GPS RTK无验潮测深在水下地形测量中的应用
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摘要：GPS RTK无验潮测深在水下地形测量中的应用，大大减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，省工省时，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程变得更经济。本文首先阐述了GPS RTK技术水下地形测量的原理，其次，分析了RTK无验潮水深测量时的注意事项。同时，以一应用实例为例，对其进行深入的探讨，具有一定的参考价值。
关键词：GPS RTK；无验潮测深；水下地形测量
1．前言
无验潮水下地形测量是利用GPS RTK技术结合数字测深仪测量水深的一种方法。该方法可按距离或时间间隔，自动采集RTK确定的三维位置及水深数据，只要将GPS天线高量至水面，对测深仪进行吃水深度改正，便可高精度、实时、高效地测定水下地形点的三维坐标。不用进行验潮改正大大减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，省工省时，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程变得更经济。
2．GPS RTK技术水下地形测量的原理
GPS RTK(Real Time Rinematic)实时动态定位技术是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术,它是利用2台或2台以上的GPS接收机同时接收卫星信号,其中1台安置在一个固定的地方以作为基准站,其它作为流动站,这样基准站的电台连续发射差分数据,流动站上连续接收数据,流动站上就可实时计算出其准确位置,通过计算机中软件获取测深仪的数据,并自动滤波,形成水下地形原始数据,这种方法测量的平面位置精度能够达到厘米级,高程精度一般能够达到小于10 cm,对于测量水底地貌完全足够。
3．RTK无验潮水深测量时的注意事项
RTK无验潮测深技术虽已逐步被使用，但是要想得到精确的水深测量图成果，需要考虑诸多因素的影响，只有有效控制每一项影响精度的因素，最终的成果质量才能得到保障。在使用RTK进行无验潮水深测量时有以下几点注意事项：
（1）内河进行无验潮水深测量时应沿河道在已知控制网点上进行比测。根据河道的长度、基准站的位置、RTK有效控制范围，一般每隔3 km在已知高程控制点上进行高程联测，求取高程改正参数，对RTK的高程测量数据进行拟合改正。
（2）利用RTK在海上进行无验潮水深测量时根据测区离岸的距离远近，选择不同的RTK高程改正参数的测定方法。离岸5 km以内的项目一般在陆上2个以上已知控制点上进行RTK参数测定即可。离岸5 km以上的项目一般应在海上设置临时验潮站，临时验潮站数量应根据测区范围的大小满足《水运工程测量规范》的要求，再利用临时验潮站进行高程改正参数的测定。进行无验潮水深测量时一般应选择1～2天进行潮位观测，与有验潮数据进行比较，满足测量精度要求后，方可在后续的测量中采用无验潮水深测量。
（3）为了保证水深测量精度，在无验潮水深测量中，除注意以上影响因素的改正之外，对测深仪器本身误差的改正、声速改正、船速效应等都要进行仔细的处理，避免误差的积累。
（4）GPS数据采集频率一般设置为1 s,而测深仪一般为0.33 s,也就是1 s采集3个数据.正是这种周期性采集方式,特别是测深仪受船速的影响非常大,由于测深仪是根据超声波到达水底后放射回波来确定水深的。如果船速过高,采集的数据表现很大的延时性,也就是说测得的水深数据和实际平面位置出现较大的差距。在工作过程中应该经常检查吃水深浅和电子线,船速应均速,并且小于8 m・s-1速度.
4．应用实例
钦州港中石油减载平台工程位于钦州港犀牛角周围海域,为满足初步设计的需要,对拟建区域需进行大比例尺的水下地形测量。由于测量范围大,地形复杂,气候条件差,因此本工程采用具有实时动态差分功能的SCORPIO 6502/SK GPS接收机来导航定位。参考站设在视野开阔的制高点上,周边100 m无强磁场或电信干扰,流动站设在测量船上,GPS天线与换能器固定在同一测杆上,并量取了GPS天线到换能器发射面之间的距离。GPS接收机的数据采样率设置为1s,测深仪采用ODEMDF3200测深仪,其数据采样率设置为10次/s。由于GPS接收到的是WGS-84系中三维坐标,而我们工程中使用的是54北京坐标和85国家高程基准,因此尚需通过坐标转换模型计算空间转换7参数(DX、DY、DZ、RX、RY、RZ、K),才能用于导航定位无验潮测深。为了比较分析验潮与无验潮的泥面高程数据,在测区内设立了3个验潮站,选择了一块验潮精度高的区域进行试验。在内业处理中,分别以验潮、无验潮2种方式确定水下某一点的泥面高程。
（1）作业准备
作业前首先做星历预报，根据测量区域所处的经纬度，选择最佳作业时间，避开卫星数少和PDOP、HDOP不佳的时段，以提高成果精度，制定可行、高效的作业计划，确保顺利地完成任务。
（2）设计航线
由于水利工程地形看不见起伏，不象陆上地形测量可以选择地形特征点进行测绘，只能用测深线法或散点法均匀地布设一些测点。所以一般根据任务书的要求和测区实际情况，设计合理的测量航线。航线设计应注意几点：①测线间距。在计划测线间距时，要考虑避免出现空白和重叠，关键的区域要加密测线。②测线方向。选择合理的方向能精确地绘出等深线。测线方向应当尽可能垂直于预计的等深线。
（3）求取三参数或七参数
利用TGO软件或HYPACK软件求取三参数或七参数进行基准转换，所求的△X、△Y、△Z值都要小于±100米较好，否则重求。
（4）数据采集
①架设基准站，接好连结线，输入正确的坐标、参数，发射信号。
②船台（流动站）要固定好GPS卫星接收天线、无线电接收天线和测深仪换能器，连接好测深仪、GPS和计算机之间的连线，风浪大的区域要使用波浪补偿仪消除纵横摇的影响。在HYPACK软件中设置好仪器端口，输入正确的投影参数，正确驱动换能器和GPS。在Setup窗口中选中Tide Gauge项，记录水位改正值。设置完成后，按下开始操作键，软件便会自动计算水位值、水深值和三维坐标值并存贮。原始数据中“，RAW”记录了点位的三维坐标“，QUA”记录了采集数据的质量，“TID”记录了水位。
（5）数据的后处理
数据采集结束后，先对原始数据进行滞后改正后再进行编辑。在编辑时要选中“Advanced”选项，对RTK水位进行修正。编辑完成后利用HYPACK软件或自编的软件输出所需格式数据。
5．结语
随着时代的飞速发展,测绘技术也在飞速前进,现代测量方法大大提高了生产效率,降低了成本,减轻了劳动强度,其中以GPS RTK无验潮测深技术为代表的水下地形测量方法,以其简单、快速、高效的特点更是得到了广大测绘工作者的认可并广泛应用到工程测量中,发挥了不可估量的作用。
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