影響水深測(cè)量精度的幾種因素及控制方法

【摘 要】RTK-GPS無驗(yàn)潮技術(shù)是進(jìn)行水深測(cè)量的主要技術(shù)，從而使得水深測(cè)量變得簡單、輕松、方便、高效、快捷、經(jīng)濟(jì)等，所以這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。這篇文章結(jié)合了本人多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，論述無驗(yàn)潮水深測(cè)量的過程中影響測(cè)量精度的幾種因素，并且提出了相應(yīng)的控制方法。

【關(guān)鍵詞】RTK技術(shù)；影響因素；控制方法；測(cè)深儀

1. 引言

由于目前很多沿海地區(qū)或靠水經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分的迅速，引發(fā)了人們對(duì)水資源探索的熱情和需要，關(guān)于水下地形的測(cè)量過程當(dāng)中，水深測(cè)量的精度是我們當(dāng)下討論的一個(gè)重要問題。現(xiàn)在水深測(cè)量大多采用RTK無驗(yàn)潮技術(shù)，這種技術(shù)雖然工作效率和精準(zhǔn)度上有了明顯提高，但是想要得到十分精確地測(cè)量結(jié)果還需要控制很多不利的因素。水深測(cè)量的精確度主要是由測(cè)量點(diǎn)的水深測(cè)量精度和定位精度所決定的，而這精準(zhǔn)度必須要能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和特定測(cè)量項(xiàng)目的精確度的一系列要求。

2. 無驗(yàn)潮測(cè)深工作原理

現(xiàn)在港口工程的測(cè)量圖的圖載水深都是對(duì)于同一個(gè)深度基準(zhǔn)面而言，我國一些海域測(cè)深普遍采用的是當(dāng)?shù)乩碚撋系淖畹统泵鏋闇y(cè)量的深度基準(zhǔn)面。常規(guī)驗(yàn)潮測(cè)量深度時(shí)，實(shí)際測(cè)量水的深度要減去測(cè)量基準(zhǔn)面以上的測(cè)量深度，這又叫做水位改正，所以測(cè)量水的深度時(shí)都要進(jìn)行驗(yàn)潮過程。無驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)由RTK結(jié)合測(cè)深儀合作工作。而RTK是通過載波相位差分技術(shù)來獲取三維的坐標(biāo)X，Y和H，而且精確度可以達(dá)到厘米級(jí)別。RTK技術(shù)不僅定位精確度高能夠有效得保證更大比例尺得測(cè)圖的精度以外，而且測(cè)得的第三維坐標(biāo)的精確度也能夠達(dá)到厘米級(jí)別，厘米級(jí)別完全能夠滿足港口水深測(cè)量的現(xiàn)實(shí)需求。而RTK定位天線中心高程h是從水下深度基準(zhǔn)面起算的相應(yīng)高程，其通過對(duì)已知高程的控制點(diǎn)上進(jìn)行比測(cè)來求得轉(zhuǎn)換參數(shù)換算后的高程。RTK測(cè)深儀是通過對(duì)換能器探頭上加載的脈沖聲波信號(hào)來測(cè)量換能器到海底得深度，再通過運(yùn)用簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算來得到測(cè)量點(diǎn)海底的水深。RTK技術(shù)的工作原理如下圖所示，把RTK天線直接安裝到測(cè)深儀換能器的桿頂上面，并且保持天線的中心和換能器桿在一條垂直線上。RTK天線的中心到測(cè)深儀換能器的底部的垂直距離設(shè)為h1，而測(cè)深儀換能器的底部到海底的垂直距離設(shè)為h2，從而得到P點(diǎn)得高程H = h-h1-h2 。在水的深度測(cè)量得到的高程的負(fù)數(shù)通常被稱為水深。

RTK技術(shù)的工作原理圖

但是在實(shí)際測(cè)量水深度操作中，諸多的因素會(huì)制約著測(cè)深的精確度，那么我們應(yīng)該如何的去盡量的避免這些不利的因素和如何對(duì)這些不利因素來進(jìn)行控制成為了本文探討的主要問題。本文結(jié)合了RTK技術(shù)的工作原理和現(xiàn)實(shí)工程的實(shí)踐來探討RTK技術(shù)中影響測(cè)量精確度的幾個(gè)主要問題并提出了一些控制的方法。

3. 影響測(cè)量精確度的因素和控制方法

3.1基準(zhǔn)臺(tái)和船臺(tái)天線

基準(zhǔn)站架設(shè)定基準(zhǔn)臺(tái)的位置以及基準(zhǔn)臺(tái)和船臺(tái)天線的設(shè)置等一系列因素都有可能影響到定位的精確度，如果基準(zhǔn)臺(tái)和船臺(tái)天線設(shè)置出了問題或其擺放位置不好，其接受衛(wèi)星傳來的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)偏差，應(yīng)此很有可能影響到水深測(cè)量的精準(zhǔn)度。因此基準(zhǔn)臺(tái)的設(shè)定必須要求通視非常良好，其周圍視野開闊有條件時(shí)應(yīng)該把其盡量設(shè)在高的建筑物上面，而且視場(chǎng)障礙物的仰角不應(yīng)該大于10°，從而便于更加有效的接受到衛(wèi)星傳來的有效數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行更加有效的計(jì)算，為流動(dòng)站能夠接受到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)打下良好的基礎(chǔ)，提高定位測(cè)量的精準(zhǔn)度。基準(zhǔn)臺(tái)應(yīng)該避開強(qiáng)磁或者強(qiáng)電信號(hào)的干擾，其到變電站、高壓線、無線電信號(hào)發(fā)射等設(shè)備的距離應(yīng)該大于100米，否則很有可能影響到衛(wèi)星發(fā)布的數(shù)據(jù)輸入基站或者影響到流動(dòng)站接收到基站傳出測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

3.2換能器桿的安裝

因?yàn)閾Q能器桿連接換能器和RTK天線，換能器桿如果安裝的不垂直，形成的偏角將會(huì)導(dǎo)致測(cè)深儀測(cè)量的水的深度值具有系統(tǒng)性的誤差，同時(shí)，由于RTK天線不完全垂直而使RTK測(cè)量的高程比實(shí)際值小，也產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差。

而且根據(jù)理論知識(shí)的計(jì)算，我們可以得到由于換能器的安裝不完全垂直而形成的偏角越大，測(cè)量的理論水深就會(huì)越深，則測(cè)量水的深度值比實(shí)際值大，水深偏差就會(huì)越大。所以測(cè)深應(yīng)該在風(fēng)浪較小的天氣下進(jìn)行工作，而且測(cè)深時(shí)應(yīng)時(shí)刻的注意換能器桿的安裝設(shè)置，保證其垂直方向且保障安裝的固定，必要時(shí)也應(yīng)安裝固定架。同時(shí)，測(cè)量水深時(shí)一般要避免行船的方向與海浪的方向保持垂直，測(cè)線盡量的布置與海浪的方向保持一致，從而可以減小受到傾斜帶來的不利影響。

3.3 RTK高程的可靠性

現(xiàn)在RTK高程用于測(cè)量水的深度，這一技術(shù)的可信度是人們倍受關(guān)注的問題。而無驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)所受 RTK作用距離影響非常的大，它的作用距離越遠(yuǎn) ，RTK測(cè)量的高程精度就會(huì)越低，從而間接的導(dǎo)致了測(cè)量水深的精確度越低。但是，伴隨著 RTK的使用年限的不斷延長 ，而電子元件的老化衰減較快 ，這樣其作業(yè)的距離以及精準(zhǔn)度也隨之變低 ，由于同一臺(tái)儀器在不同時(shí)間內(nèi)的定位的精準(zhǔn)度的變化也會(huì)很大，所以要定期對(duì) RTK進(jìn)行檢查。在儀器作業(yè)之前可以使用RTK測(cè)量所得的水位和人工觀測(cè)的所得的水位進(jìn)行比較。人工也可以使用另外一臺(tái)流動(dòng)站測(cè)量而得到水位的高程與測(cè)深儀上面顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，但測(cè)深儀的水深數(shù)據(jù)的校正是通過拋水砣測(cè)量水的深度進(jìn)行比對(duì)和改正的。

3.4測(cè)深儀安裝的控制方法

測(cè)深儀是通過換能器以聲波的形式來進(jìn)行發(fā)射和接收的，從而通過一定量的計(jì)算得出水的深度，那么測(cè)深儀安裝的過程中就必須要求我們能夠更多的考慮怎樣盡量的減少影響水深測(cè)量的精準(zhǔn)度的不利因素，從而達(dá)到提高水深測(cè)量精度的目的。首先安裝的位置必須要求外界的雜聲干擾很少，要足夠的遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)、排水管和排氣管，避免這些東西工作時(shí)產(chǎn)生的雜聲干擾，同時(shí)也要避免測(cè)船在行駛時(shí)換能器的底部出現(xiàn)氣泡。其次要求換能器安裝在離船艙遠(yuǎn)的地方，同時(shí)又要遠(yuǎn)在吃水線的下方，但不能低于船的底部。為了能夠使換能器安裝的非常牢固，最好使換能器的前后兩側(cè)用繩索拉緊固定住，如果無法安裝有困難的時(shí)候，可適當(dāng)?shù)南蚯耙苿?dòng)，但千萬不能后移。要時(shí)刻的注意不能移至船艙的部位。換能器安裝時(shí)應(yīng)使其長的一邊與船軸線的方向保持一致，測(cè)深儀的主機(jī)應(yīng)該安裝在便于操作有利于聯(lián)系駕駛員的地方，這樣便于指揮。電源的電纜線不能過長，要盡量的簡短，而且盡量的遠(yuǎn)離機(jī)艙，以避免受到機(jī)器強(qiáng)烈震動(dòng)和電磁信號(hào)的干擾。最后換能器的安裝是準(zhǔn)確和可靠進(jìn)行水的深度測(cè)量的重要環(huán)節(jié)，出現(xiàn)的誤差也可以在深度改正的過程中通過調(diào)節(jié)記錄紙零線的位置進(jìn)行消除誤差，具體的情況還要根據(jù)航速、流速和測(cè)量吃水大小來決定。流速大而且航速快時(shí)，入水可以深一些，反之，換能器入水時(shí)就要適當(dāng)?shù)臏\一些。

3.5其它的影響因素

為了很好的保證水深測(cè)量時(shí)的精度，在RTK無驗(yàn)潮水深測(cè)量當(dāng)中除了要注意和控制以上影響的因素外，測(cè)深儀本身系統(tǒng)誤差的修正、聲速改正、船速改正、海水的鹽咸度、渾濁度等因素都要進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的處理，從而避免誤差的不斷累計(jì)。通過各種有效的對(duì)策和方法來降避免各種因素帶來的不必要影響，往往是我們最容易忽視的細(xì)節(jié)，也正是通常我們認(rèn)為最不會(huì)出現(xiàn)的誤差，結(jié)果卻導(dǎo)致了誤差累計(jì)大的超出了規(guī)范的要求。反之，如果我們注重這些細(xì)節(jié)，這樣對(duì)工程的施工過程中的原有的地形、水深測(cè)量就能更加準(zhǔn)確的落實(shí)到測(cè)量數(shù)據(jù)上，為各工序能夠順利的銜接打下很好的基礎(chǔ)，提高了工作的質(zhì)量和工作的效率。

4. 總結(jié)

目前沿海港口碼頭經(jīng)濟(jì)高速的發(fā)展，水運(yùn)工程的水深測(cè)量過程中新儀器的使用必將會(huì)大大的提高測(cè)深工作的效率，RTK無驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)雖然已經(jīng)逐步的被廣泛的使用，但是如果想要得到更加精確的水深測(cè)量圖的結(jié)果，還需要考慮很多不利因素的影響，只有有效的控制了每一項(xiàng)影響精度的不利因素，最終成果的質(zhì)量才能夠得到有效的保障。

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