陈尚林

(安徽省长江河道管理局，安徽 芜湖 241000)

0 引言

随着河道管理要求的提高，必须定期对河道水下地形、水文泥沙等进行测量，同时对河道测量成果的提供速度、质量和技术要求也越来越高。随着测量新技术的不断出现，现代河道测量工作已逐步形成了内外业一体化、天地一体化的数据采集与处理的作业模式。在河道测量中采用测量新技术，将有助于提高河道测量工作的质量与效率，落实河道管理单位的主体责任。

1 传统的河道测绘技术

河道测量的主要内容包括固定断面测量、水下地形测量、陆上滩地测量、水文测验等。20世纪90年代以前，河道水下地形测量平面定位技术传统的方法是光学定位、无线电定位法，光学定位主要采用经纬仪前方交会法，水深采用电子管回声测深仪进行测量。陆上滩地部分主要采用经纬仪配合标尺、标杆进行测绘，水文测验采用电子流速仪、浮标进行测验。测量作业时，人员多、效率低、精度差。20世纪90年代中期，随着测距仪的普及，测量作业效率有了较大的提高。20世纪90年代后期，随着GPS技术成熟和应用，测量技术才有了质的提高。

河道测量传统的数据处理主要采用外业记录簿和平板绘图法。随着计算机的使用，电脑辅助绘图(CAD)取代了手工计算和绘图，改变了传统手工绘图复杂落后的生产工艺。也改变了绘制周期长、劳动强度高、生成的地图信息小、存储不方便等缺点。

21世纪以来，测绘技术高速发展，获得了质的飞跃，大量的先进测绘技术如雨后春笋。全站仪、RTK、声学多普勒流速仪(ADCP)、多波束测深系统、激光三维扫描仪、无人机等先进设备和技术在河道测量上得到了广泛应用，河道测量不断迎来全新的工作方式。测量手段从传统手工测量、数字化测量逐渐向信息化测绘发展。

2 测量新技术及其应用

2.1 河道测量新技术

现代科技手段的不断创新，水下探测的多波束技术、水陆一体化的三维激光扫描加多波束测量技术、无人机倾斜摄影技术、无人船海洋测绘技术、多普勒流速仪进行的流速测量等新的河道测量技术在河道测量中得以实践、发展和应用，见图1。

图1 河道测量新技术结构图

2.1.1 水下探测：多波束测深系统

多波束测量一般由窄波束回声测深设备和回声处理设备两部分组成。主要用于水下(海洋)地形测量。安装在测量船上的多波束测深系统，可以在每次发出声脉冲时获得船下的垂直深度，同时在垂直于船迹的平面上获得几十个水深值，从而实时绘制水下地形图。最大工作深度为200～1 200 m，水平覆盖宽度为水深的3倍以上。多波束测深系统与单波束回声测深仪相比，具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点,它把测深技术从点、线扩展到面，得到高精度的三维水下地形图，特别适合水下工程、桥墩码头港口区域水下地形探测。

2.1.2 水陆一体化综合测量:三维激光扫描测量+多波束测量

河道水陆测量一体化一直是测绘的难点。水陆一体化测量技术通过多进程网络技术，将三维激光测距、多波束测量、定位等技术融为一体，弥补了传统测量方法效率低、成本高、获得高密度的水陆三维空间地理信息困难等缺点，作为一种新兴的水域空间探测技术具有明显的优势。高精度船载水陆一体化综合测量技术，可为水利工程三维地形数据提供移动、灵活、快速的采集、处理和分析，建立数字水利高精度三维空间数据库，进一步利用不同时期现场采集的水利数据对工程三维空间数据进行时空智能化分析，分析水利工程地形和各种河岸设施的时空变化，并在此基础上建立一体化的三维可视化数字水利平台，为水利工程、灾害监测提供高精度、高实时的地理空间信息数据支持。

2.1.3 倾斜摄影测量：无人机

无人机可以在云层下进行航空摄影，实现与地形、地物相适应的导航和相机控制，从而获得多角度、多建筑物的地表场景图像，支持三维景观模型的构建。无人机起降灵活，适应性强，也可以快速获得视频或正射影像图。将无人机与GPS-RTK相结合，可以获取高精度的相片位置，可大大减少相控布设的工作量，提高无人机作业效率，采多镜头拍摄的倾斜图像可以通过建模软件建立三维实景空间，可以从实景空间中通过算法提取地面高程、基础地形图、水利工程和设施等，再结合水下测量数据可以构建河流DEM模型，实现河道断面图的自动绘制。同时还可以通过无人机搭载多光谱或红外相机，进行水质和河道隐蔽排污口的调查；通过搭载LiDAR，可以提取高精度的地面特征。此外，无人机在河道巡查、河道滩地水资源调查、采砂管理等方面，都能发挥很好的作用。

2.1.4 无人船测量

无人船是现代海洋技术发展的产物，作为一种新型的技术手段，已广泛应用于水域测量。无人船作为水面机动载体，其关键技术包括三个方面：专用平台设计技术、运动控制技术和通信技术。无人船具有自动化程度高、轻便、灵活、适应性强等特点，适合于河流、湖泊、水库等区域的测量，采用无人船作业可以提高经济效益、安全效益和环境效益。在河道工程、码头、港口测量中，特别是在测量船只无法正常到达的水域，能够起到很好的补充作用。

2.1.5 流速测量：多普勒流速仪(ADCP)

船用多功能声学多普勒流速剖面仪(简称多功能ADCP或MADCP)主要功能是测量三维流场剖面，同时还兼有测量悬浮泥沙浓度的功能，主要应用领域是海洋监测、环境保护、海洋开发和河道建设等方面。ADCP是当今最主要的测流手段。多功能ADCP采用声学多普勒原理，用声波遥测水流的速度，对流场不产生干扰，而且能够在航行过程中测量流速剖面，可快速地获得一个水域的流场断面。与常规的单点式海流计相比，具有测量精度高、快速、高效、省时省力等优点。多功能ADCP采用了宽带和窄带两种测流技术，能适应各种复杂的流场，在测量流速剖面的同时还可测量悬浮物浓度剖面，是研究泥沙迁移规律，计算输沙量的十分有效的工具。在水流和泥沙观测时常采用走航式。

2.1.6 水下机器人

水下机器人测量系统是集GNSS、测深仪、激光雷达等多种高精度传感设备以及自动控制等软件、硬件为一体的系统。该系统以各类水域为主要对象，以高精度地理信息快速获取为目的，以机器人搭载多种高精度传感设备，采用无线传输的方式，在岸基实时接收并分析处理系统所采集的数据。以遥控和自控两种方式对机器人系统进行操作和控制，该系统可自动导航并同时采集水深、平面位置、河道断面等相关数据，能消除因风浪等因素对水底高程的影响。现场对数据进行分析、处理，快速成图，与传统水下测量方法相比，该系统可规避作业人员水下测量作业安全隐患，提高水下测量效率，快速成图，当前将水下机器人测量系统应用于水下测量已成为行业发展趋势。

2.2 新技术在安徽河道测量中的应用

目前，多波束测深系统、多普勒流速仪(ADCP)和无人机在河道测量和河道日常管理上应用较为广泛。下面以多波束测深系统和无人机为例，测量新技术、新设备在河道测量和河道管理中发挥的重要作用。

2.2.1 多波束测深系统在河道监测中的应用

2020年汛期，长江发生了流域性特大洪水。长江安徽省段有9处二级崩岸预警区，分布在沿江安庆、池州、芜湖和马鞍山四个地市。为了确保防洪安全，保证人民群众生命财产安全，省长江河道管理局对9处崩岸二级预警区开展了河道动态监测。采用常规测量方法，船只需按规划航线垂直水流方向进行测量，才能满足测图要求。由于汛期水位高，江面流速大，船只无法按规划航线行驶，安全风险较大，同时难以满足测图质量和时间要求。经方案对比分析后，决定采用多波束测深系统进行测量。7月7日至10日，历时4 d，完成了六凸子、跃进圩等9处二级崩岸预警区1∶2 000水下地形扫测，总计长度23.40 km，面积约7 km2。能够安全、快速、高效地完成任务，得益于新技术、新设备的应用，为防汛决策提供了第一手基础数据，确保了二级崩岸预警区安全度汛。

12月完成了安庆大桥通航安全鉴定水下桥墩及地形扫测工作，成果直观，三维模型真实反映出水下地物、地貌情况。

图2 六凸子三维水下地形图

2.1.2 无人机技术在河道管理中的应用

图3 安庆大桥桥墩图

全面落实长江大保护，加强河道日常管理，是确保长江绿色、健康发展的重要抓手。随着科技的进步，河道管理走上了信息化管理时代，传统的管理模式和手段已难以满足河道管理事业发展的需要。如何快速、高效地完成河道日常巡查任务，如何第一时间获得违法、违建的证据，简单、直观地展现现场真实情况，无人机就能很好地解决这一问题。无人机航拍可以制作视频、正射影像图、三维场景图、地形图等，多层次地真实反映现场情况。近年来，安徽省长江河道管理局将无人机全面应用到长江河道和工程日常巡查、工程验收、采砂管理、违章违规取证等方面，大大地提高了工作效率，为下一步建立长江安徽省段地理信息系统积累了大量的数据，为全面实现长江河道信息化管理打下了基础。

3 结语

随着测量新技术、新设备的不断发展，将使河道测量的成果在时间和空间尺度上更加精细化、实时化，推动河道管理事业进一步发展。