第19卷 第7期 中 国 水 运（下半月） Vol.19 No.7 2019年 7月 China Water Transport July 2019 航道整治工程测绘新技术的应用、预测 张晓柠，陆雨晨，张 润 （长江航道规划设计研究院，湖北 武汉 430040） 摘 要：近年来国家投资建设了大量的航道整治工程，测绘工作作为航道整治工程实施的基础极其重要。把最新的技术运用到航道整治工程测绘工作不仅能提高工作效率，还能保证测绘成果的精度质量，也是未来航道整治工程测绘发展的趋势。本文总结了目前应用到航道整治工程测绘各方面的新技术，并分析了各种新技术的优势和不足，并对航道整治工程测绘技术未来的发展做出了预测。 关键词：航道整治；测绘新技术；无人化；高效 中图分类号：U617 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）07-0147-03 一、前言 近年来国家大力发展长江经济带战略，为充分发挥水路运输运量大成本低的优势，提升长江黄金水道的功能，加快构建综合立体交通走廊，国家投资建设了大量的航道整治工程。为了因地制宜的设计实施航道整治工程，使航道整治的效果更加显著，需在航道整治工程实施的前期对工程现场进行工程测绘，测绘成果的准确可靠性直接影响了整治工程的质量以及实施后的效果。随着各行各业科学技术的发展，把最新的技术运用到航道整治工程测绘工作不仅能提高工作效率，还能保证测绘成果的精度质量，也是未来航道整治工程测绘工作的发展趋势。 二、航道整治工程测绘工作特点 航道整治工程沿江建设测区成细长型，且水域测量面积占比较大，受江河水位变化影响，不同时间段测量地区的环境变化较大，存在众多水陆交替变化区域，测量船舶航行存在很大安全隐患，沿江陆域洲滩密布、沼泽丛生、植被茂密、地形复杂、毒虫毒蛇较多、部分地区处于血吸虫疫区，同时由于已建整治建筑物影响，部分整治建筑物附近水流湍急，水文条件复杂，使测绘工作的难度提升。 三、航道整治工程测绘技术现状 随着全球定位系统的发展，航道整治工程测绘技术较初期已有很大的改善，陆域地形测量多基于GPS与RTK差分技术进行动态三维定位；水域地形测量主要通过单波束测深仪搭载GPS定位对测区水域进行扫测；水文测验主要使用底跟踪式ADCP测流，配以人工水位观测和取水样实施，相比于初期的利用经纬仪水准仪进行测量工作效率和精度已经提高不少，但依然存在很多可以改进地方和很大的提升空间。 四、投入到航道整治工程测绘新技术 1．陆域地形测量新技术 最近投入到航道整治工程陆域地形测量的新技术主要有无人机测量和三维激光扫描，各种技术都有自身的优势与不足。 收稿日期：2018-11-20 作者简介：张晓柠（1991-），男，长江航道规划设计研究院。 （1）无人机测量 无人机测量是通过GPS定位技术配合无人机配置的高清摄像头，通过对地面正射影像的采集分析处理得到测区地形的整体坐标高程信息。无人机测量快速化、智能化、可视化的优势能够较好的满足航道整治工程测绘工作要求提交成果时间短的需求，目前无人机测量已经运用到航道整治工程一些小比例尺测绘工作当中，极大的提高了测绘工作的效率，也使测绘成果更加生动直观，当然无人机测量技术目前还尚未完善，无人机测量在大比例尺测量、复杂地形的测量方面还存在一些不足，如高程精度较低、受水面影响比较大等。例如受技术水平（飞机的飞行高度、光学设备的分辨率）的限制。 图4-1航道整治工程测绘无人机测量应用 图1 无人机测量绘图 （2）三维激光扫描 三维激光扫描测量技术原理是利用激光进行扫描测距，对扫描所得到的点云数据信息反复进行采集和分析处理，来获得测量范围内的纹理信息和三维坐标，三维激光扫测测量技术可以快速细致无接触精确的得到测量区域的三维坐标，同时可以准确的构筑出扫测区域的三维模型，为设计施工、工程土方计算等工作提供便利，目前在航道整治工程大比例整治建筑物精确测量已经有所应用，测量成果对于精细化设计及施工帮助显著，其缺点主要是我国该测量技术还处于发展中阶段，相关技术主要依赖于进口，使测绘工作成本提高，该技术目前不适用于小比例尺大范围测量，同时植被覆盖对 148 中 国 水 运 第19卷 测量成果的精度影响较大。 图2 航道整治工程测绘三维激光扫描应用 2．水域地形测量新技术 （1）多波束扫测 多波束扫测技术采用广角度发射和多信道定向接受，从而获得水下高密度条幅式地形数据[1]，多波束扫测彻底刷新了传统测深技术的基本概念，突破了传统单波束测深技术的局限，大大提高了水下地形勘测的精度、分辨率和工作效[2]。对于重点航道整治区域使用多波束扫测可以高效得到详细准确的水下地形，为设计施工提供详尽可靠的基础数据，使设计工作与实际情况贴合程度更高。不足是便携式多波束扫测设备安装调试工作比较繁琐，固定式多波束需要绑定大型测量船舶一起使用，对于扫测区域的水深条件要求较高，在浅水区使用比较困难。 图3 航道整治工程测绘多波束扫测应用 （2）侧扫声呐 侧扫声呐是通过向侧方发射声波来探知水体、水下声学结构和介质性质的仪器设备，通过走航时向两侧发射扇形波束声脉冲，侧扫声呐可以探测水下地貌和水下物体情况，目前已经用于船舶航行安全探测，航道整治建筑物水下成像探测。利用高频率的侧扫声呐图像记录可以判读出泥、沙、岩石等不同底质，对于航道整治工程的前期水下地质调查有很大帮助。存在不足主要是侧扫声呐作为定性成像的技术手段成果清晰直观，但是无法获取探测部位的准确坐标无法对水下地形情况做出定量的判断。 （3）无人测量船 无人测量船是以水域为对象，基于水上机器人无人驾驶遥控船为载体，集成控制系统、推进系统、无线通讯系统、定位导航系统、测深系统等，可以快速、高效获取高精度的水下地形数据[3]。由于传统航道整治工程的水下地形测量主要使用大型船舶搭载单波束测深仪实施，由于船舶吃水原因，这种作业模式在近岸、浅滩、岛礁及一些危险区域存在测量盲区，在这些区域测量作业困难，效率偏低且精度不高[4]。无人测量船体积小，重量轻，吃水浅，便于运输等特点很好的解决了浅水区域地形测量的问题。目前无人测量船还无法完全取代传统测量方式，无人测量船还存在动力续航能力不足，主动避让船舶功能还不完善，无人测量船舶航行还无法实现完全智能化。 图4 航道整治工程测绘无人测量船应用 （4）水下地形测量辅助技术 姿态补偿技术，在航道整治工程测量中，由于航运繁忙，为了消除来往航行船只引起的航行波对测量的干扰，以及测船航行本身产生的摇晃，采用姿态补偿仪可以消除测量船舶姿态改变而造成的对测深的影响。通过声速剖面仪测试测区每天的水温声速信息，对测深仪预设波速进行修正，提高水下地形测量精度。 3．水文测验新技术 （1）声学多普勒流速剖面仪（ADCP） 水文测验的流速流向采用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）施测，利用声学多普勒效应原理来进行流速测量。ADCP在走航过程中连续向水体及河底发射声脉冲，测出船相对于水流及河床的速度，两者矢量差即为水流相对于大地的速度。ADCP分层测量流速流向的方式大大提高了数据的准确度，同时ADCP属于遥感型设备，探测范围广且不存在活动部件给航道整治工程的水域流速流向测验提供了极大的便利，同时ADCP也适用流速流向的定点长期监测。目前航道整治工程测量中ADCP的应用已经由仅利用本身的底跟踪模式，到现在的加入DGPS、测深仪、及电罗经集成的模式，解决了洪水期高含沙量水流、河底推移质运动和磁罗盘受铁船干扰的问题。从而提高流速流向测验的精度。存在不足是测验区域边缘、顶层、底层存在盲区对测验精度存在影响。 图5 声学多普勒流速剖面仪（ADCP）应用 （2）自计水位计验潮仪 自计水位计验潮仪按照原理可分为浮子式、压力式、声学式等，航道整治工程水位测验中常用的为压力式，其具有携带安装方便续航存储时间长等特点，可以为研究潮汐河段航道整治工程水域的水位变化提供连续不间断的真实可靠的水位数据，大大节约了人力成本，同时所得到的水位数据更加详细精确，为合理的设计和施工提供了全面的数据支撑，还有待完善的地方是现在航道整治工程水位观测中常用的压力式验潮仪还无法实时监测设备的采集状态，无法确定验潮 第7期 张晓柠等：航道整治工程测绘新技术的应用、预测 149 仪是否正常工作，只有采集结束取出时才能看到数据采集的情况和结果。 五、航道整治工程测绘新技术预测 现如今，国内航道整治工程的测绘技术在不断发展着，其中测绘信息处理技术以及测绘过程中所要用到的设备已有了一定的进步，并且测绘中涉及的各个方面也开始更为系统完整。 陆域测量方面，随着无人机测量技术的不断成熟发展，无人机的测量续航能力和适应复杂自然环境能力不断增强，无人机测量精度的不断提高，无人机在航道整治工程测量中有望大规模使用，将逐步替代人工跑测的方式，大大提高测绘效率，解放生产力。 水域测量方面，随着无人测量船的技术的进一步实践发展，无人测量船会克服目前出现的各种问题，设计的各种船形可以适应不同水域条件，无人测量船搭载各种先进的水域测量设备，可以实现对水下地形、流速流向以及水中泥沙浓度的高效探测，使得水域测量更加高效智能精确，同时也降低了安全隐患。 数据后处理方面，随着处理技术的发展和软件技术运算处理速度的提升，未来测绘成果的展现将更加清晰精确直观详实，可以提供便捷查询使用的功能，成果的形式也更加多 元化，为航道整治工程设计施工提供便利。 六、结束语 就上述可知，现代先进的科学技术将有助于航道整治工程测绘技术的进步，而不断发展壮大的信息化、网络化时代也成为了我国航道整治工程测绘发展的垫脚石，也为它带来了更好的发展前景。为此，国内也需要不断接收新的技术手段，将其有机地与航道整治工程测绘相结合，以提高航道整治工程测绘的质量，为航道整治工程的建设提供更好的保障，在将来，航道整治工程测绘也会有更好的发展。 参考文献 [1] 李荣胜.浅谈FANSWEEP20型多波束测深仪的原理及其参数设置[A].江苏省测绘学会.江苏省测绘学会2009年学术年会论文集[C].江苏省测绘学会：江苏省测绘学会，2009：5. [2] 任永涛.影响多波束测深精度因素及提高方法研究[J].科技创新导报，2009，（09）：43. [3] 袁建飞.无人测量船在水下地形测量中的应用研究[J].北京测绘，2017，（04）：69-72. [4] 李树明，胡锦荣，叶飞等.新型水域测量机器人在航道测量中的应用[J].科技创业月刊，2016，29（13）：127-129. （上接第142页） 后续完成码头2结构段栏杆基础（240m）工作后我们对实施对策后的施工质量进行调查。 表8 实施对策后检查情况表 序号 1 2 3 4 5 检查部位 栏杆基础2结构段 栏杆基础2结构段 栏杆基础2结构段 栏杆基础2结构段 合计 测点数 80 80 80 80 320 合格点 75 76 74 74 299 不合格点 测点合格率（%） 5 4 6 6 21 93.7% 95% 92.5% 92.5% 93.4% 平均 避免了预埋栏杆铁板不平、排水口标高高低不平等一系列问题。本工程采用新工艺共计浇筑栏杆基础6个结构段（其中包含1个为过渡段，长度为68m），总计节省58,872.4元。 七、结语 本次QC小组活动，在有效提高栏杆基础观感质量的同时，取得了良好的经济和社会效益，并参加2015年QC小组评比，该课题荣获2015年天津市优秀管理小组及小组成果发表金奖。 结论：通过QC小组的活动，栏杆基础观感质量合格率由原来的80.3%提高到93.4%，达到并超过目标。 本次检查中共发现不合格点21个，并对数据进行分析、整理，调查情况如下。 表9 完善栏杆基础观感质量调查表 序号 1 2 3 4 5 项目 相邻件错台 与混凝土表面错台 泄水孔标高 预埋铁板固定 其他 合计 频数（点） 5 3 3 2 1 14 频率（%） 35.7% 21.4% 21.4% 14.3% 7.2% —— 累计百分比（%） 35.7% 57.1% 78.5% 92.8% 100% —— 图10 荣誉证书 参考文献 [1] 庄添和.开展QC小组活动提高弧形玻璃幕墙观感质量[J].四川建材，2015，41（4）：205-207. [2] 黑旭豪.运用QC小组活动提高泄洪洞边墙混凝土平整度[J].水利水电施工，2016，（2）：109-111. [3] JTS 257-2008，水运工程质量检验标准[S].2．经济效益 实施后共计1,098m的栏杆基础观感质量效果显著提高，
