本發(fā)明涉及水文測量基礎(chǔ)，更具體地說是一種基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器及其測定方法。

背景技術(shù)：

過流斷面上流體與固體壁面接觸的周界線，稱為濕周。它是過水斷面的重要水力要素之一，濕周是控制水頭損失、水位-流量關(guān)系的重要參數(shù)。

過流斷面濕周的測算是水文測驗工作的重要組成內(nèi)容，是流體力學研究，工程水文計算和水利工程設計的基本依據(jù)。傳統(tǒng)的濕周參數(shù)確定多采用公式推算法，規(guī)則的過水斷面(如圓形、梯形)一般采用斷面幾何周長計算公式；針對不規(guī)則的天然河道斷面，通常采用明渠道流量或速度公式反推的方法。常規(guī)方法涉及水文參數(shù)過多，無法有效描繪過水斷面形態(tài)，造成推算的濕周數(shù)值無法有效驗證，影響濕周參數(shù)測算的精度。關(guān)于天然過水斷面濕周的研究和測算技術(shù)相對滯后，以至于對相關(guān)水文學研究和水利工程設計產(chǎn)生較大影響，所以基于RTK(Real-time kinematic)技術(shù)設計一種過水斷面濕周測量儀器及相關(guān)測定方法是十分必要的。

RTK載波相位差分技術(shù)，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，能夠在野外實時得到厘米級定位精度。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)傳輸和處理技術(shù)，本發(fā)明實現(xiàn)河深5米以內(nèi)復雜河底地形的濕周測量數(shù)據(jù)的實時通訊傳輸和處理，提出一種快速、準確測量濕周的儀器和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器。本發(fā)明的第二目的在于提供的一種運用上述濕周測量儀器的斷面濕周測算方法。

本發(fā)明的第一目是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器，包括斷面濕周測量儀基準站和斷面濕周測量儀移動站；

所述斷面濕周測量儀移動站包括移動站主機主體，所述移動站主機主體上連接有UHF差分接收天線；所述移動站主機主體下端還連接有加長桿，所述加長桿上連接有藍牙手??；所述加長桿下端連接有伸縮河床測定裝置。

所述伸縮河床測定裝置包括碳素纖維主桿，所述碳素纖維主桿下端連接有若干根內(nèi)嵌桿，所述內(nèi)嵌桿長度相同，所述內(nèi)嵌桿的內(nèi)徑逐級遞減，所述內(nèi)嵌桿逐級嵌套；相鄰兩根內(nèi)嵌桿通過彈力卷曲層相互相連；最下端內(nèi)嵌桿底部設置有測量觸桿；所述伸縮河床測定裝置總長度由調(diào)節(jié)旋母固定。

所述測量觸桿及所述內(nèi)嵌桿上設置有高程刻度標記，所述高程刻度標記的0基準設置在所述測量觸桿底端。

所述藍牙手薄通過USB連接線連接有計算機。

所述藍牙手薄外側(cè)包裹有防水護罩。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種應用基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器的測定方法，包括如下步驟：

步驟一、將斷面濕周測量儀基準站置于空曠、平整的地面，并按RTK技術(shù)基準站作業(yè)方案連接相關(guān)組件，設置參數(shù)并測試，確?；鶞收局鳈C設置為“基準站”和電臺“外掛”模式；

步驟二、將斷面濕周測量儀移動站按移動站作業(yè)方案連接相關(guān)組件，設置參數(shù)并測試，確保移動站主機主體設置為“移動站”和“UHF”模式；

步驟三、確定待測河流橫斷面，手持斷面濕周測量儀移動站，以河岸水面線為第一個測量點開始進行測量點測量，每隔L₀按步驟四方式進行一次測量點測量；

步驟四、保持加長桿露出水面并與河面垂直，拉出內(nèi)嵌桿直至測量觸桿底端接觸河床，旋緊調(diào)節(jié)旋母，固定伸縮河床測定裝置總長度，讀取移動站主機主體高度值并輸入藍牙手薄，開始測量經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄測量點數(shù)據(jù)；釋放調(diào)節(jié)旋母，回收伸縮河床測定裝置并將斷面濕周測量儀移動站移動至下一測量點；

步驟五、沿著河流橫斷面，重復步驟四的操作，每隔30cm進行一次測量，直至到達對岸水面線，完成測量工作；

步驟六、通過運用計算機按如下公式計算斷面濕周，

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

其中m為測量點總數(shù)，當測量點橫斷面上距離固定時且為L₀時，m＝roundup(L/L₀),roundup()函數(shù)表示向上取整；x_i、y_i、、h_i為第i個測量點的移動站經(jīng)度、緯度、高程；x_i、y_i均需轉(zhuǎn)化為西安80坐標系，單位為米。

所述運用基于RTK技術(shù)過水斷面濕周測量儀器的測定方法，還包括濕周測量點取點修正程序；通過公式(1)計算得出濕周值T，

并通過公司(2)計算每段子濕周的長度值T_i占濕周總長T的比例，當某一段子濕周對濕周值T_i/T≥2/m時，將該段子水濕周沿著河流橫斷面的中點增加為測量點，即將段子水濕該分為兩段，并重新計算濕周總長T及每一段子濕周為濕周值T_i；直至任意一段子濕周占濕周值T_i滿足T_i/T＜2/m。

所述L₀長度一般選取范圍為20cm～50cm，優(yōu)選L₀長度為30cm。

本發(fā)明將RTK技術(shù)運用于濕周的測量當中，通過RTK移動站測算各測量點的經(jīng)緯度坐標，通過可伸縮測桿計算高程偏差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明斷面濕周測定移動站結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明斷面測量移動站測量裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4為本發(fā)明斷面測量移動站測量裝置結(jié)構(gòu)仰視圖。

圖中：斷面濕周測量儀基準站A；斷面濕周測量儀移動站B；(可伸縮碳素)纖維桿主桿B1.1；第一內(nèi)嵌桿B1.2、第二內(nèi)嵌桿B1.3、第三內(nèi)嵌桿B1.4、第四內(nèi)嵌桿B1.5；調(diào)節(jié)旋母B1.6；加長桿B2；固定旋母B3；移動站主機主體B4.1；UHF差分接收天線B4.2；藍牙手薄B5；防水護罩B6；USB連接線B7；計算機B8。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述，但該實施例不應該理解為對本發(fā)明的限制，僅作舉例而已，同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。

如附圖所示，基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器，包括斷面濕周測量儀基準站A和斷面濕周測量儀移動站B；

所述斷面濕周測量儀移動站B包括移動站主機主體B4.1，所述移動站主機主體B4.1上連接有UHF差分接收天線B4.2；所述移動站主機主體B4.1下端還連接有加長桿B2，所述加長桿B2上連接有藍牙手薄B5；所述加長桿B2下端連接有伸縮河床測定裝置B1。

所述伸縮河床測定裝置B1包括碳素纖維主桿B1.1，所述碳素纖維主桿B1.1下端連接有四根內(nèi)嵌桿，即第一內(nèi)嵌桿B1.2、第二內(nèi)嵌桿B1.3、第三內(nèi)嵌桿B1.4、第四內(nèi)嵌桿B1.5；第一內(nèi)嵌桿B1.2內(nèi)嵌套有第二內(nèi)嵌桿B1.3，第二內(nèi)嵌桿B1.3內(nèi)嵌套有第三內(nèi)嵌桿B1.4、第三內(nèi)嵌桿B1.4內(nèi)嵌套有第四內(nèi)嵌桿B1.5；上述內(nèi)嵌桿長度均相同，而內(nèi)徑逐級遞減；相鄰兩根內(nèi)嵌桿通過彈力卷曲層相互相連；第四內(nèi)嵌桿B1.5底部設置有測量觸桿B1.7；所述伸縮河床測定裝置B1總長度由調(diào)節(jié)旋母B1.6固定。

所述測量觸桿B1.7及所述內(nèi)嵌桿上設置有高程刻度標記，所述高程刻度標記的0基準設置在所述測量觸桿B1.7底端。

所述藍牙手薄B5通過USB連接線B7連接有計算機10。

所述藍牙手薄B5外側(cè)包裹有防水護罩B6。

應用上述的基于RTK技術(shù)的過水斷面濕周測量儀器的測定方法，包括如下步驟：

步驟一、將斷面濕周測量儀基準站A置于空曠、平整的地面，并按RTK技術(shù)基準站作業(yè)方案連接相關(guān)組件，設置參數(shù)并測試，確?；鶞收局鳈C設置為“基準站”和電臺“外掛”模式；

步驟二、將斷面濕周測量儀移動站B按移動站作業(yè)方案連接相關(guān)組件，設置參數(shù)并測試，確保移動站主機主體B4.1設置為“移動站”和“UHF”模式；

步驟三、確定待測河流橫斷面，河流橫斷面包括河流水面部分及河流橫斷面河床部分，手持斷面濕周測量儀移動站B，以河岸水面線為第一個測量點開始進行測量點測量，沿待測河流橫斷面每隔L₀按步驟四方式進行一次測量點測量；

步驟四、保持加長桿B2露出水面并與河面垂直，拉出內(nèi)嵌桿直至測量觸桿B1.7底端接觸河流橫斷面河床部分，旋緊調(diào)節(jié)旋母B1.6，固定伸縮河床測定裝置B1總長度，讀取移動站主機主體B4.1高度值并輸入藍牙手薄B5，開始測量經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄測量點數(shù)據(jù)；釋放調(diào)節(jié)旋母B1.6，回收伸縮河床測定裝置B1并將斷面濕周測量儀移動站B移動至下一測量點；

步驟五、沿著河流橫斷面，重復步驟四的操作，每隔30cm進行一次測量，直至到達對岸水面線，完成測量工作；

步驟六、通過運用計算機B8按公式(1)計算斷面濕周，

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

其中m為測量點總數(shù)，當測量點橫斷面上距離固定時且為L₀時，m＝roundup(L/L₀),roundup()函數(shù)表示向上取整；x_i、y_i、、h_i為第i個測量點的移動站經(jīng)度、緯度、高程；x_i、y_i均需轉(zhuǎn)化為西安80坐標系，單位為米。

上述測定方法還包括濕周測量點取點修正程序；通過公式(1)計算得出濕周值TI，

并通過公式(2)計算每段子濕周的長度值TI占濕周總長T的比例，當某一段子濕周對濕周值T_i/T≥2/m時，將該段子水濕周沿著河流橫斷面的中點增加為測量點，即將段子水濕該分為兩段，并重新計算濕周總長T及每一段子濕周為濕周值T_i；直至任意一段子濕周占濕周值T_i滿足T_i/T＜2/m。操作人員可人為在地形復雜區(qū)域相應加大測量點取點密度，進一步提高濕周值的精度。

所述L₀長度范圍選擇在20cm～50cm，優(yōu)選地，L₀長度為30cm。

本發(fā)明利用上述的過水斷面濕周測量儀器能實現(xiàn)不規(guī)則天然過水斷面的測量，繪制過水斷面形態(tài)，準確計算過水斷面濕周；應用范圍廣，改進的可伸縮碳素纖維桿可實現(xiàn)對5m河深以下河流的過水斷面濕周進行測量；儀器便于攜帶，操作自動化程度高，便于推廣，移動站測量得到的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸至計算系統(tǒng)，通過前期設計的計算系統(tǒng)自動計算過水斷面濕周，獲得相關(guān)參數(shù)，為不同河道水位-流量關(guān)系曲線計算提供依據(jù)。