GPS-RTK結(jié)合測(cè)深儀在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用

楊 慧，武宜壯

江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局，江蘇連云港 222004

1 概述

1.1 水下地形測(cè)量的重要性

隨著工程建設(shè)的需要和工程開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的需要進(jìn)行水下地形測(cè)量，掌握規(guī)劃、設(shè)計(jì)的資料，為工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。在水利建設(shè)中的河道、港口開(kāi)發(fā)、水庫(kù)庫(kù)容復(fù)核等都要進(jìn)行水下地形測(cè)量，隨著社會(huì)對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)利用，海域測(cè)量同樣越來(lái)越多。在水下地形測(cè)量中對(duì)質(zhì)量要求同樣越來(lái)越高，這就需要在進(jìn)行水下地形測(cè)量中使用新儀器、新技術(shù)，來(lái)減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。測(cè)量工作在防洪減災(zāi)中發(fā)揮重要作用，具有很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 GPS-RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS-RTK系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)3部分組成。GPS-RTK是以載波相位觀測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)，它實(shí)時(shí)地獲得測(cè)站點(diǎn)在特定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。流動(dòng)站是在獲得固定解后接收基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，能夠迅速及時(shí)的獲得所需點(diǎn)的坐標(biāo)，測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)，能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)劃的精度要求。這樣就極大地?cái)U(kuò)展了作業(yè)距離，提高工作效率。

1.3 測(cè)深儀技術(shù)簡(jiǎn)介

測(cè)深儀利用水聲換能器發(fā)出超聲波在均勻介質(zhì)中直線傳播，在遇到不同的介質(zhì)反射的原理。在測(cè)量時(shí)需將換能器發(fā)在水下一定位置，垂直向下發(fā)射聲波并接收水底回波，根據(jù)聲速和回波時(shí)間來(lái)確定被測(cè)點(diǎn)的水深，通過(guò)測(cè)得水深獲得水下地形、地貌的基本情況，通常情況下水下地形測(cè)量采用與陸上統(tǒng)一基準(zhǔn)面和坐標(biāo)系。

1.4 RTK結(jié)合測(cè)深儀工作機(jī)制

RTK結(jié)合測(cè)深儀作業(yè)模式就是既采用RTK實(shí)時(shí)采集的坐標(biāo)、高程又采用測(cè)深儀測(cè)得的水深，即H=H0-（h+hi），式中，H為河底高程，H0為水面高程，h為換能器吃水深，hi為換能器底部到河底的水深。將RTK與測(cè)深儀在作業(yè)過(guò)程中連續(xù)獲得的數(shù)據(jù)，可以真實(shí)反映水下地形的情況，從而獲得水下地形的坐標(biāo)和搞成數(shù)據(jù)。在水下地形測(cè)量過(guò)程中RTK結(jié)合測(cè)深儀技術(shù)使用越來(lái)越成熟，使用得也越來(lái)越廣泛。

2 測(cè)量任務(wù)

2.1 工程概況

灌河位于江蘇省北部連云港市南端，是蘇北地區(qū)最大的入海潮汐河流，唯一在干流上沒(méi)有建擋潮閘的黃金入海通道。西接六塘河諸水，內(nèi)可以經(jīng)鹽河通淮河，外可以直通黃海，具備海河相通、河河相通、河陸相通的良好集疏條件。灌河的干流西起灌南縣境內(nèi)的東三貧，東到灌云縣燕尾港的灌河口，全長(zhǎng)64km，流經(jīng)灌南縣境內(nèi)達(dá)59km。河寬300m～1200m，河道邊坡1：4。灌河為潮汐河道，水深變化很大，平均低潮水深4m～9m，高潮水深7m～12m。灌河堆溝以上流域面積7273km2。

2008年6月3日在灌河堆溝港段進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)，測(cè)得最大流速2.28m/s，基本保持沖、淤平衡狀態(tài)，并略有刷深，因強(qiáng)大的潮汐作用，一直保持其長(zhǎng)、寬、深、直的特點(diǎn)。

灌河口為喇叭型河口，兩岸地面平坦，口外風(fēng)浪較大，口外7.5km處的開(kāi)山島達(dá)最大波高5m以上，河口內(nèi)燕尾港公1.5m，堆溝港只有0.5m。

由于良好的地理位置和入海通道條件，擬在堆溝鎮(zhèn)段建設(shè)造船廠一處，受甲方委托對(duì)灌河堆溝段進(jìn)行水下地形測(cè)量，河道長(zhǎng)約6km，寬約700m，河道兩側(cè)及灘地布滿大米草，測(cè)量難度較大。

2.2 測(cè)區(qū)位置

測(cè)區(qū)位于東經(jīng)119°48′08″、北緯34°27′07″，距堆溝鎮(zhèn)約1.0km，交通比較方便，行政隸屬連云港市灌南縣。

2.3 測(cè)區(qū)已有資料

測(cè)區(qū)內(nèi)三等水準(zhǔn)點(diǎn)一個(gè)，采用閉合水準(zhǔn)測(cè)量路線，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為四等，坐標(biāo)點(diǎn)采用：陳家港、響水、圖河三個(gè)江蘇省C級(jí)點(diǎn)，用靜態(tài)觀測(cè)將北京54坐標(biāo)引測(cè)到測(cè)區(qū)內(nèi)。

2.4 采用的儀器設(shè)備

測(cè)量采用的儀器設(shè)備：美國(guó)trimble公司生產(chǎn)的雙頻GPS5800二臺(tái)，美國(guó)trimble公司生產(chǎn)的雙頻GPS5700一臺(tái)，中海達(dá)HD-27T單頻測(cè)深儀一臺(tái)。

3 數(shù)據(jù)采集

3.1 基站設(shè)置

沿岸布設(shè)了6個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)，然后用GPS到各個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)上采集WGS84坐標(biāo)，通過(guò)測(cè)區(qū)內(nèi)北京54坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換得到圖根級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)，輸入手簿進(jìn)行校正，即可得到測(cè)區(qū)的北京54坐標(biāo)。設(shè)置完成后用GPS5700接收機(jī)連接測(cè)深儀進(jìn)行坐標(biāo)改正，在得到測(cè)深儀坐標(biāo)與GPS坐標(biāo)一致時(shí)即可開(kāi)始工作。

3.2 測(cè)深儀數(shù)據(jù)采集

將測(cè)深儀探頭固定在船上，量得探頭吃水深度，將探頭鏈接到測(cè)深儀主機(jī)上，接通電源，連接GPS5700，打開(kāi)主機(jī)測(cè)量軟件，設(shè)置吃水深度、聲速，設(shè)置串口、記錄設(shè)置為1米，連接好后當(dāng)GPS得到固定解時(shí)即可開(kāi)始記錄。在測(cè)量過(guò)程中要注意經(jīng)常比測(cè)水深，避免測(cè)到的數(shù)據(jù)有誤。還有需要注意的是安裝RTK時(shí)必須將GPS流動(dòng)站天線安裝在測(cè)深儀換能器的正上方，保證GPS定位點(diǎn)與水下點(diǎn)在一條鉛錘線上，獲得測(cè)定點(diǎn)的正確坐標(biāo)、高程。

4 內(nèi)業(yè)處理

將測(cè)深儀測(cè)得的數(shù)據(jù)根據(jù)成圖需要格式導(dǎo)入電腦，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成河底高程。在進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)，河道中經(jīng)常會(huì)有水草、垃圾等漂浮物，使得換能器發(fā)出的信號(hào)不能真實(shí)反映，得到水深資料與實(shí)際情況不符，應(yīng)該刪除。對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行合理檢查后，再進(jìn)行展點(diǎn)，生成地形圖。

5 結(jié)論

1）從GPS水下地形測(cè)量中可以看出：作業(yè)精度高、速度快，大大減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度；

2）內(nèi)業(yè)處理操作簡(jiǎn)單，省去了人工計(jì)算、平差等，不易出錯(cuò)；

3）不受天氣、通視、作業(yè)距離等條件影響；

4）在測(cè)量時(shí)各種參數(shù)的設(shè)置應(yīng)確保正確，以免出現(xiàn)錯(cuò)誤；

5）在進(jìn)行河道、海洋等水下地形測(cè)量中遇到水草等漂浮物較多時(shí)，應(yīng)及時(shí)將水草等雜物清除，以免造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。

[1]張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，2005.

[2]賀志崗.GPS在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江工程職業(yè)學(xué)報(bào)，2005.