宽度测量方法

在测验断面上，以一岸断面桩为起始点，沿断面方向至另一岸断面桩间任一点的水平距离，即称为起点距。一般以高水时设在左岸的断面桩作断面起点桩（起算零点）。起点距的测定也就是测量各测深垂线距起点桩的水平距离。在水文测验中，这种宽度测量多称为起点距测量。

4.6.1　平面交会法

平面交会法包括经纬仪测角交会法、平板仪交会法和六分仪交会法等。这些方法的基本原理大致相同。以经纬仪测角交会法为例进行说明。

测量起点距时，把经纬仪架设在岸上基线的端点位置，测量与断面上各测深垂线的水平夹角，即可用三角公式计算起点距，基线的类型不同，计算公式也不同。

（1）基线与断面线垂直，见图4-1，则起点距按式（4-3）计算：

式中　D——起点距，m；

L——基线长度，m；

——基线端点与测点连线与基线间的夹角（°）。

图4-1 基线垂直于断面时经纬仪交会法

（2）基线与断面线不垂直，见图4-2。如果受地形限制在布设基线时无法使基线与断面线垂直，计算时可按三角形正弦定律计算起点距。起点距按式（4-4）计算：

式中——基线与断面的夹角，需要在设置基线时测定（°）。

图4-2 基线不垂直于断面时经纬仪交会法

平板仪交会法与经纬仪交会法不同之处是起点距用图解法确定。

（3）六分仪交会法。六分仪交会主要特点是借助于两平面镜的反射作用，由望远镱同时窥视两物体，并测其夹角。在不断左右摆动的测船上，测量时无法使用支架，而是用手握六分仪进行测角，因此该法常为水文勘测及大江、大河测深、测速时所采用。

①当基线垂直于断面时，有=90。-β，然后用式（4-1）计算起点距。

②当基线不垂直于断面时，见图4-3，采用式（4-5）计算起点距。

图4-3 基线不垂直于断面时六分仪交会法示意图

4.6.2　极坐标交会法

（1）测量方法。极坐标交会法是从三维空间概念出发，利用极坐标与直角坐标互换原理，以测定任何一地点位置。

图4-4 高程基点在断面基线上

图4-5 高程基点不在断面基线上

测量方法是将经纬仪架设在高程基点上，该基点可在断面线上，如图4-4所示；可不在断面线上，如图4-5所示。设基点高程为Z，仪器高为i，测深时水位为G。由于基点高程Z在设站时已测得，在测量时，只需测出仪器高和水位，并瞄准各测深垂线，测出俯角和极角。然后用式（4-6）计算垂线起点距。

式中　D —— 起点距，m；

Z —— 基点的高程，m;

i —— 仪器高，m；

G —— 测量时水位，m；

—— 实测俯角，（°）；

—— 交会视线与断面的方向角之差（极角），（°）。

（2）极坐标交会法的特点与适用条件。该法的优点在于能避免因测量时不注意瞄准断面线，而带来的起点距测量误差，从而克服了前面所述平面交会法的缺陷，保证了测量精度。极坐标交会法适用于岸边较高的地形，设置的高程基点应保证在最高洪水位时，对最远一点视线的俯角不小于4°，此时起点距相对误差为，特殊情况下也不应小于2°。布设高程基点时，还应考虑仪器视线能否交会到最低水位时的近岸水边点。

4.6.3　定位法（GPS法）

（1）GPS的含义。GPS它的含义是利用卫星导航进行授时和测距/全球定位系统，通常简称为GPS，即“全球定位系统”。它是美国国防部为军事目的建立的卫星导航系统，旨在解决海、陆、空快速高精度、实时定位导航问题。该系统自1973年底启动，于1994年建成。

（2）GPS组成。系统包括三大部分，空间部分（GPS卫星星座），地面控制部分（地面监控系统），用户设备部分（GPS信号接收机）。空间部分由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。GPS工作卫星的地面监控系统包括1个主控站，3个注入站和5个监测站。GPS信号接收机的任务是，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。

（3）GPS定位的精度。GPS卫星播发有测距码、导航电文和波长很短的载波等三种信号。测距码或载波均可单独或联合被用于导航定位。根据GPS接收机定位采用的观测量(接收的信号)是测距码或载波，可将GPS接收机分为测码定位型接收机和测相定位型接收机。测码定位接收机根据其型号不同定位精度有十米级、米级和亚米级。测相定位的接收机精度可达到毫米级。GPS定位精度除了和GPS接收机的类型有关，还与GPS的观测方法有关。

①只有一台接收机用于接收GPS卫星信号进行定位称为单点定位(也称绝对定位)。一台接收机开机几秒钟后，就可实现定位。一般情况下，各种类型的接收机单点定位的误差为2～3m，通过较长时间观测或采取特殊方法可提高单点定位的精度。

②两台测码型接收机同时工作，其中一台接收机安置在已知坐标的固定参考点上连续观测，另一台移动接收机则依次移动到在各待测点上测量，观测结束后经解算得到移动站接收机的定位坐标，这种测量方法称GPS差分测量。若GPS之间观测数据通过数传电台传输，实时解算出测量的坐标，这种观测方法称为实时差分GPS定位(DGPS)。GPS差分定位的精度可达0.2～2m。

③测相型接收机测量是用两台以上接收机同时观测相同的卫星，通过对观测数据组差求解后，解算出两测点之间的基线向量，这种测量是相对定位测量。相对定位测量主要有静态(Static)、快速静态(FastStatic)、准动态(GoandStop)、动态(Kinematic)、实时动态(RealtimeKinematic)等几种测量方法。前四种测量方法要求仪器静止观测时间从几个小时到几分钟不等，测量精度从毫米级到厘米级，作业精度完全能够满足水域测量定位的要求。但这四种方法均是建立在测后数据处理才能提供定位成果。实时动态测量也称RTK测量，是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果，并达到厘米级精度。因此，RTK测量是水文测量定位较理想的一种测量方法。

④关于GPS RTK测量。在RTK测量模式下，参考站借助数据链将其观测值及测站坐标信息一起发给流动站。流动的GPS接收机在采集GPS卫星播发数据信号的同时，通过数据链接收来自参考站的数据，并通过GPS的数据处理系统实时组差解算，可每秒1～10次地给出厘米级精度的点位坐标。

RTK作业硬件配置为一对GPS接收机(最好为双频机)，一对数传电台及相应的电源，同时还要有能够实时解算出流动站相对于参考站三维坐标成果并能完成相应的坐标变换、投影计算、数据记录、图形显示及导航等功能的软件系统。这种软件均由GPS接收机厂商开发提供，且不同软件的操作界面和使用方式有明显的差异，但主要功能上大同小异。一个参考站可以同时为其电波覆盖半径以内（一般不大于20km）的多个流动站提供服务。

（4）GPS系统的特点。

①定位精度高。GPS相对定位误差：在50km以内，可达到10～6cm；在100～500km以内，可达10～7cm；在1000km以上可达10～9cm。实时测量的精度也达到厘米级。

②观测时间短。随着GPS系统不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15～20min，快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min，动态相对定位测量时，流动站出发时观测1～2min，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。实时动态测量，可立即得到测量结果。

③站间无需通视。GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标费用。

④可提供三维坐标。经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。

⑤操作简便。随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程度，接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。使野外工作变得轻松愉快。

⑥全天候作业。目前GPS观测可在一天24h内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。

4.6.4　建筑物标志法

在渡河建筑物（如桥梁、渡槽）上设立标志，一般宜采用等间距的尺度标志。测量时利用已做好的标记，可直接读出各测点（垂线）的起点距。此法也称为直接观读法。

4.6.5　地面标志法

地面标志法宜采用辐射线法、方向线法、相似三角形交会法、河中浮筒式标志法、河滩上固定标志法等。河滩上固定标志的顶端，应高出历年最高洪水位。采用此法确定测深、测速垂线的起点距时，应使测船上的定位点位于测流断面线上。每年应对标志进行一次校检。

4.6.6　直接量距法

采用直接量距法测定桩点、垂线的起点距时，第一条垂线或第一个桩点应以断面的固定桩为始点，第二条垂线或第二个桩点以第一条垂线或第一个桩点为起始点，依次量距。量距时应注意使钢尺或皮尺在两垂线或桩点间保持水平。

4.6.7　断面索法

对于河面不太宽的缆索站，可利用架设在横断面上的钢丝缆索，在缆索上系有起点距标志，可直接在断面索上读取垂线起点距。

用断面索法测定起点距的误差，主要取决于断面缆索的垂度，当断面缆索的垂度小于断面索跨度的6/100时，起点距测读的相对误差小于1/100。

每年应采用经纬仪测角交会法检验起点距标志1～2次。当缆索伸缩或垂度改变时，原有标志应重新设置，或校正其起点距。跨度和垂度不固定的过河缆索，不宜在缆索上设置标志。

4.6.8　缆道测距

使用水文缆道的测站，一般采用计数器测定垂线起点距。该方法是利用安装在室内的计数器，测记循环索放出或收进的长度。因此，缆道测距也称计数器法。由于，循环索长度表示的是某一段的曲线长度，它与水平方向的起点距有一定的差异，因此，室内计数器测记的数值并不能直接代表起点距。消除这种误差的一般方法是，采用经纬仪进行比测率定，即在室内用记数器记数的同时，用经纬仪同步测定该垂线起点距，根据率定的这些资料，可建立循环长度与垂线起点距的关系曲线，据此可将计数长度转换成垂线的起点距，这种方法相当于作垂度影响的改正。

4.6.9　测距仪法

大断面和水道断面的起点距，均以高水时的断面起点桩（一般为设在岸的断面桩）作为起算零点。起点距的测定也就是测量各测深垂线距起点桩的水平距离。可采用测距仪或全站仪等，直接测量测点（或测深垂线）的起点距。可在测点测距，也可在岸上测距。但应注意测距时的视线应水平，若测量时存在俯角（或仰角）或仪器不在断面线上，应予以改正。