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摘要:过江隧道测图包括1∶500陆上地形测量和隧道穿越的水下地形测量。陆上地形测量采用gpsrtk或全站仪全野外数据采集，水下地形测量采用GPSRTK配合测深仪进行全野外数据采集。本文以珠海市十字门过江隧道工程为背景，介绍了过江隧道1∶500地形图成图方法，特别是水下地形测量的方法和应用，建立了完整的技术流程，得到符合精度要求的十字门过江隧道测绘成果数据，可为GPSRTK配合测深仪的无人船在水下地形地貌测绘、航道测量、水下地质勘探等领域应用提供理论和实践参考。
关键词:GPSRTK;无人船;过江隧道;水下地形测绘
0引言
随着经济社会的发展，过江隧道建设越来越普遍。目前，过江隧道一般有3种施工方法:钻爆法、沉管法和盾构法。而在过江隧道施工之前，需要取得符合设计要求的测量成果，包括1∶500陆上地形测量和隧道穿越的水下地形测量。陆上地形测量采用GPSRTK或全站仪全野外数据采集，隧道穿越的水下地形测量采用水位减水深的传统测量方法或GPS－RTK减水深这一简易水下地形测量方法。水下地形测量最常用的就是GPSRTK配合测深仪进行全野外数据采集，实现自动导航，按航行等距离采集三维坐标数据，内业处理采用CASS7．0成图软件进行编辑成图，文件格式保存为“DWG”格式。本文以珠海市十字门过江隧道工程为背景，介绍了过江隧道1∶500地形图成图方法，特别是水下地形测量的方法和应用，建立了完整的技术流程，得到了符合精度要求的测绘成果数据。
1过江隧道测图的内容
过江隧道测图包括E级GPS控制点的布设和测量、图根控制测量、线路测量、纵横断面测量、1∶500陆上地形测量和水下地形测量。在用GPSRTK进行水下地形测量时，可参照作业期间的GPS广播星历预报资料，以制订详细的GPS作业计划。使用无人船搭载测深仪、定位系统和采集软件进行测量具有方便、效率高、安全性能高等特点，测深仪换能器的安装如图1所示，无人船一体化调查系统组成如图2所示。
2基于GPSRTK的过江隧道测量
2．1项目背景。十字门隧道工程项目位于珠海市香洲区，北接南湾大道、会展四路，穿越马骝洲水道后接容粤路道。由于南湾大道至会展四路地下城轨正在施工，马骝洲水道浪大船多，给测量工作的开展带来一定的困难。为及时了解盾构推进过程中江底的变化情况，确保安全穿越，需对过江隧道进行水下地形测量。2．2E级GPS点的布设和测量均匀布设满足本工程所需的E级GPS控制网，共布设新点9个，与测区附近上述已知GPS点组成本测区基本平面控制网，并进行基线解算、纠偏、三维无约束平差、精度评定和二维约束平差。
2．3基本高程控制测量。水准测量采用中丝读数法，直读距离，观测顺序为后—后—前—前。四等水准测量观测以及各项技术要求执行《国家三、四等水准测量规范》，精度符合规范要求。
2．4图根控制测量。在E级GPS点的基础上，采用GPS－RTK直接进行图根控制点测量。图根点的密度以满足测图需要为原则，一整幅图在平坦开阔地区一般要有2—3个图根点。
3十字门隧道1∶500地形图测绘
3．1陆上地形测绘。陆地上地形测量数据采集利用全站仪按极坐标法进行观测，将测点的坐标及属性存贮在全站仪内存中，或利用动态RTK直接进行测量，把数据存在手簿中。测点属性依据数字测图中地形图分层分色表编制的外业代码表进行输入，并在测站上绘制草图，将测点的连接关系、主要的地形、地貌表示清楚。内业采用数字测图数据处理软件将外业所采集的测点调入CASS软件中进行内业编辑，然后根据草图编辑未测绘完整的地物，相应的地物表示为相应的线型和对应的层色。
3．2水下地形测量。3．2．1测前准备工作。1)主测深线的布设作业前，根据测区作业范围，先在CAD绘图软件上进行测深线布设，测深线则垂直于海岸线方向进行布设。测深线间隔距为图上15—20mm，然后把测深线导入测深仪导航软件内，进行水下地形测量。2)解转换参数在开始观测前先对已知控制点进行点校正，以求出WGS－84坐标系转换到当地坐标系的转换参数。校正时采样GPSE级控制点，校正点分布于测区周围。3)作业计划的制定水下地形测量有别于地面测量，作业前和作业过程中收集有关测区的天气和海面风浪预报资料，并进行GPS星历预报，选择气象条件较好的天气和GPS卫星信号较好的时段进行观测，制订科学、合理的作业计划。3．2．2外业数据采集。1)GPS基准站、流动站设置及RTK测量精度的校正GPS基准站(岸台)位置我们选在河堤的中间进行架设，要求视野开阔，避开强磁或点信号的干扰;避开对电磁波有强烈反射影响的物体。GPS流动站设在船台上，测深仪主机通过连接线与GPS接收机及天线相连，在测深仪测量软件中，正确输入当地WGS84坐标系与所采用当地坐标系的转换参数。GPS接收机天线与测深仪换能器固定安装在同一垂线上，并保持垂直。这样GPS天线与测深仪换能器的平面、垂直距离为一固定值，有效地解决了由于负载、航速、航向、水流、风力等影响而造成的测量船吃水变化带来的误差。为保证GPSRTK测量精度，每天作业前，利用已求得的测区4参数，测量2—3个已知控制点，当测量平面和高程误差均小于5cm时，方可进行作业。2)测深仪的安装与测深改正换能器安装部位选择在距测量船船首的1/3—1/2船长处，换能器放入水中的深度在连接杆长度允许的深度前提下，尽可能放的深一些，大致在0．5—1．2m范围内。使用回声测深仪测深时，对测深仪进行测量深度校准，测区范围内水深为0—15m，因此，采用校对法校准，校准时水深均大于5m，深度校准限差应小于等于±0．05m。测区内水深均小于20m，声速对测深精度影响不大。3)水下地形测量数据采集上述准备工作和仪器校正工作完成后，测深仪主机放在驾驶仓中，通过数据线与转换器相连，利用测深仪随机海洋测量软件，把GPS接到测深仪后面的串口(COM1或COM2)后，正确设置好换能器吃水深度、GPS天线中心到水面距离、声速等各类参数，进行水上测量作业，测深861测绘与空间地理信息2021年软件获取水深值由测量软件直接调用，水深和定位达到了同步。测深期间船速、航向变化或船体明显倾斜时，进行动态吃水变化的测量。3．2．3数据后处理1)动态吃水和测深仪改正准备建立动态吃水改正数和测深仪改正数表深度必须要覆盖测区的最大和最小水深，速度表必须要覆盖测量时的最大10节/s和3节/s。2)原始采集水深取样执行“水深采集取样”模块，出现水深编辑图，打开原始水深文件，根据测量实际情况对原始数据进行编辑，以进行各类改正并删除粗差。3)数据综合改正输出运行“数据综合改正输出”模块，根据需要选择数据格式，经处理生成的文件进行改正输出，选择好格式和类型，生成可供CASS成图软件编辑的数据格式。4)水下地形图编辑采用CASS7．0成图软件编辑成图，绘制等深线，生成标准分幅图。十字门隧道1∶500地形图示意图如图3所示。
4结束语
采用GPSRTK配合测深仪的无人船进行过江隧道水下地形测绘，能够在较短的时间内测量水下地形，并绘制等深线，生成标准分幅图，提高了水下监测的效率，减少人员安全隐患［8－9］。本文以珠海市十字门过江隧道工程为背景，介绍了过江隧道1∶500地形图成图方法，特别是水下地形测量的方法和应用，建立了完整的技术流程，得到符合精度要求的十字门过江隧道测绘成果数据，可为GPSRTK配合测深仪的无人船在水下地形地貌测绘、航道测量、水下地质勘探等领域应用提供理论和实践参考。
作者:李盈洲 陈丽佳 单位:广东地下管网工程勘测公司