基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器及其测定方法与流程

本发明涉及水文测量基础，更具体地说是一种基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器及其测定方法。

背景技术：

过流断面上流体与固体壁面接触的周界线，称为湿周。它是过水断面的重要水力要素之一，湿周是控制水头损失、水位-流量关系的重要参数。

过流断面湿周的测算是水文测验工作的重要组成内容，是流体力学研究，工程水文计算和水利工程设计的基本依据。传统的湿周参数确定多采用公式推算法，规则的过水断面(如圆形、梯形)一般采用断面几何周长计算公式；针对不规则的天然河道断面，通常采用明渠道流量或速度公式反推的方法。常规方法涉及水文参数过多，无法有效描绘过水断面形态，造成推算的湿周数值无法有效验证，影响湿周参数测算的精度。关于天然过水断面湿周的研究和测算技术相对滞后，以至于对相关水文学研究和水利工程设计产生较大影响，所以基于RTK(Real-time kinematic)技术设计一种过水断面湿周测量仪器及相关测定方法是十分必要的。

RTK载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法，能够在野外实时得到厘米级定位精度。RTK技术的关键在于数据传输和处理技术，本发明实现河深5米以内复杂河底地形的湿周测量数据的实时通讯传输和处理，提出一种快速、准确测量湿周的仪器和方法。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器。本发明的第二目的在于提供的一种运用上述湿周测量仪器的断面湿周测算方法。

本发明的第一目是通过如下技术方案实现的：

基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器，包括断面湿周测量仪基准站和断面湿周测量仪移动站；

所述断面湿周测量仪移动站包括移动站主机主体，所述移动站主机主体上连接有UHF差分接收天线；所述移动站主机主体下端还连接有加长杆，所述加长杆上连接有蓝牙手薄；所述加长杆下端连接有伸缩河床测定装置。

所述伸缩河床测定装置包括碳素纤维主杆，所述碳素纤维主杆下端连接有若干根内嵌杆，所述内嵌杆长度相同，所述内嵌杆的内径逐级递减，所述内嵌杆逐级嵌套；相邻两根内嵌杆通过弹力卷曲层相互相连；最下端内嵌杆底部设置有测量触杆；所述伸缩河床测定装置总长度由调节旋母固定。

所述测量触杆及所述内嵌杆上设置有高程刻度标记，所述高程刻度标记的0基准设置在所述测量触杆底端。

所述蓝牙手薄通过USB连接线连接有计算机。

所述蓝牙手薄外侧包裹有防水护罩。

本发明的第二目的在于提供一种应用基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器的测定方法，包括如下步骤：

步骤一、将断面湿周测量仪基准站置于空旷、平整的地面，并按RTK技术基准站作业方案连接相关组件，设置参数并测试，确保基准站主机设置为“基准站”和电台“外挂”模式；

步骤二、将断面湿周测量仪移动站按移动站作业方案连接相关组件，设置参数并测试，确保移动站主机主体设置为“移动站”和“UHF”模式；

步骤三、确定待测河流横断面，手持断面湿周测量仪移动站，以河岸水面线为第一个测量点开始进行测量点测量，每隔L₀按步骤四方式进行一次测量点测量；

步骤四、保持加长杆露出水面并与河面垂直，拉出内嵌杆直至测量触杆底端接触河床，旋紧调节旋母，固定伸缩河床测定装置总长度，读取移动站主机主体高度值并输入蓝牙手薄，开始测量经纬度数据，读数稳定后，记录测量点数据；释放调节旋母，回收伸缩河床测定装置并将断面湿周测量仪移动站移动至下一测量点；

步骤五、沿着河流横断面，重复步骤四的操作，每隔30cm进行一次测量，直至到达对岸水面线，完成测量工作；

步骤六、通过运用计算机按如下公式计算断面湿周，

$T=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\sqrt{{(x_{i+1}-x_i)}^2+{(y_{i+1}-y_i)}^2+{(h_{i+1}-h_i)}^2}---\left(1\right)$

其中m为测量点总数，当测量点横断面上距离固定时且为L₀时，m＝roundup(L/L₀),roundup()函数表示向上取整；x_i、y_i、、h_i为第i个测量点的移动站经度、纬度、高程；x_i、y_i均需转化为西安80坐标系，单位为米。

所述运用基于RTK技术过水断面湿周测量仪器的测定方法，还包括湿周测量点取点修正程序；通过公式(1)计算得出湿周值T，

并通过公司(2)计算每段子湿周的长度值T_i占湿周总长T的比例，当某一段子湿周对湿周值T_i/T≥2/m时，将该段子水湿周沿着河流横断面的中点增加为测量点，即将段子水湿该分为两段，并重新计算湿周总长T及每一段子湿周为湿周值T_i；直至任意一段子湿周占湿周值T_i满足T_i/T＜2/m。

所述L₀长度一般选取范围为20cm～50cm，优选L₀长度为30cm。

本发明将RTK技术运用于湿周的测量当中，通过RTK移动站测算各测量点的经纬度坐标，通过可伸缩测杆计算高程偏差。

附图说明

图1为本发明一种基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器的结构示意图。

图2为本发明断面湿周测定移动站结构示意图。

图3为本发明断面测量移动站测量装置结构俯视图。

图4为本发明断面测量移动站测量装置结构仰视图。

图中：断面湿周测量仪基准站A；断面湿周测量仪移动站B；(可伸缩碳素)纤维杆主杆B1.1；第一内嵌杆B1.2、第二内嵌杆B1.3、第三内嵌杆B1.4、第四内嵌杆B1.5；调节旋母B1.6；加长杆B2；固定旋母B3；移动站主机主体B4.1；UHF差分接收天线B4.2；蓝牙手薄B5；防水护罩B6；USB连接线B7；计算机B8。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述，但该实施例不应该理解为对本发明的限制，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如附图所示，基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器，包括断面湿周测量仪基准站A和断面湿周测量仪移动站B；

所述断面湿周测量仪移动站B包括移动站主机主体B4.1，所述移动站主机主体B4.1上连接有UHF差分接收天线B4.2；所述移动站主机主体B4.1下端还连接有加长杆B2，所述加长杆B2上连接有蓝牙手薄B5；所述加长杆B2下端连接有伸缩河床测定装置B1。

所述伸缩河床测定装置B1包括碳素纤维主杆B1.1，所述碳素纤维主杆B1.1下端连接有四根内嵌杆，即第一内嵌杆B1.2、第二内嵌杆B1.3、第三内嵌杆B1.4、第四内嵌杆B1.5；第一内嵌杆B1.2内嵌套有第二内嵌杆B1.3，第二内嵌杆B1.3内嵌套有第三内嵌杆B1.4、第三内嵌杆B1.4内嵌套有第四内嵌杆B1.5；上述内嵌杆长度均相同，而内径逐级递减；相邻两根内嵌杆通过弹力卷曲层相互相连；第四内嵌杆B1.5底部设置有测量触杆B1.7；所述伸缩河床测定装置B1总长度由调节旋母B1.6固定。

所述测量触杆B1.7及所述内嵌杆上设置有高程刻度标记，所述高程刻度标记的0基准设置在所述测量触杆B1.7底端。

所述蓝牙手薄B5通过USB连接线B7连接有计算机10。

所述蓝牙手薄B5外侧包裹有防水护罩B6。

应用上述的基于RTK技术的过水断面湿周测量仪器的测定方法，包括如下步骤：

步骤一、将断面湿周测量仪基准站A置于空旷、平整的地面，并按RTK技术基准站作业方案连接相关组件，设置参数并测试，确保基准站主机设置为“基准站”和电台“外挂”模式；

步骤二、将断面湿周测量仪移动站B按移动站作业方案连接相关组件，设置参数并测试，确保移动站主机主体B4.1设置为“移动站”和“UHF”模式；

步骤三、确定待测河流横断面，河流横断面包括河流水面部分及河流横断面河床部分，手持断面湿周测量仪移动站B，以河岸水面线为第一个测量点开始进行测量点测量，沿待测河流横断面每隔L₀按步骤四方式进行一次测量点测量；

步骤四、保持加长杆B2露出水面并与河面垂直，拉出内嵌杆直至测量触杆B1.7底端接触河流横断面河床部分，旋紧调节旋母B1.6，固定伸缩河床测定装置B1总长度，读取移动站主机主体B4.1高度值并输入蓝牙手薄B5，开始测量经纬度数据，读数稳定后，记录测量点数据；释放调节旋母B1.6，回收伸缩河床测定装置B1并将断面湿周测量仪移动站B移动至下一测量点；

步骤五、沿着河流横断面，重复步骤四的操作，每隔30cm进行一次测量，直至到达对岸水面线，完成测量工作；

步骤六、通过运用计算机B8按公式(1)计算断面湿周，

$T=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\sqrt{{(x_{i+1}-x_i)}^2+{(y_{i+1}-y_i)}^2+{(h_{i+1}-h_i)}^2}---\left(1\right)$

其中m为测量点总数，当测量点横断面上距离固定时且为L₀时，m＝roundup(L/L₀),roundup()函数表示向上取整；x_i、y_i、、h_i为第i个测量点的移动站经度、纬度、高程；x_i、y_i均需转化为西安80坐标系，单位为米。

上述测定方法还包括湿周测量点取点修正程序；通过公式(1)计算得出湿周值TI，

并通过公式(2)计算每段子湿周的长度值TI占湿周总长T的比例，当某一段子湿周对湿周值T_i/T≥2/m时，将该段子水湿周沿着河流横断面的中点增加为测量点，即将段子水湿该分为两段，并重新计算湿周总长T及每一段子湿周为湿周值T_i；直至任意一段子湿周占湿周值T_i满足T_i/T＜2/m。操作人员可人为在地形复杂区域相应加大测量点取点密度，进一步提高湿周值的精度。

所述L₀长度范围选择在20cm～50cm，优选地，L₀长度为30cm。

本发明利用上述的过水断面湿周测量仪器能实现不规则天然过水断面的测量，绘制过水断面形态，准确计算过水断面湿周；应用范围广，改进的可伸缩碳素纤维杆可实现对5m河深以下河流的过水断面湿周进行测量；仪器便于携带，操作自动化程度高，便于推广，移动站测量得到的经纬度和高程数据通过数据线传输至计算系统，通过前期设计的计算系统自动计算过水断面湿周，获得相关参数，为不同河道水位-流量关系曲线计算提供依据。