摘要：当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行（卫星定位服务）参考站（Continuously Operating Reference Stations，缩写为CORS）在城市建设中应用广泛。

        梧州市测绘地理信息院广西梧州 543002
        摘要：当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行（卫星定位服务）参考站（Continuously Operating Reference Stations，缩写为CORS）在城市建设中应用广泛。利用CORS系统与中海达HD-LITE测深仪结合进行水下地形地物观测，打破了原始水下测量的作业方式，在速度、精度、效率上获得了极大提高。
        关键词：CORS移动站；水下管线测量；EPS三维测图系统
        1测量内容概况
        随着经济社会的快速发展，梧州市三龙水厂原有取水点被城市建成区包围，取水点上游的工业项目、城建项目不断增加，加之周边设施雨污排放口影响，饮用水源安全受到威胁，供水安全压力日益加大。梧州市三龙水厂取水点上移工程是切实保障梧州市供水安全的重点工程，有力护卫梧州市区46万居民饮用水安全。
        该新取水点自2019年10月开工至2020年1月19日正式投入使用。该管线自原有的三龙水厂取水头部上移至西江三桥上游约0.35公里处，在沿浔江内河的河道敷设2条总管线长8000米的DN1200输水管道，以及对三龙水厂前池进行升级改造等内容，是目前广西地区最长的水下敷设输水管道工程。
        由于工程涉及水下管道敷设、水下礁石爆破等多项复杂水下作业，施工过程遇到不少技术难题。实际管线与设计路线有不少更改。我院受该水厂委托，做好管线的跟踪并按工程进度实施分段测量，顺利完成该地下管线的竣工测量工作。
        2 原理
        2.1 CORS工作原理
        利用多基站网络RTK技术建立的连续运行（卫星定位服务）参考站CORS已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。 CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。
        在CORS系统中，控制中心接收各基准站数据进行数据处理，形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件并分发给用户。数据中心可24小时连续不断地根据各基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模结算，自动生成一个对应于流动站点位的虚拟参考站（包括基准站坐标和GPS观测值信息）并通过现有的数据通信网络和无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位、载波相位差分修正信息，实时解算出流动站的精确定位。
        2.2测深仪工作原理
        测深仪是一种声呐测深设备，利用换能器在水中发出声波，当声波遇到障碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，辅以换能器吃水改正、声呐波特率校正、实时水面高度以及测深仪船体姿态改正等误差修正以求得水面至河底面的距离。[2]公式如下：
        Z = H吃+ H仪= H吃+V T／2               （1）
        公式（1）中，Z为水深或者是水面到水下障碍物的距离，H吃为换能器吃水深度，H仪为换能器到水底的距离，V为声呐在水中传播的速度，T为声呐传播的往返时间，如图1所示。至此，实时水面标高
        H水面减去水深或者是水面到水下障碍物的距离Z即为水下地物的实时标高，有公式为
        H底= H水面-Z                          （2）
        结合公式公式（1）与公式（2）可知，通过利用CORS移动站测出水面标高，并通过测深仪测出H仪，就可以算出水下地物的实时标高H底。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        在海洋测深中，由于海水内部复杂，超声波在传播过程中易受到海洋生物、海水运动、船舶本身等产生的海洋噪声干扰，还有海水对超声波多次反射形成的混响干扰。综合考虑及需要校正的东西也多。但在内河进行水深测量时，由于受到的干扰较少，而水深远远小于海深，测深时只需要考虑船体姿态改正和波特率校正即可。
        本项目中使用了中海达的HD-LITE全数字化测深仪，标称测深精度；±10mm+0.1%h，分辨率：1cm，满足了水下管线测量的精度要求。
        3 测量实施
        3.1 仪器安装及连接
        本项目作业时间处于枯水期，河水水深范围在1～10米之间，水流平缓，流速变化不大。综合考虑水深因素及灵活性，因此选用了长度6米左右的轻便机动小渔船。为保证平面定位与高程测量的精准，CORS移动站选择性能较好的双频接收机。
        把移动站及测深仪换能器分别固定在测杆的上下两端，确保两者的坐标是同一位置。将换能器数据线穿过测杆并在CORS移动站下方伸出最后连接到测深仪，CORS移动站通过小5针孔接口连接到测深仪。
        3.2点位校正及参数设置
        让测船在河边尽量保持静止。将水温计放入水中静止10秒左右，记录水温，并间隔半分钟后测出其余两次水温，取三次水温均值待输入测深仪。用钢尺量取探头吃水深度，量测三次并取平均值。
        测深仪上建好工程，设置好测深仪的投影、分带、中央子午线、吃水深度等，并通过软件自带的声速计算工具，输入水温计算声呐速度。测试测深仪与换能器、测深仪与CORS移动站的连接。测试有效定位解限制(单点定位、时时差分、R T K固定解)，一般设定为R T K固定解。
        先利用CORS移动站测出当前坐标及高程，将测深仪的坐标改成与CORS移动站坐标一致。并检查测深仪显示的水面标高与CORS移动站所测标高是否一致，如不一致，则通过改变吃水深度给予改正。
        3.3 启动船只实施测量
        大面积水域由于没有特殊地物进行标记，因此传统的作业方法无法实行。HD-LITE全数字化测深仪能实时显示测区范围、水深数据等。根据工程需要，将提前做好的dxf格式的计划线调入测深仪以指导测船前进路径。布线结果如图2左的虚线所示。
        基于管线数据的性质，我们需要掌握管线的走向及转折点位置。依照管线敷设规划控制测船沿”S”型前进，并观察屏幕实时平面及标高数据。本项目中管线位置容易判读，测深仪窗口显示的管线顶部标高与周边地形标高变化显著。如发现管线位置与规划路线偏离太大，则加大两边测量范围及缩短”S”间距。
        4 数据处理及对比分析
        4.1 数据处理
        将测量数据导出并转换成方便操作的CAD格式文件。由于测量数据呈“S”布局，分析应用不易。实践中我们发现EPS三维测图系统可以解决一些问题，将成果数据导入EPS三维测图系统后，加载任意的立体模型，回到成果数据的视图范围，旋转视角，即可分析水下点位特征。
        4.2 数据对比分析
        为了确保数据的准确，我们采取了第一次细致测量，第二次加大测线距离测量，两次测量结果做对比。并根据工程进展，在每次测绘时与上次测量范围都有重叠数据，对所有数据进行综合取舍，提高了数据的精度，准确获取了管线的走向及标高数据。
        管线连接后，将管线数据、节点数据入库处理并检查。最后利用所有数据生成水下地形图，以其作为管线背景图提交成果。
        5 结语
        CORS移动站结合中海达HD-LITE测深仪在水下管线定位测量中实施便捷、操作简单，解决了传统水下地形测量方式的繁琐。结合EPS三维测图系统，在数据的研判中游刃有余。GPS技术结合测深仪技术在水下定位、水下工程等方面的应用将越来越广泛。
        参考文献
        [1]王庆宝；GPS RTK结合中海达H D 2 7测深仪在航道监测中的应用；中蓝连海设计研究院；2013（18）；271