水利工程師論文范文淺析測量技術

　　摘要: 根據水上施工特點介紹了水上測量近年來發展方向和采取的主要技術手段。根據不同的作業環境和精度要求應采用的測量手段。

　　關鍵詞: 水上工程測量,施工放樣,高程控制測量

　　1 概述

　　水上工程測量的主要內容為水下地形測量和施工放樣,無論水下地形測量還是施工放樣其定位方式與陸地測量即有相同之處,也有不同之處。無論水上測量還是陸地測量,采用的坐標系統與陸地是一致的。否則就沒有意義了,海上測量一般根據距離海岸的遠近,采用不同的定位方法,如光學定位,無線電定位,衛星定位,水聲定位以及組合定位等。

　　光學定位與陸上定位的原理和方法相同,但以交會方法為主,即通常所用的前方交會法、后方交會法、側方交會法以及極坐標法等。由于后方交會法和側方交會法多采用在移動站擺設儀器,經緯儀無法實現,均采用六分儀,點位精度比較低,不宜在近岸大比例尺水上地形圖以及水上工程測量中應用,該法已漸被淘汰,故本文中不再提及。兩點前方交會法和極坐標法為近年來國內外的沿岸測量所常用的方法。尤其適用于港灣大比例尺水上地形測量、工程勘察及施工定位。

　　無線電定位方法有作用距離遠全天候連續定位的特點,故在海洋定位中應用比較廣泛。如海用微波測距儀是目前沿岸海區定位的主要儀器之一。作用距離為幾十公里,測距精度1～2m。更遠距離將采用各種不同定位原理的無線電定位系統,其精度也有所不同。由于GPS的飛速發展,目前海上定位多采用GPS定位技術,根據工程性質不同采用不同的定位方法,目前在我國沿海地區建立了局部區域GPS無線電導向標差分系統(RBN/DGPS),該系統定位精度高,在幾十公里范圍內定位精度<1m,作用距離遠,當海上作用距離在200海里之內時, 其定位精度也可達到<5m。對于定位精度要求更高的測量工作,則采用RTK定位技術,該技術為載波相位差分。可使實時三維定位精度達到厘米級,特別適合海上的工程施工放樣,精密測量。目前其作用距離根據采用的數據鏈不同而不同,從幾十公里到幾百公里甚至上千公里。就我們目前常用的幾種方法進行簡單介紹。

　　2 水上測量平面定位

　　(1)前方交會法定位在沿岸海域可采用經緯儀前方交會法進行定位,其定位原理見圖1。

　　通常在岸上兩控制點A、B上設置經緯儀,同時觀測施工船舶的方位角或角度來確定被測物體的坐標。

　　對于施工區域距離海岸較近便于設站的工程較為適合,交會角應控制在60°～120°之間,個別困難地區也不應大于150°,小于30°。對于海上爆破工程,由于工作時間較長和三班24小時連續作業,宜在測站(A、B)上建立便于觀測的測量墩,采用強制對中盤強盤對中,防止儀器長期安置精度和安全。交會法海上定位測量觀測記錄表格形式,見表1。

　　(2)極坐標法定位

　　利用全站儀或電子經緯儀配合測距儀按一方位一距離的極坐標法進行定位,該法在實際作業中應用的也較廣泛。這種方法的原理是,當測得方位TAP和距離S時, 被測物的坐標為:

　　GPS主要由三大部分組成:空間部分—GPS衛星星座;地面部分——地面監控系統;用戶部分——GPS信號接收機。對于我們來說主是要是利用GPS的動態定位特點,進行海上測量實時求得被測物體的坐標,動態定位可根據測量的精度要求采用不同的定位方式。

　　① RBN/DGPS系統(信標機)

　　由交通部安全監督局統一組織、天津海上安全監督局海測大隊組織實施的“, 中國沿海無線電指向標差分GPS(RBN/DGPS)系統目前已基本完成,整個系統由20個RBN/DGPS基準站組成,形成從鴨綠江口到南沙群島部分區域、覆蓋我國沿海港口、重要水域和狹窄水道的差分GPS導航服務網。

　　這些基準站實時的用無線電播發衛星定位改正數,在其覆蓋的范圍內用戶,都可以接收到這些改正數并用來修正自己GPS接收機的定位結果,這些定位結果,在幾十公里范圍內精度可達0.5～1.0m之間,在200海里范圍內可達1.0～5.0m之間。一臺信標機就可以工作了。方便了廣大用戶,同時又節約了設備投入成本。該系統特別適合于海上大比例尺地形測量、海上資源調查、海上工程勘察、導航、清淤、航道疏竣等。

　　② 動態載波相位差分定位(RTK)

　　載波相位差分技術又稱RTK(Real Time Kinematic)技術,是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。就是將一臺GPS接收機安裝在已知點上對GPS衛星進行不間斷觀測,將采集的載波相位觀測量調制到基準站電臺的載波上,再通過基準站電臺發射出去。流動站在對GPS衛星進行觀測并采集載波相位觀測量的同時, 也通過流動站電臺接收由基準站電臺發射的信號,經解調到基準站的載波相位觀測量,流動站的GPS接收機再利用OTF(運動中求解整周模糊度)技術由基準站的載波相位觀測量和流動站的載波相伴觀測量來求解整周模糊度,最后求出厘米級精度流動站的位置。這種方法的關鍵是求解起始的整周模糊度,即初始化,并始終保持。因此,RTK測量除了要求有足夠數量的衛星和衛星具有較好的幾何頒布外,還要求基準站與流動站之間的數據通訊必須保持良好狀態。

　　載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量應用于動態高精度測量領域,如海上樁基施工,鉆孔爆破船舶定位,碼頭制安等。尤其是水下爆破鉆孔定位,定位精度高,速度快。

　　③ GPS基準站的建立

　　采用RTK進行定位時,基準站的建立是至關重要的。因此,基準站應設在視野開闊的控制點(任意點)上,視場內障礙物不應高于10°以上。以及周圍強磁場或電信號干擾。測站應遠離高壓線、變電站、無線電信號發射設備,并且周圍防止有對電磁波有強列反射的物體。GPS仰角設置不應小于10°。

　　GPS基準站的數據鏈電臺天線應盡量架設在高處。同時作業前應根據場地情況對無線電天線的架設高度進行簡單計算,其天線高度一般可按6式計算。 D=4.24{(h1)1/2+(h2)1/2} (6)

　　式中:h1、h2分別為基準站和流動站電臺的天線高,單位為米。

　　D為數據鏈的覆蓋范圍半徑,單位為公里。

　　以上計算結果是在海上測站周圍無任何遮擋的前提下,實際作業中應進行實地測試。

　　3 水上高程控制測量

　　海上測量中高程是非常重要的,港口部門一般都采用深度基準面,深度基準面與大地水準面兩者既有聯系又有區別。海底的高程是通過觀測瞬時水位高程減去海水深度求得。

　　3.1 水位站的建立

　　沿海水位站一般分為長期、短期和臨時三種。對于海上工程測量的水位站可采用臨時水位站,水位站的布設應能充分反

　　映測區的水位變化,無沙洲、淺灘阻隔,無壅水、回流現象,不直接受風浪、急流沖擊影響,不易被船只碰撞,同時能安裝水尺或自動水位計并便于水位觀測和水準測量。水尺設置應能控制海水變化,要高于高潮位,低于低潮位,同時還要設立校核水尺。水位的 高程零點應采用圖根水準測量求得。

　　3.2 水位觀測

　　施工中應經常校核水尺零點,水尺傾斜時應立即糾正并校核零點高程。水位觀測應設專人,可采用隨時播報或定時播報的形式,水位讀數應取波峰、波谷讀數的中數,水尺應讀至cm。當采用定時播報時,應每10～30min觀測一次,必要時應10min一次,觀測計時器計時誤差應小于1min。

　　4 結語

　　通過幾年來水上工程檢驗,隨著測繪儀器的進步和發展。海上定位均采用GPSRTK技術進行平面和高程測量。但對于控制點距測區較遠(大于10Km時)高程部分還應采用水位觀測法,否則高程精度很難保證。

　　參考文獻：

　　[1] 李德仁等.信息化測繪體系的定位與框架[J].武漢大學學報(信息科學版)，2007

　　[2] 王丹.工程測量的發展與需求[J].測繪通報，2007

　　[3] 翟國君，黃謨濤. 我國海洋測繪發展歷程[J]. 海洋測繪，2009，