RTKGPS技術(shù)在水深測量中的應(yīng)用初探

1、無驗(yàn)潮法在航道測量中的應(yīng)用廣東正方圓工程咨詢有限公司 霍熾漢摘要：介紹無驗(yàn)潮水下地形測量方法在航道測量中的應(yīng)用，分析了使用該方法的優(yōu)劣性。關(guān)鍵詞：水下地形測量 GPS RTK 無驗(yàn)潮 1 引言 GPS RTK最早應(yīng)用于水上測量時(shí)，方法仍同DGPS一樣，用來獲得平面定位數(shù)據(jù)，只是定位精度提高了很多。很長一段時(shí)間GPS只是作為確定平面位置的方法。近幾年隨著RTK的普及和水上導(dǎo)航測量軟件的成熟，一種新型的水上測量方式得到推廣，并漸漸成為日后發(fā)展的趨勢，這就是無驗(yàn)潮水下地形測量方法。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹無驗(yàn)潮水下地形測量方法應(yīng)用，以供參考。2 無驗(yàn)潮水下地形測量基本原理當(dāng)前GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相位差分（R

2、TK）的定位精度普遍為：平面10mm+1ppm，高程20mm+1ppm。無驗(yàn)潮水下地形測量的基本原理是利用RTK測得的GPS天線精確的三維坐標(biāo)（X，Y，H），其中X、Y確定定位點(diǎn)的平面位置，RTK高程結(jié)合由測深儀同步測得的水深換算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，從而獲得水下地形數(shù)據(jù)，見圖1。5用戶可以測得的數(shù)據(jù)： h：GPS天線到水面的高度 H：GPS接收機(jī)測得的高程（水準(zhǔn)高） S：測深儀測得的水面到水底的深度 用戶需要得到的最終數(shù)據(jù)： B：水底到水準(zhǔn)面的距離 即通常說的水深值 C：水準(zhǔn)面到水底的距離 即通常說的水底高程 由圖1得出： C= (H h) S ； B= S (H h )

3、3 航道水深測量的應(yīng)用水深測量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)字化測深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件等組成。測量作業(yè)分三步來進(jìn)行，即測前的準(zhǔn)備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。在東江中游航道測量中，為滿足航道整治施工圖使用的需要，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，需對該水道進(jìn)行12000水下地形圖測量。測區(qū)內(nèi)早期施測的I、II級導(dǎo)線點(diǎn)和IV等水準(zhǔn)點(diǎn)，可以作為12000水下地形圖測繪控制點(diǎn)。作業(yè)采用的儀器設(shè)備軟件有：法國THALES Navigation公司生產(chǎn)的雙頻RTK Z-MAX接收機(jī)2臺(tái)套，其中1臺(tái)作為岸臺(tái)（基準(zhǔn)站），1臺(tái)為船臺(tái)（流動(dòng)站），HY1600數(shù)字化測深儀1臺(tái)，便攜式計(jì)

4、算機(jī)1臺(tái)，中海達(dá)海洋導(dǎo)航測量成圖軟件1套和南方CASS6.0成圖軟件1套。3.1 測前的準(zhǔn)備(1)建立任務(wù)，設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、轉(zhuǎn)換參數(shù)及圖定義。(2)作計(jì)劃線。3.2 外業(yè)的數(shù)據(jù)采集（1）在GPS控制點(diǎn)上架設(shè)岸站，輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)。（2）設(shè)立岸臺(tái)后，船臺(tái)到附近的控制點(diǎn)進(jìn)行檢測，以確保岸臺(tái)坐標(biāo)和各項(xiàng)參數(shù)輸入正確。檢測結(jié)果符合要求后，方可進(jìn)行GPS RTK數(shù)據(jù)采集工作。（3）將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測深儀和便攜機(jī)等連接好后，打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測深儀接口、接收機(jī)數(shù)據(jù)格式、測深儀配置。把GPS天線至探頭的高度填在天線高處。（4）根據(jù)導(dǎo)航指示，沿計(jì)劃線進(jìn)行水深數(shù)據(jù)采集。3.3 數(shù)據(jù)的后處理

5、在數(shù)據(jù)后處理軟件中輸入繪圖水位，將水深文件中的測深儀測得的水深和GPS高程換算成基于繪圖基準(zhǔn)面的水深。然后和定位數(shù)據(jù)一起導(dǎo)入成圖軟件中編輯水下地形圖。3.4 成果檢驗(yàn)在東江中游航道測量項(xiàng)目中，同時(shí)用驗(yàn)潮方法測量了三段水深。無驗(yàn)潮方法測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過與之對比，水深差值基本小于0.1m。經(jīng)過與傳統(tǒng)方法的對比，證明無驗(yàn)潮方法是可行的。4 作業(yè)時(shí)應(yīng)該注意的若干問題 4.1 有關(guān)岸臺(tái)的問題（1）因?yàn)镽TK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)。所以：選擇地勢較高、較開闊的控制點(diǎn)架設(shè)岸臺(tái)，電臺(tái)天線要盡量高。

6、電源電量要充足，否則也將影響到作業(yè)距離。（2）RTK高程要保證精度，所以要精確量取天線高，并設(shè)入岸臺(tái)中。（3）岸臺(tái)中輸入根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換出來的WGS-84坐標(biāo)，輸入已知點(diǎn)高程。4.2有關(guān)流動(dòng)站的問題（1）記錄要限制為RTK固定解。（2）精確量取天線高（天線至水面的高度），測深儀吃水改正參考同一水面線。（3）差分天線要盡可能的高。4.3有關(guān)繪圖水位的問題東江中游繪圖水位變化較大，每公里約變化0.2m。所以水深數(shù)據(jù)換算時(shí)分段處理，內(nèi)插繪圖水位數(shù)據(jù)，保證段與段之間的繪圖水位差值小于0.1m，這樣每個(gè)繪圖水位控制的換算范圍約為500m。5 無驗(yàn)潮水下地形測量的優(yōu)劣性與傳統(tǒng)的驗(yàn)潮法相比，無驗(yàn)潮水下地形

7、測量具有如下優(yōu)勢：(1) 無須驗(yàn)潮數(shù)據(jù)，減少工作量。驗(yàn)潮法需要專門的人員測量水位或者到相關(guān)部門獲取測量時(shí)段的水位數(shù)據(jù)。無驗(yàn)潮法只需在采集水深的同時(shí)在同一臺(tái)電腦上采集GPS三維數(shù)據(jù)，這樣起碼可以減少一個(gè)讀水尺的工作人員，還不須建一個(gè)或多個(gè)驗(yàn)潮站。(2) 每個(gè)水位都同步、精確，提高精度。GPS高程數(shù)據(jù)更新速度達(dá)10Hz,每個(gè)水深點(diǎn)都對應(yīng)精確的水位值，無須內(nèi)插或外推整個(gè)區(qū)域的水位。(3) 減少浪涌等引起的誤差。驗(yàn)潮法測量中由于浪涌影響，探頭上下起伏使得測得的水深有瞬時(shí)誤差，在最終的數(shù)據(jù)中無法消除。而無驗(yàn)潮法是通過GPS天線高程來推算水下高程的，天線與探頭的相對位置固定，無論船怎樣上下波動(dòng)都不會(huì)改變處理后的水下高程。(4) 數(shù)據(jù)處理方便、快捷。由于所有的數(shù)據(jù)都采集到一個(gè)文件中，并且存在計(jì)算機(jī)中，減少獲取和編輯潮位數(shù)據(jù)的時(shí)間，即時(shí)能進(jìn)行后處理，編輯水下地形圖或斷面圖。另一方面，相對而言無驗(yàn)潮水下地形測量的缺點(diǎn)是：必須用RTK型接收機(jī)，這種接收機(jī)價(jià)格相對高一些。利用無驗(yàn)潮技術(shù)進(jìn)行水深測量，使得水深測量這項(xiàng)工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效，所以不失