GPS—RTK配合數(shù)字測(cè)深儀在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用分析

吳達(dá)　汪亮

摘 要：我國(guó)GPS-RTK綜合利用水平和數(shù)字測(cè)深儀應(yīng)用水平的不斷提高，對(duì)提高水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性和降低成本起到了非常重要的作用。對(duì)GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)GPS-RTK配合數(shù)字測(cè)深儀在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；數(shù)字探測(cè)儀；水下地形測(cè)量；回聲測(cè)深儀

中圖分類(lèi)號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.078

隨著我國(guó)衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展和GPS價(jià)格的下降，GPS-RTK的應(yīng)用門(mén)檻相對(duì)降低，這促使GPS-RTK的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。GPS-RTK配合數(shù)字探測(cè)儀在水下地形的測(cè)量應(yīng)用可獲得良好的水下地下測(cè)量結(jié)果。該測(cè)量方式是在實(shí)踐過(guò)程中逐步發(fā)展起來(lái)的，在水利建設(shè)、海底資源探測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展中起著基礎(chǔ)性作用。

1 GPS-RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS-RTK與數(shù)字探測(cè)儀應(yīng)用方法的緊密結(jié)合，數(shù)字測(cè)深法應(yīng)用水平的不斷提升，大大提升了水下地形測(cè)量的分析數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)運(yùn)行的效率，且對(duì)水下地形測(cè)量的實(shí)施和測(cè)量結(jié)果都有著重要的影響。通常而言，RTK基準(zhǔn)站系統(tǒng)包含GPS接收天線、電臺(tái)和無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射臺(tái)，通過(guò)單個(gè)或更多的時(shí)間點(diǎn)為參照通過(guò)衛(wèi)星在參考工作中獲取相同的測(cè)量信號(hào)，對(duì)比觀測(cè)站與已知位置的信息，從而通過(guò)GPS觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行水下地形測(cè)量的誤差修正。水下地形測(cè)量采用測(cè)量?jī)x器確定水下三維坐標(biāo)。傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量的方法是在一個(gè)固定控制點(diǎn)利用經(jīng)緯儀、測(cè)距儀和全站儀等設(shè)備獲取水下地下探測(cè)所需的平面位置，并通過(guò)測(cè)深桿、測(cè)錘和回聲測(cè)深儀等工具獲得水下點(diǎn)的坐標(biāo)。這種方法不僅對(duì)儀器的精度、測(cè)量距離、天氣情況、能見(jiàn)度和通訊條件有著較高的要求，且工作效率很低。隨著電子聲納技術(shù)和GPS的發(fā)展，GPS-RTK與數(shù)字測(cè)深儀的有效結(jié)合在水下地形三維數(shù)據(jù)的采集、傳輸和觀測(cè)中起著越來(lái)越重要的作用，并可滿(mǎn)足水下測(cè)量精度的需求。GPS-RTK水下地下測(cè)量通過(guò)獲取平面位置三維坐標(biāo)，從而得到水下地形點(diǎn)的高程、相應(yīng)的水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)。其探測(cè)公式為：

Hd=Hs-D. （1）

式（1）中：Hd為水下地形點(diǎn)高程；Hs為對(duì)應(yīng)處的水面高程；D為由測(cè)深儀測(cè)得的水深。

GPS-RTK與數(shù)字測(cè)深儀的有效結(jié)合對(duì)水下地形測(cè)量系統(tǒng)在上述條件下進(jìn)行有效測(cè)量、自動(dòng)處理測(cè)試數(shù)據(jù)、提升測(cè)量效率、改善勞動(dòng)條件和降低工作強(qiáng)度都有著重要的影響。同時(shí)，可以使現(xiàn)今的精密數(shù)字探測(cè)儀發(fā)揮其自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。水下地形測(cè)量工作人員通過(guò)了解和分析GPS-RTK技術(shù)的工作原理和應(yīng)用方法，結(jié)合數(shù)字探測(cè)儀與其他新工藝的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)水下地形測(cè)量工作效率的提高起到了很大的幫助。具體如圖1所示。

2 應(yīng)用分析

GPS-RTK技術(shù)最早應(yīng)用于廣播電臺(tái)、無(wú)線電站、變電站和氣象臺(tái)的運(yùn)行，但隨著GPS-RTK的快速發(fā)展和數(shù)字探測(cè)儀的不斷完善，GPS-RTK配合數(shù)字測(cè)深儀在水下地型測(cè)量中的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。以下從3個(gè)方面出發(fā)，對(duì)GPS-RTK配合數(shù)字測(cè)深儀在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

2.1 工程概況

GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用離不開(kāi)對(duì)工程概況的了解，本文以淮河沿岸一碼頭為工程模型進(jìn)行水下測(cè)量。該碼頭東西向長(zhǎng)1 km，碼頭區(qū)域內(nèi)水深最深為11 m，吞吐量為2.0×107 t，并采用浮碼頭1級(jí)500 t貨物的建筑結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)該碼頭進(jìn)行水下地下探測(cè)，可對(duì)該碼頭的工程概況、運(yùn)輸資源和倉(cāng)儲(chǔ)資源進(jìn)行有效分析。

2.2 測(cè)前準(zhǔn)備

GPS-RTK與數(shù)字測(cè)深儀的測(cè)量多采用高站系統(tǒng)。應(yīng)用GPS-RTK在對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)量前，需要進(jìn)行機(jī)器的安裝，并在基站的接收和發(fā)射信號(hào)完成后設(shè)置碼頭坐標(biāo)、投影參數(shù)。在機(jī)器安裝完成后，通過(guò)校正GPS-RTK誤差可確保其測(cè)量誤差處于規(guī)定范圍內(nèi)。

2.3 水下地形數(shù)據(jù)采集

水下地形測(cè)量工作人員在測(cè)量前，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和校準(zhǔn)工作。對(duì)于出現(xiàn)的地形誤差，應(yīng)通過(guò)探測(cè)校正、修正和測(cè)量船導(dǎo)航的導(dǎo)航軟件進(jìn)行進(jìn)度控制。為了有效接收GPS-RTK在水下地形測(cè)量中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)要求測(cè)量船的船速不超過(guò)8 m/s，且不得超過(guò)GPS-RTK觀測(cè)數(shù)據(jù)同步的最高速度和數(shù)字測(cè)深儀的記錄速度。通常而言，數(shù)字探測(cè)儀器多固定在測(cè)量船上的適當(dāng)位置，并要對(duì)速度和距離等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，從而實(shí)現(xiàn)水下地形數(shù)據(jù)的有效采集和有效傳輸。

3 實(shí)驗(yàn)分析

在應(yīng)用GPS-RTK和數(shù)字探測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，可通過(guò)全站測(cè)量保證數(shù)據(jù)同步率的提高，并可以使用實(shí)時(shí)導(dǎo)向工具進(jìn)行定位數(shù)據(jù)分析。一般而言，測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)分析主要包括對(duì)緯度數(shù)據(jù)、經(jīng)度數(shù)據(jù)、海拔數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)等內(nèi)容的分析。通過(guò)對(duì)各種參數(shù)的分析、正確設(shè)置水文測(cè)量軟件和轉(zhuǎn)換主要數(shù)據(jù)格式，可對(duì)樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行深度分析，從而有效減少測(cè)量誤差。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用GPS-RTK與數(shù)字測(cè)深儀緊密結(jié)合的工作模式，使淮河沿岸碼頭的運(yùn)輸變得更為便利。GPS-RTK配合數(shù)字測(cè)深儀在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單和快速等特點(diǎn)，不僅可在全天候下進(jìn)行水下地形測(cè)量工作，還可以提供厘米級(jí)的測(cè)量精度。同時(shí)，可節(jié)省人力資源和設(shè)備資源，對(duì)提高水下地形測(cè)量工作的精度和效率都起到了非常重要的作用。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： The utilization level of GPS-RTK applications and digital sounder increasing levels of underwater topographic survey data to improve the accuracy and reduce costs played a very important role. GPS-RTK technology for a brief introduction， and digital depth sounder with GPS-RTK in Underwater Topographic Survey were analyzed.

Key words： GPS-RTK； digital detector； underwater topography； echo sounder