GPS结合测深仪在水库水下地形测量中的应用
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摘要：本文以象山县大塘港水库为例，主要对GPS-RTK测量技术及水深测量系统、GPS结合测深仪的测量原理、测量仪器的配置、GPS结合测深仪实施水下地形测量、GPS结合测深仪测量优点以及测量注意事项进行了研究和分析。
关键词：GPS；测深仪；水库；水下地形测量
引言
在城市建设中，水下地形测量工作是基础，它能够提高城市的防治、航运能力等。另外，水下地形测量在水库工程中也是比较基础的一项工作。水下地形测量就是利用测量仪器将水地点的三维坐标过程确定下来，传统水下地形测量主要是用经纬仪、水准仪等一些仪器来进行，每次测深操作测深开关的操作都需要操作人员亲自来做，同时向各测站发送施测信号主要是通过对讲机来进行。各测站受到信号同时将其记录下来，经过计算，描绘成水下地形图。传统的这种测量方式需要很多人员的支持和配合，人员较密集，工序较繁琐，工作人员工作强度大、效率低，并且难以保证精度。随着电子技术的快速发展，GPS结合测深仪成为了水下地形测量的重要工具。本文以象山县大塘港水库为例，主要对水库水下地形测量进行分析，为满足工程可行性研究阶段的需要，对库区进行1∶1 000水下地形图测量。
1.GPS-RTK测量技术及水深测量系统
1.1 GPS-RTK测量技术
GPS-RTK测量技术是一个实时动态定位技术，此技术是建立在载波相位观测基础上，对于流动站在既定坐标系中实时的三维坐标数据，此技术能够给予提供，在一定范围内，精度可达到厘米级。GPS-RTK测量系统主要包括基准站接收机、电台、移动站接收机。如果在CORS基站网络服务范围内有测区存在，那么测量工作就可以运用网络RTK技术来开展，从而就可以将基准站接收机部分省去。
1.2测深系统
测深系统主要的组成部分包括工控电脑、水深采集软件、测深仪。测深系统为了能够使换能器产生的蜂鸣噪音得以降低，其具有变频功能，并且还能够使回声强度增强，深测仪的测深性能得以提高。有些测深系统能够进行断面设定，其测量可以沿指定断面航线来进行，这主要是由于这些测深系统具有导航测深功能。
2. GPS结合测深仪的测量原理
GPS-RTK结合测深仪在水库水下地形测量定位点坐标与高程，直接在测深仪换能器的正上方安装GPS流动站天线，这样能够在测量过程中保证GPS测量的点位于测深仪测量的水下点位在同一铅垂线上。在测量过程中，对换能器底部坐标、高程用GPS测定时，定位点的水深能够通过测深仪测定出来，水下定位点的高程就是用GPS测量的高程与测深仪测量的水深之差，换能器的坐标也就是定位点的坐标。在RTK作业模式下GPS可以将待测点位的坐标高程实时获取到，定位精度可达到厘米级。目前10Hz为GPS输出的一般频率，而其高一般可达到20Hz，只在很小的程度撒花姑娘延迟了定位位移；通过软件来控制测深仪的定位时间与GPS的定位时间的延迟，控制GPS数据采集与测深仪测深的软件应该装在计算机上，从而使GPS数据采集与测深仪测深的同步能够得到控制。在测量过程中，测得的数据主要是通过计算机显示在计算机显示器上，采集数据的稀疏程度可以通过计算机来判别，并且导航还可以根据相应的软件来进行，从而使测量数据在测区范围内得以保障。
3.测量仪器的配置
通过数据线将GPS-RTK流动站的接收机与测深仪连接起来，这主要是用于进行导航定位并实时采集测量点的三维坐标。为了平面定位和高程测量精度得以确保，GPS-RTK机型要选择性能好的双频接收机。
4. GPS结合测深仪实施水下地形测量
本工程采用两台Trimble RTK GPS流动站及一台Trimble RTKGPS基准站进行水上平面定位和水面高程测定，水深测量采用两台中海达测深仪进行，导航软件采用“Haida海洋测量软件28”。导航软件自动同步定位、导航和采集水深。为了消除计算机和GPS时钟误差，导航软件的定位、导航和采集水深的时间统一为GPS的时钟时间。流动站天线到水面高和天线偏差每天作业前均用小钢尺精确量取，并设定到导航软件(在测深仪计算机中)和RTK手簿中，同时岸上用全站仪测定水面高程，与导航软件测定的水面高和RTK测定的水面高进行比对，再用测尺测定水深，与测深仪测定的水深进行比对，所有比对结果一致后才开始作业。水下数据采集为每秒一组，然后内业进行数据筛选。为了保证水面高程测定的精度和可靠性，每天水下测量的同时在岸边进行全站仪直接验潮，在水下作业开始前10 min进行测定，时间间隔10 min，一直持续到水下作业结束后10 min。水下地形测量按断面法进行布线，断面间距100 m，断面与堤线连线垂直。计划测线覆盖整个测区。水下地形测量除按计划测线进行测量外，还在测区测量了约75 km的重合或相交测线进行水下高程比对，经检核重合区域的高程较差不大于±10 cm。水下地形测量数据采集的数据转换采用“Haida海洋测量软件28”转换成“南方CASS成图系统”软件的数据格式，与陆地地形合并，进行数字化成图。
5.GPS结合测深仪测量优点
传统的水下测量模式的缺点其实在本文引言部分已经提到，这里不再重复。与传统的水下测量模式相比较，GPS结合测深仪测量模式具有以下优点：（1）具有较高的定位精度。GPS结合测深仪测量模式进行测量时其精度可以达到厘米级，要比传统的水下测量模式高一个级别；（2）具有较高的工作效率。传统的水下测量是一个人员密集型工作，而GPS结合测深仪测量模式完成整套数据采集工作只需3个人就可以，并且其还能够根据实际需要进行补测；（3）水面变化但是水下地形点高程是不受影响的，其获取可以通过设置直接实现。而传统的水下测量模式随着水面变化期高程也会变化，这样处理起来比较困难，而且也影响测量精度；（4）GPS结合测深仪测量模式其工作是不受环境和时间限制的，可以实现全天候的作业。
6.测量注意事项
（1）在数据采集的时刻，要尽可能保持船体不要倾斜，如果船体倾斜，则会对测深仪的水深测量、GPS的定位位置与测深仪测量水下点位位置都产生偏差。在水流较缓的河流中，可以减慢船的行驶速度，可保持船体的水平；对于河流流速较大，则最好采用船体自身质量大的船只，也能较好的保持船体的水平。（2）在GPS流动站工作的开始与结束，都需要对已知点进行检校，保证测量数据的准确；在测深仪开始工作前后，也要对测深仪进行检校，保证水深测量正确性。（3）基准站架设位置要求位置较高，但不宜远离测区，并且卫星接收机上方应无遮挡，基准站远离高压电线与通讯塔，以保证船上的流动站能够实时得到固定解。（4）数据采集的过程中，只有在RTK为固定解时，并且测深仪数据显示正常的情况下，才能对数据进行存储。（5）要求准备充足的电瓶，在船上，测深仪、计算机都需要电源才能正常工作。
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