河道测量数据采集与处理技术研究及应用

摘要

在水利工程领域中，常见时间紧、任务重的河道清淤工程，水利工程项目的前期勘测尤为紧迫。因此，在规定的工期内完成测量工作，亟需提高测量工作效率，并保持一定的精度。河道控制网布设、碎部测量、水下地形测量、河道断面测量以及测量资料的后期处理等都是非常耗时的作业流程。针对以上问题，论文开展的研究工作有：
　　（1）在分析常规河道控制测量技术的基础上，系统的探讨了河道图根控制与碎部测量一体化数据采集方法，详细设计了一体化数据采集技术实验，测试了在树林遮挡、建筑物遮挡复杂环境因素对网络RTK测量的影响规律，分析了其内外符合精度水平，同时利用MATLAB编程对全站仪平面精度和高程精度进行仿真分析，验证了一体化数据采集技术在河道测量应用中的可靠性。
　　（2）介绍了河道断面设计与选取原则以及横断面测量方法，分析了河道断面测量平距和高程误差，介绍了无人测深船的系统架构及作业流程，重点探讨了无人测深船的时间延迟对河道断面的影响，使用断面整体平移法和特征点匹配法两种时间延迟探测方法，对有问题的断面进行模型改正，分析了两种方法的可靠性。
　　（3）针对河道测量数据处理的低效性问题，采用AutoLisp语言编写了河道工程测量数据处理工具箱。以AutoCAD下拉菜单的形式，实现影像数据的加载与纠正、单一河道断面提取、河道全线路自动提取、断面线布桩设计等快捷数据处理功能，提高工作效率，应用效果良好。
　　以济南市徒骇河水利工程测量为案例，将图根控制与碎部测量一体化数据采集方法、无人测量船定位及测深技术应用于河道测量，外业数据采集工期较原计划的40天缩短为23天，测绘成果能够满足水利工程设计的要求，将基于AutoLisp开发的河道测量工具箱应用于该工程实践，大大提高了内业数据处理的工作效率。

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1 绪论

1.1 研究背景及问题的提出

1.2 研究现状分析

1.2.1 河道测量方法与技术进展

1.2.2 水深测量技术进展

1.2.3 河道测量的数据资料处理

1.3 论文主要研究内容

2 图根控制与碎部测量的一体化数据采集

2.1 河道测量的内容与技术需求分析

2.1.1 河道工程测量的内容

2.1.2 河道测量的常规方法与作业流程

2.1.3 河道测量相关技术规范及分析

2.1.4 图根控制与碎部测量一体化的技术需求分析

2.2 河道测量外业数据采集的方法基础

2.2.1 GNSS RTK测量技术

2.2.2 网络RTK与CORS测量技术的原理

2.2.3 全站仪测量及其精度分析

2.3 图根控制与碎部测量的一体化

2.3.1 河道测量环境条件与测量技术的适用性分析

2.3.2 图根控制与碎部测量一体化的总体流程设计

2.3.3 河道图根控制测量

2.3.3 河道碎部测量

2.4 河道环境条件对测量精度的模拟实验分析

2.4.1 顾及河道环境条件的实验点位布置

2.4.2 河道测量模拟实验的方案设计

2.4.3 实验基准数据的测取

2.4.4 网络RTK定位时间对碎部点测量的影响测试

2.4.5 不同环境条件对碎部点测量的精度测试

2.5 本章小结

3 河道断面及水下地形测量的数据采集与误差分析

3.1 河道断面设计与选取原则

3.1.1 河道断面设计

3.1.2 河道断面选取原则

3.2.1 河道断面测量方法

3.2 河道断面定位方法与误差分析

3.2.2 河道断面测量误差分析

3.3 测深技术原理解析

3.4 基于无人测量船的断面及水下地形测量

3.4.1 无人测量船系统架构

3.4.2 作业流程

3.5 无人测量船测深时间延迟与模型改正

3.5.1 误差来源

3.5.2 误差分析

3.5.3 时间延迟探测方法

3.6 本章小结

4 河道测量资料的处理与分析

4.1 河道影像数据的加载与配准

4.1.1 影像数据的加载

4.1.2 卫星影像的配准

4.2 河道断面的快捷提取

4.2.1 断面线设计

4.2.2 纵横断面点提取

4.3 河道测量资料处理工具箱菜单设计

4.3.1 菜单内容

4.3.2 菜单的编译与加载

4.4 本章小结

5 工程案例与技术应用

5.1 工程概况

5.1.1 河道自然地理情况

5.1.2 工程特点

5.2 测量方案设计

5.2.1 出测、收测前的准备

5.2.2 一体化测量方案

5.3 图根控制测量及其校核

5.4 野外测量数据的一体化采集

5.5 基于无人测量船的断面及水下地形测量

5.6 测量成果

5.7 河道测量资料处理工具箱的测试应用

5.7.1 影像加载及纠正的应用

5.7.2 河道断面线布桩

5.7.3 河道断面提取

5.8 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间从事科学研究与发表论文情况