淺議GPSRTK在水利工程水下地形測(cè)量中應(yīng)用

1、淺議gps rtk在水利工程水下地形測(cè)量中應(yīng) 用摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了 gps、rtk技術(shù)水下地形測(cè) 量系統(tǒng)的原理及在水下地形測(cè)量中的一般步驟程序，并結(jié)合 中海達(dá)測(cè)深儀在水利工程中的應(yīng)用，重點(diǎn)通過(guò)對(duì)rtk技術(shù)在 水下地形測(cè)量中影響精度因素的分析，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措 施，從而對(duì)質(zhì)量進(jìn)行有效控制，最大限度地避免重測(cè)現(xiàn)象的 發(fā)生。摘要：地形測(cè)量系統(tǒng)；操作程序；系統(tǒng)特點(diǎn)1前言我公司主要業(yè)務(wù)是采用挖泥船進(jìn)行水利工程中河道工 程的疏浚和擴(kuò)挖，因此，經(jīng)常要進(jìn)行河道水下地形測(cè)量，以 掌握河道疏浚工程質(zhì)量。并且工程完工驗(yàn)收，也是需要進(jìn)行 大范圍的河道水下地形測(cè)量。水利工程測(cè)量較其它工程有許多不同點(diǎn)：（1）水利工程

2、 多位于相對(duì)偏遠(yuǎn)的地區(qū)，已知控制點(diǎn)少；（2）測(cè)量區(qū)域一般 由分散的水工建筑物或帶狀河道組成；（3）建筑物測(cè)量要求 精度高，河道測(cè)量精度不高；（4）工作條件復(fù)雜，通視條件 差，河道測(cè)量工作中經(jīng)常遇到樹(shù)木遮擋，水上測(cè)量困難。以往的水利工程水下地形測(cè)量，主要采用斷面索（測(cè)繩） 或水準(zhǔn)儀視距法或經(jīng)緯儀交會(huì)定位，利用測(cè)深錘測(cè)量水深， 該測(cè)量方法不僅操作困難、投入人力多、效率低，受氣象的 影響大，外業(yè)測(cè)量人員很艱苦，成圖時(shí)間長(zhǎng)，而且精度差。 隨著工程測(cè)量數(shù)字化技術(shù)和設(shè)備的不斷推廣應(yīng)用，近幾年， 采用超聲波測(cè)深儀和gps全球定位儀組成水下地形測(cè)量系 統(tǒng)，能十分方便、快捷、高效、精確地進(jìn)行河道河床水下地 形觀

3、測(cè)。2 gps rtk水下地形測(cè)量系統(tǒng)組成河床水下地形觀測(cè)主要是測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)的水平位置和 相應(yīng)的水深，并通過(guò)水位等數(shù)據(jù)來(lái)推算各測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的高程， 從而繪制出河床斷面圖或水下地形圖。以往對(duì)斷面寬在100 m之內(nèi)的河道，主要通過(guò)拉過(guò)河斷面索法來(lái)測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的水 平位置，而對(duì)于河道較寬，拉過(guò)河斷面索困難的河道測(cè)量， 往往采用水準(zhǔn)儀視距法或經(jīng)緯儀交會(huì)法。對(duì)水深往往采用測(cè) 深錘、測(cè)深桿、鉛魚(yú)等方法測(cè)量，然后通過(guò)相應(yīng)的水位計(jì)算 出各測(cè)點(diǎn)的高程。采用上述方式進(jìn)行測(cè)量，不僅測(cè)量困難， 工作效率比較低，而且受水流、風(fēng)浪等因素影響，測(cè)量精度 也不高。隨著gps技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)rtk測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中 得到了大大應(yīng)用

4、，目前，gps rtk技術(shù)在水利工程河道測(cè)量 工作中基本上取代了以往的測(cè)量方法。采用超聲波測(cè)深儀配 備rtk gps全球定位系統(tǒng)組成一個(gè)水下地形測(cè)量系統(tǒng)，利 用測(cè)深儀測(cè)量水深，gps全球定位系統(tǒng)提供測(cè)點(diǎn)的三維坐 標(biāo)。2. 1超聲波測(cè)深設(shè)備超聲波測(cè)深儀主要由超聲波換能器和測(cè)控裝置兩部分 組成。超聲波換能器用于超聲波發(fā)射和接收，測(cè)控裝置控制 儀器發(fā)射、接受和對(duì)接受數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。它是以水體為 超聲波媒介，測(cè)深時(shí)將超聲波換能器放置于水下一定位置， 換能器到水底的深度可以根據(jù)超聲波在水中的傳播速度和 超聲波信號(hào)發(fā)射出去到接收回來(lái)的時(shí)間間隔計(jì)算出來(lái)。2.2 gps全球定位系統(tǒng)在河道河床水下地形觀測(cè)時(shí)，

5、利用gps全球定位系統(tǒng) 可以測(cè)定各觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即：水平位置和高程。我們 常用的中海達(dá)雙頻rtkgps定位系統(tǒng)，它由基準(zhǔn)站和移動(dòng)站 組成，其中，基準(zhǔn)站包括：一體化藍(lán)牙gps接收機(jī)、無(wú)線發(fā) 射電臺(tái)、遙控終端和電源系統(tǒng)，移動(dòng)站包括：gps接收機(jī)、 藍(lán)牙手簿等。其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2o3水下地形測(cè)量系統(tǒng)主要操作程序在較開(kāi)闊場(chǎng)地架設(shè)固定基準(zhǔn)站、電臺(tái)，安裝gps接收 機(jī)；在小船上安裝固定超聲波測(cè)深儀，并將gps移動(dòng)站與 測(cè)深儀連接；啟動(dòng)gps,通過(guò)控制手簿設(shè)定系統(tǒng)坐標(biāo)；啟動(dòng) 測(cè)深儀，設(shè)定坐標(biāo)、水深、工作頻率等基本參數(shù)；采用計(jì)劃 線或散點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)采集、貯存；將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入專 用水下地形測(cè)量繪圖軟

6、件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析，繪制水下地 形圖。4水下地形測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)超聲波測(cè)深儀配上雙頻rtkgps定位系統(tǒng)，組成了一套 先進(jìn)的水下地形測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅體積小、操作簡(jiǎn)單， 而且測(cè)量精度高、工作穩(wěn)定可靠，可全天候工作，主要特點(diǎn) 有以下幾點(diǎn)：（1）操作簡(jiǎn)單易學(xué)無(wú)論是超聲波測(cè)深儀，還是rtkgps定位系統(tǒng)控制手 簿，都配備了 windows操作系統(tǒng)，全中文界面。超聲波測(cè)深 儀配備12英寸電阻式觸摸屏和專業(yè)導(dǎo)航測(cè)量系統(tǒng)，操作簡(jiǎn) 單易學(xué)。（2）工作快捷方便測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備安裝方便，操作簡(jiǎn)便。測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量 船只可以在測(cè)深儀導(dǎo)航系統(tǒng)的指示下按斷面行走，也可按散 點(diǎn)測(cè)量法在測(cè)量范圍內(nèi)任意行走。測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)須人工

7、記錄， 由測(cè)深儀電腦自動(dòng)記錄保存。（3）測(cè)量精度高該水下地形測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)連續(xù)、即時(shí)顯示和保存， 工作穩(wěn)定，測(cè)點(diǎn)數(shù)量多，測(cè)量精度高，而且可基本消除波浪 對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)的影響。為了減小定位誤差，一般將gps固定 站與移動(dòng)站的最大距離控制在1 km范圍內(nèi)，因此，測(cè)量精 度完全滿足規(guī)范要求。(4) 數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單測(cè)深儀可以實(shí)時(shí)記錄保存各測(cè)點(diǎn)的水平坐標(biāo)、高程和水 深，將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入裝有水下地形繪圖軟件系統(tǒng)的電腦，即 可繪制出水下地形圖、斷面圖，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。5實(shí)際應(yīng)用情況我公司自2003年開(kāi)始應(yīng)用中海達(dá)gps星標(biāo)機(jī)到2007年 開(kāi)始應(yīng)用中海達(dá)gps rtk加測(cè)深儀進(jìn)行河道地形測(cè)量技術(shù)， 經(jīng)常利用該

8、水下地形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)我們施工的河道工程進(jìn)行 斷面觀測(cè)和水下地形觀測(cè)，實(shí)際應(yīng)用情況證明，應(yīng)用該水下 地形測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行河道工程測(cè)量，使得過(guò)去非常耗時(shí)、耗力 且困難重重的水下地形觀測(cè)變得十分方便、快捷，尤其是測(cè) 量精度大大提高。利用該設(shè)備，只要配備一條船、幾個(gè)人， 不僅測(cè)量速度快，節(jié)省人力，更重要的是測(cè)量精度得到了保 證，而且數(shù)據(jù)處理也十分快捷。在使用中我們認(rèn)為影響測(cè)量精度的主要因素為：(1) 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間無(wú)線電信號(hào)傳播質(zhì)量對(duì)gps 定位精度的影響較大，因此，基準(zhǔn)站最好遠(yuǎn)離無(wú)線電發(fā)射站、 變電站、高壓線路等無(wú)線電干擾源，與大面積水域保持距離。 基準(zhǔn)站也不能放置在離建筑物太近的地方，否則會(huì)影響對(duì)衛(wèi) 星定位信號(hào)的接收。(2) 要在每次測(cè)深前，對(duì)測(cè)深儀作零位和測(cè)深比對(duì)校 正。根據(jù)水質(zhì)變化情況，適當(dāng)調(diào)整測(cè)深儀的工作頻率，并利 用測(cè)深桿(錘)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，以選擇合適的工作頻率。(3) 由于gps采樣與測(cè)深儀采樣頻率不完全同步，工 作時(shí)因測(cè)量船不停移動(dòng)，加之風(fēng)浪影響，測(cè)得的平面位置和 水深可能會(huì)存在誤差，因此，測(cè)量船的航行速度要盡量保持 平穩(wěn)，且不能太快，風(fēng)浪大時(shí)要停止測(cè)量。(4) 測(cè)深儀換能器要浸入水下20cm左右，且當(dāng)水深 小于30 cm時(shí)不能準(zhǔn)確測(cè)量，需要用測(cè)深錘(桿)進(jìn)行補(bǔ) 測(cè)。6結(jié)束語(yǔ)采用超聲波測(cè)深儀和gps全球定位系統(tǒng)組成的水下地 形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)水