试论GPS技术在航道测量中的应用

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　　摘 要 作为一项全天候、高精准度的定位系统，GPS具备十分显著的优势特征，比如费用低、定位速度快、操作方式简便等等。因此其不仅在测量工作中有着广泛应用，同时在导航学和相关领域中也有着明显发展。基于此，本文就将针对GPS的组成和特点作为研究基础，进一步分析GPS技术在航道测量工作中的应用情况，希望对测量行业发展提供一定帮助作用。
　　关键词 GPS技术;航道测量;应用
　　随着近年来社会经济和科技发展需求，我国GPS技术作为一项重要研究项目也得到更大应用与发展。GPS技术的出现为岸上各类工民建测量、水下勘探和地形测量等精密性工作的开展都提供了科学便捷的工作方案，并且也帮助人们对诸多不熟悉的地方进行了研究，有着显著便利性特点。如测深工作中，可以将GPS接收机和测深仪器两者进行结合，GPS接收机负责用于进行定位测量，而测深仪器可以对水深进行采集，通过数据的同步电子采集记录和专业测量测绘软件指导，由此可在工作中组成相应完整的一套自动化测量系统。为此，本文就将对GPS技术在航道测量中的实际应用进行研究，希望对后续测量工作和航道建设工作提供更科学的指导作用。
　　1 航道测量基础作用和基本方式
　　航道测量在航道维护和管理过程中有着十分显著的积极作用，由于工作目标存在较大差异，所以工作的内容也存在明显不同[1]。航道测量其他测量作业具备许多相同的原则要求，但是和其他测量工作性质不同，就具体测量内容而言，航道测量和一般测量方式相同点虽然都需要在作业中对地形地貌情况进行测量，但是航道测量工作还主要需要对水下的碍航浅礁等三维坐标进行测量乃至包括流速流态流向等水文情况进行测量。可见航道的测量对于航道建设和维护都有着不可忽视的基础性作用。
　　而GPS在对航道进行测量的过程中，主要工作原理就是用户的GPS移动站接收机通过接收GPS卫星发播的无线电定位信号，以及接收基准站发送的差分解算数据，使移动站可以在最短时间内获得定位固定解、从而得出精确的亚米级或厘米级三维坐标成果，并且通过配合声波测深仪对同步定位的位置测深记录。在对测量位置进行定位的过程中，主要原理就是借助测距交会原理对点位进行明确;对测量位置进行测深的过程中，就是通过对水下发射声波往返记录计算，获得所在位置瞬时水深。所以在进行航道测量中，通过GPS定位技术进行平面坐标定位或厘米级精度的RTK实时动态定位以采集三维坐标数据：平面x、y坐标加上实时水位高程z，同时测深仪器通过单波束或多波束在水中的反射波来准确掌握坐标位置的水深情况h，实时水面高程z减去实时水深h即为实时水下岩面高程。因此测深中任意一点的记录实际上都是三个参数：x、y、（z-h）。
　　2 GPS技术在航道测量中的应用
　　在实际角度上来说，航道测量是个兵马未动侦察先行的工作，它就是为设计、施工和管养等后继工作而准备基础地理信息的，需要在测量环节中将两岸情况及水下地形进行测量出成果以供使用参考。比如在对航道整治进行设计的过程中，需要根据河流多年水文站实测资料以及地质地形水深等进行设计，借助沿程水位站水尺水位相关分析法、以及全程瞬时水面线观测法，包括频率分析法、保证率频率法等确定设计最高通航水位及最低通航水位，利用航道整治工程数学模型研究计算设计流量下整治后的水面曲线。所以一般情况下，合理借助航道测量包括在两水文站之间补充加密临时水尺则及测量等，可以更准确地掌握基础的测量信息或是数据为设计服务。此外，在对航道进行测量的过程中应该保证区间布设水尺的合理设置，通过对各区域设计水位的掌握，顺利开展测量工作。所以GPS技术在航道测量中可以为水深、地形、包括整段航道全程瞬时水位成果的测量发挥作用。
　　2.1 GPS控制网测量
　　在对GPS控制网进行网形设计的过程中，首先需要根据测量任务要求对GPS网的精度和密度等问题进行明确，从而和规范要求进行有效融合，之后更有效的对不同点之间的连接方法进行优化。平面控制网的建立采用GPS静态测量完全可以满足精度要求，高程控制网GPS高程拟合精度虽然《水运工程测量规范》规定可代替四等水准测量，但《工程测量规范》（GB5006-2007）和其他行业测量规范则规定代替五等水准测量，特别是GPS高程不能超出拟合高程模型所覆盖范围。而若在山区因为大地水准面起伏大，应适当增加水准重合点进行观测，用GPS测定大地高和水准测定正常高计算出高程异常，采用数字拟合确定该区域中其他点的高程异常，采用的已知水准点越多，拟合精度越高[2]。在将所布设网点采集的WGS-84 坐标系成果转换成当地坐标系以供工程使用时，若带状区域慎用曲面拟合，如重合点数达到三或是三以上，借助布尔萨七参数法进行必要的数据转换成当地坐标系数据。在对航道进行测量的过程中，由于河道狭窄道路弯曲性较为明显，所以很容易造成对控制网布设产生负面影响，在对控制网进行建立的过程中，要注意避免长短边问题，如网形角度设计注意要大于30?，从而将网形布设方整，避免最短边建网问题的出现等。
　　2.2 岸上地形测量
　　地形测量分为水上和水下两部分，无论水上水下，本质上都是主要进行地形的三维坐标采集记录处理，所以在通过如上控制网的有效设计和测算，GPS校核控制点得出当地坐标系的转换参数后，就可以根据测绘区域计划，根据相关测量规范和要求进行GPS碎步测量，采集地形坐标数据和地物勾绘记录，然后在后继的内业作业中处理成果出图。但是采用GPS技术进行河道野外测量时，要注意尽量避开树林、高山峡谷等天空被遮蔽阻挡地区，或者避免在高压线附近底下作业，以免造成GPS信号受干扰定位不精确，这时就要用传统的水准仪全站仪等测量工具作补充。
　　2.3 水下地形测量
　　在对水下地形进行测量的过程中，需要在临近控制网的区域对地形施测站点进行选择，架设好基准站好，利用已知点对GPS流动接收机进行检验校核，再和超声波回声探测仪进行连装，利用打水板等对测深仪所测水深读数进行校验改正，使各项误差符合《水运工程测量规范》等规定的允许误差值之内。这样通过对流动接收机以及测深仪的设置校核，再有效根据河道断面变化情况、流速大小等情况进行布计划线施测。在进行测量的过程中，注意船速的控制和所采集数据的精确度比如因为水泡、水草以及淤泥等造成的假水深问题，以及补测因为信号问题而缺失记录等情况。由于水下地形施測往往会受到较为显著的经济影响，所以在对方案进行选择的过程中也要选择一些简便的方案，比如在较浅难测区域用探杆等潜代测深仪。基于经济性、便捷性、准确性综合因素来说，目前GPS水下地形测量已经成为国内主要采用的定位测探技术。
　　3 GPS技术的局限性和改进
　　虽然目前GPS技术得到了十分显著的发展，但是外部环境对于GPS技术的使用和精准度也会产生一定影响，比如近距离的高压线路、建筑物高山和高大树木都可能对GPS接受准确度产生影响，基站与移动站之间的差分信号传输也受影响，所以在实际测量过程中需要尽量避开这类障碍物。在接收卫星信号困难地区，往往只能借助全站仪和水准仪实现对附近测量任务的开展。当然在当前GPS技术不断发展和进步的过程中，上述因素对于测量工作的影响也明显降低，比如当前国内主流的GPS接收机日趋融合接收俄罗斯卫星GLONASS信号、中国北斗BDS（且预留对欧洲GALILEO信号的升级接收），我们在澜沧江的工程实践中证明，随着卫星的增多、加上配合中继电台等新技术采用，GPS的卫星信号跟踪及数据链传输性能在信号困难地区由此获得显著改善。
　　4 结束语
　　综上所述，测绘任务的发展受到航道测量技术的影响较大，通过对多次航道测量数据的研究发现，将GPS技术应用到布网工作中，在对软件进行基线求解或是测绘软件过程中，相比传统导线测量手段，可以实现更有效的帮助作用，达到事半功倍的效果。此外，在测绘技术不断发展和进步过程中，航道的测量发展也会得到明显进步，并在工作中形成简便和高效的工作优势，这对于航道测量的发展而言必然是十分显著和积极的。所以，GPS定位技术和测深技术因其经济性、便捷性和达到相当的精确性，加上智能化自动化趋势，也将成为今后我国航道工程测量中最重要的发展方向。
　　参考文献
　　[1] 李发忠.GPS技术在航道测量工程中的应用[J].交通世界（运输.车辆），2013，26（11）：126-127.
　　[2] 马迁，朱继文.GPS 水准高程拟合精度分析[J].煤炭技术，2001，28 （01）：150-152.
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