航道测量初探

来源：职称驿站所属分类：软件开发论文发布时间：2012-08-28 09:57:31浏览：次

　　摘要：航道是重要的基础性水运资源，水运以低能耗、高运量而成为当今节能减排的排头兵，随着经济社会的发展，水运作为一种战略性资源对发展交通运输和江河流域经济更有着极为重要的作用。本文结合某航段的测量情况，对航道测量中的测量重点、断面布置、流速流向及水位观测要点进行分析，寻找适宜的测量方法，探讨航道测量组织管理和质量控制经验，以便为航道测量提供建设性参考。
　　关键词：航道测量；质量控制
　　中图分类号：U675.4文献标识码：A文章编号：
　　0前言由于各地的地貌条件、地质条件、降水条件不同，河流也都各具特点。在复杂的自然条件下，航道测量的难度加大，测量仪器的精度容易受到影响。因此我们必须采取科学有效的航道测量与施工管理技术，有效解决航道测量中出现的各种问题，实现航道测量的快速高效，不断发挥测量在航道维护中的重要作用。
　　1航道测量的主要内容
　　航道测量在航道维护和管理中发挥着重要作用，因不同的目的而有不同的工作内容。航道测量与一般的测量有共性又不同于一般的测量。从测量内容看，共性在于两者均包含了一般的地形、地貌测量，均有陆地部分的测绘，不同点在于航道测量还包括了水深测量、水下地形、地貌的测量。在航道测图中，航道图又分为长河段航道图、浅滩河段航道图、工程测量图三种，长河段航道图是某一河段全航线连续的航道图，它反映全部河床范围的地形、地物、水深和岸上一定范围的地物标志，反映水下障碍物和岸上与航行或水道变化有关的地物，以及港区水域、陆域的设施，助航设施等，为船舶驾驶人员提供航道的礁石等障碍物的位置及高度，作为航行、航道规划、航运管理的参考图籍资料，或者经过制图综合后，可以编绘成相应长河段航行参考图。浅滩河段航道图是一个水道或与邻水道的测图，为浅滩（滩险）段的测图，供分析河段或浅滩（滩险）航道演变发展的趋势，以及为航道工程设计、施工提供资料、图籍，需详细测绘河段的水下地形、礁石及障碍物的高程及两岸地形、地物。工程测量图又称为施工测量，用于工程设计，计算工程量和施工定位放线，施工前后的碎部测量。
　　2航道测量的精度要求
　　测量的作用决定测量的精度。从测量的作用看，航道测量对于合理组织航道维护、航道疏浚、质量控制、航道淤积分析等具有重要作用，同时为编制航道施工组织设计、航道维护和疏浚工程量计算、竣工验收以及竣后船舶通航提供依据。航道测量主要通过陆上地形测量和水深测量获取图形，其精度因地形地物不同而有所差别：
　　（一）陆上地形测量
　　根据航道工程和维护管理对地形图的要求，对图上的地物点和地形点的平面和高程的精度规定如下：
　　1、重要地物点对于邻近图根点的点位中误差为图上±0.6mm，高程中误差±0.1m。
　　2、重点地区的点位中误差为图上±0.8mm，高程中误差为±0.2m。
　　3、一般地区的点位中误差为图上±1.0mm，高程中误差为±0.2m～±0.4m。
　　（二）水深测量
　　水深测量因受水流、风力、船艇摆动等因素的影响，所以水深点的点位中误差图上±1.5mm，其深度的误差系根据水的深度而异，小于5米水深的水深中误差为±0.1m～0.2m，大于５米水深的深度中误差为±0.2m～±1/50水深。由此可见水道地形图的陆上与水下的测量精度是不一致的，此种情况是由于陆上与水下的测量手段和自然条件不同所致，但是航道测量发展较快，测图精度也有提高。
　　3测量工作开展
　　航道测量工作一般按照以下程序开展：
　　1、收集资料、进行现场踏勘；
　　2、编制测量技术设计书或测量计划；
　　3、平面控制测量；
　　4、高程控制及水位控制；
　　5、水深及航道地形测量。
　　6、地形检查。在施工中为检查进度，施工质量及指导下一步施工提供检测图纸。
　　7、竣工水深或吹填区地形测量。为竣工验收、工程决算或船舶航行提供竣工图。
　　8、资料整理、归档、编写技术报告。为质量考核、办理竣工验收提供必要的资料。
　　4应用实例
　　以某电站航道测量任务为例。该项目拟对电站170Km范围航道及岸顶线外50米进行工程测量，本测量段由于位于某枢纽库区，水深较大，大部分河段航道水深超过设计水深5.0米（设计水位58.62米、三升米洲以上滩段除外）其中部分水深62米，为全测区最深位置,部分滩段航道水深超过设计水深2.3米满足航行要求；本项目具体测量内容为：全河段地形测量为水边至岸顶外50m地形按1：1000观测、全河段水深按1：1000观测，平面为一级导线、高程按四等水准观测；全程水文观测，流量断面三条。具体测量实施如下：
　　（一）测量用工：
　　技术人员5人，普通职工4人、民工16人。
　　（二）测量依据、执行标准
　　1、中华人民共和国行业标准《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）；
　　2、中华人民共和国国家标准《工程测量规范》（GB50026-93）。
　　3、中华人民共和国国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）。
　　4、本项目具体的技术要求及标准。
　　（三）测量使用的仪器及软件
　　项目数量型号备注
　　GPS 4套中海达其中2套为RTK、1套为RTD、1套为静态
　　测深仪 1套 SDH-13D
　　测深仪 1套 HD17
　　全站仪 1套尼康
　　全站仪 1套 GTS-602
　　S3水准仪 2套
　　手提电脑 2台 R60e
　　台式电脑 2台
　　对讲机 10台
　　测量软件 2套中海达4.3版
　　成图软件 3套  其中2套为中海达、1套为南方CASS6.1
　　静态数据处理系统 1套 HDS2003
　　（四）施测时间：
　　本次测量时间为：2006年10月28日开始至2007年7月20日完成全部外业及补测工作，其中误工时间68天，实际工作时间228天。
　　（五）工程的实施：
　　1、平面控制
　　平面控制统一采用北京54坐标系，高斯投影3°带投影，投影中央子午线为108°、观测采用南方仪器公司NGS200静态GPS定位系统，拓普康GTS602全站仪观测；根据里程将测区分11段每段10～20Km，首尾两组控制用南方仪器公司NGS200静态GPS与国家高等级点联测作为该段闭合控制，中间段用拓普康GTS602全站仪按一级导线往返观测完成整个测区控制。
　　a)选点、埋设:
　　选点、埋设分两个小组同步在沿江两岸进行，点与点之间通视良好，大部分选设在岸顶、岸上挡土墙顶、水泵房顶、岸边小山顶等土质坚固，便于永久保留的、方便查找的地方，且能满足水陆域地形测图的需要。布置位置高程高于设计水位3m以上。控制点埋设牢固、耐用，凿刻控制点规格为15cm边长的等边三角形，其它埋设点为现浇混凝土控制点标石，标石规格按《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）附录B“控制点标石、标石规格及埋设图”，混凝土标石面宽40*40cm,字体采用宋体，标注序号从南宁开始按“HD001”至西津坝“HD170”编号；中间遇有旧点名，则利用原名，重新测量。
　　b)观测：
　　根据测量里程、测量技术要求、1：50000地形图上国家控制点的分布，将本测区划分HD002、HD003，J8、J9，J21、J22，HD036、HD037，HD53、HD54，HD66、HD67，HD88、HD89，HD110、HD110-1，HD124、HD125，HD136、HD137，HD152、HD153,HD169、HD170共计11段，每段10～20Km不等，用南方仪器公司NGS200型静态GPS与国家点联测闭合作为该测区首级控制，以上国家控制点保存完好，无损坏、塌陷现象，为确保观测质量，首级控制每点在观测时都保证了GPS观测时间2个小时以上，基站国家控制点大都观测条件很好，中间各点用拓普康GTS602全站仪按一级导线往返观测完成整个测区控制，各级导线测量的主要技术要求符合下表的规定。
　　水平角观测符合下表要求
　　等级仪器类型读数取位（″）半测回归零差
　　（″）一测回2c互差（″）同一方向归零后测回互差（″）
　　一级及以下 DJ2 1 12 18 12
　　注：①表中2c为2倍照准误差；
　　②当观测方向的垂直角大于3°时，该方向2c互差可按相邻测回进行比较
　　边长观测符合下表要求
　　等级测距仪等级测回数一测回读数较差（mm）单程测回间较差（mm）往返较差
　　（mm）
　　一级 Ⅰ 2 5 15 2mD
　　二级 Ⅰ 1 10 15
　　图根 Ⅰ 1 20 30
　　注：1）MD为测距中误差（mm）；
　　2）一测回是指测距仪照准反射镜一次，读数2次。
　　3）测边全程观测采用往返观测。
　　4）一级点的边长观测时同时测定测站处的温度和气压，对边长做改正。
　　导线布设成符合导线形式，相同等级导线的边长均匀，同一测站各方向边长之比不小于1:3。
　　c)计算：
　　本测量数据处理采用南方公司NGS-200数据后处理系统，首级控制点为四等点；由于各点观测时间较长,在用南方公司NGS-200数据后处理系统处理数据时全部通过,没有使用人工删除数据或数据段；其计算相关参数为：
　　基线最弱边相对中误差
　　起点终点 dx 中误差(m) dy 中误差(m) 平距(m) 方位角中误差(m) 相对误差
　　HD053 HD066 3154.98 0.021 8007.163 0.032 8606.366 68.2941 0.038 1:226500
　　序号点名 x y 中误差(m) 误差椭圆
　　  中误差(m) 中误差(m)  E(m) F(m) ET(D:M:S)
　　1 HD053 2526814.179 36574893.597 0.036 0.030 0.021 22:10:50
　　  0.028 0.023
　　2 HD066 2529969.159 36582900.76 0.039 0.031 0.023 60:02:32
　　  0.025 0.029
　　最弱点平面中误差
　　导线的平差计算采用简易平差与严密平差相结合的方法，第一、第二段导线按简易平差，其与各段采用南方平差软件严密平差，观测精度如下：
　　测角中误差：2.31″
　　导线边测距最大相对误差：1/65736
　　最弱点中误差：2.4cm
　　2、高程控制
　　高程控制点在原有一、二级导线点上观测，不再另行埋设，根据导线点穿越沿河西郁点布设情况，用WILD-NAK0型自动安平水准仪将西郁点（三等水准点）引测到最近的导线点上闭合，导线点与点之间高程测量采用拓普康GTS602全站仪按三角高程附合路线施测，高程采用1956黄海高程系。
　　三角高程测量符合下表主要技术要求
　　等级经纬仪类型垂直角测回数指标差互差（″）垂直角互差（″）对向观测高差互差（mm）附合或环形闭合差（mm）
　　四等 DJ2 3 8 8 ±40√D ±20√[D]
　　图根 DJ2 2 15 15 ±60√D ±40√[D]
　　注：①表中D为高程传递边的水平距离（km）
　　本测量段共联测共计15个西郁点，各西郁点保存完好，无缺边角缺圆头现象，附合线上各点都能很好闭合，符合《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）要求。水准网平差按严密平差法平差，水准线路最大闭合差为0.089米。
　　3、地形测量
　　1:1000地形测量范围为沿河两岸水边线至大岸顶外50米；测量分二组每组6人，采用尼康N352、拓普康GTS-602全站仪按极坐标法对向施测，采用人工跑镜；按水边、岸顶、岸顶外10、30、50米五条线同时推进并按实际加密，并现场勾绘地貌，如遇冲沟、密林、山坡等测站看不见的地方则引点补测，测量点陆上点距不大于15米、水面线点距不大于20m；测图边线外50米的特征建筑物和村庄示意范围，并询问当地习惯称呼标注名称，沿河冲沟无论大小匀勾绘出形状，标注名称；各类取水口、码头、渡口、航标灯塔、航标灯、航道站、船务公司、船厂、养殖场匀按实地勾绘并标注名称；跨河大桥测定桥墩位置并标注通航孔，跨河电线、电缆、高压线等跨河建筑物测定过河最低标高，浅滩边、浅水部分、独立点、零星礁石用人工趟水施测，重要的水工构筑物、地貌特征成图后须到现场比对，使之与图上完全一致。
　　4、水深测量
　　1:1000水深测量采用中海达8900GPS（RTK）、5800GPS（RTK）接收机及配套的数字化测深仪无锡SDH-13D型测深仪或HD17型测深仪，导航使用中海达4.3版GPS导航，基准站设于各已知控制上,GPS接收仪与测深仪换能器连接在同一根金属杆上并固定在测量船上，两仪中心位于同一点,定位中心与测深中心一致，不进行归心改正。
　　测深在风浪较小的情况下进行,风力小于5级，且偏北风风力小于3级，视线良好。
　　将测深仪换能器固定在离船头1/3~1/2的地方，将GPS天线固定在换能器的测深杆上，将所有测量设备连接上并通电，检查设备一切正常。
　　接收天线的设置能满足下列要求：
　　⑴船台天线牢固可靠，并安置在船上较高处，并与金属物体绝缘；
　　⑵在船台天线下适当位置设置必要的反射信号屏蔽装置；
　　GPS定位仪满足下列要求：
　　1）卫星仰角不小于10度；
　　2）锁定的卫星不少于4颗；
　　3）卫星分布象限不小于2个；
　　4）集合图形强度因子（PDOP）不大于8。
　　测深仪满足下列要求：
　　a)稳定，水深显示正常；
　　b)仪器各部件工作正常；
　　c)工作电压与额定电压之差不能超过额定电压的10%。
　　当确定所有仪器都工作正常后，实测前再用测深板检测，与测深仪实测得的水深进行对比，调节测深仪声速使两者测得的深度保持一致，测量过程中掉头时应减速以减少测深船的倾斜，经常检查仪器的状态，确保所有仪器工作正常，如电压低于规定值时应停止测量或更换电池。当出现下列情况时进行补测：
　　⑴测深仪记录纸上的回波信号中断或模糊不清，且在纸上超过3mm；
　　⑵测深仪零信号不正常、无法量取水深；
　　⑶连续漏测2个以上定位点或断面的起、终点及转折点未定位；
　　⑷DGPS定位，卫星数少于3颗，连续发生信号异常；
　　⑸GPS精度自评不合格的时段；
　　⑹测深点号与定位点号不符，且无法纠正。
　　为保证测深质量，结束后再对测深仪测深精度进行复检，所得测深精度须小于10cm，从而保证测深的正确性。水位按要求设立水尺观测，滩上及重点部位水位严格按要求进行同步观测，改正采用时间内插法进行水深、高程改正。
　　5、水文观测
　　水文观测，将测段分为6段，各段一名技术员负责，按3Km/点提前3天打好水尺并测出桩顶高程，统一制好表格在附近找人看守观测，滩段适当加密，全程布置好后开始进行流量观测，并通知水尺看守自8:00钟开始每人一桩用钢圈尺30~60分钟读数一次观测记录，到17：00钟结束以确保水位流量观测同步；流量断面基本按头、中、尾划分三个测流断面同时测量，
　　各流量流量观测值分别为：
　　项目流量（m/s）备注
　　第一条 630.6325
　　第二条 523.394
　　第三条 1816.158
　　该流量观测结果不符合规范要求，经检查，各测段观测数据及仪器都没有问题，认为产生偏差的原因在于：由于各断面间距离相距太远有80km；路途遥远加之上游水利枢纽发电需要而进行人为的流量调节，且测区段水流速度缓慢，按水流速度均值0.15m/s计，水流从测区头进入，20天后才从测区未流出，在20天就算天然河流也有太多我们不可预见的事发生，固我们认为流量测量只能是短距离内该水位下的流量，180km段的流量测量结果只作参考用，无可比性。
　　（六）绘图
　　地形成图采用南方CASS6.1成图系统自动输入数据勾绘成图，水深内业处理采用中海达4.3版成图软件进行水深改正成图，然后转换成CAD图与地形图合并，用南方CASS6.1成图系统对图形进行整理、修饰出图。地形图分幅主要按80×90cm进行共计180幅，部分转弯河段及乡镇需加宽按80×130cm进行共计4幅，总计184幅；比例为：1：1000。水文图2幅,比例为：1：40000。各图面整洁、美观，图示符号严格按《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）要求标注。
　　（七）结论
　　1、控制点的埋设应遵循以下原则：尽量靠近岸边灯塔。由于测量规范对一级导线距离的限制，有少部分控制点只能埋设在特征不明显的岸顶、山腰，容易增加今后使用时找点的困难。
　　2、因测区河段挖砂船较多，本次测量只总体反映测段航道及河道水深状况，涉及局部的整治及项目施工，建议重新测量。
　　参考文献：
　　[1]交通部上海航道局.疏浚工程手册
　　[2]陈惠欣.水下工程