GPS RTK測量技術(shù)在練江水下地形測量中的應(yīng)用

彭秋萍

摘 要：本文介紹了GPS-RTK測量技術(shù)在水下地形測量的基本原理，并結(jié)合練江水下測量的實(shí)例，探討GPS-RTK技術(shù)在水下測量中的實(shí)際應(yīng)用，從控制網(wǎng)的布設(shè)，外業(yè)數(shù)據(jù)采集及精度分析的結(jié)果表明GPS-RTK技術(shù)可有效的提高水下測量工作效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 測深儀 練江水下地形測量

1.工程概況

練江發(fā)源于普寧，流經(jīng)潮陽、潮南，在海門水閘流入南海，全長約70公里，主要支流有14條，流域面積約1347平方公里。練江流域常住人口約430萬，人口密度約為廣東全省的6倍以上，承擔(dān)著巨大的防洪壓力。2013年“8·17”特大暴雨造成練江多處決堤漫堤，汕頭市潮南區(qū)、普寧市多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)澇。單純汕頭市潮南區(qū)就造成12人死亡，2人失蹤，85.67萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失55.16億元。為全面了解練江水下地形的變化，給河道整治提供技術(shù)支撐，提高汕頭市境內(nèi)練江干支流沿岸堤圍工程的防汛能力。受有關(guān)部門委托，現(xiàn)對練江干流及支流（汕頭境內(nèi)）進(jìn)行全面勘查和測量，為河道的整治提供依據(jù)并提出合理化的建議。

2.GPS RTK水下地形測量工作原理

GPS RTK測量技術(shù)是以載波相位測量為根據(jù)的實(shí)時差分GPS實(shí)時動態(tài)測量定位系統(tǒng)。這技術(shù)通過差分法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差、接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響，測量精度達(dá)到厘米級。

水下地形測量包括定位和水深測量兩部分，通過RTK測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位的功能，測深儀可以實(shí)現(xiàn)水深的測量，兩者的配合使用即可確定河底某一點(diǎn)的高程。無驗(yàn)潮模式下的河底高程公式如下：Gi=H-D-h-△a

式中：Gi為河底高程；H為GPS相位中心的高程（通過RTK直接確定）；D為測量水深；h為GPS接收機(jī)天線相位中心距換能器面的垂距；△a為姿態(tài)引起的深度改正。

無驗(yàn)潮模式水下地形測量原理如圖1.1所示。

3.測量實(shí)施

3.1工程任務(wù)

汕頭市潮陽區(qū)、潮南區(qū)境內(nèi)的練江干流河段總長約42km的水下岸上地形測量、干流81個斷面測量及五條主要支流122個斷面測量任務(wù)。

3.2測前準(zhǔn)備

3.2.1布設(shè)GPS-E級控制網(wǎng)

首先在練江源頭到河口及主要支流范圍內(nèi)布設(shè)GPS-E控制網(wǎng)，控制網(wǎng)盡量覆蓋整個測區(qū)，按照E級GPS要求進(jìn)行施測，結(jié)合潮南區(qū)水務(wù)局提供的已有控制點(diǎn)資料，根據(jù)GPS網(wǎng)形要求和工程要求選取43個點(diǎn)組成控制網(wǎng)，采用靜態(tài)雙頻GPS進(jìn)行觀測。GPS-E平面控制網(wǎng)見圖1。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和基線解算，E級GPS網(wǎng)的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、最弱邊相對中誤差、邊長相對中誤差等各項精度指標(biāo)均滿足規(guī)范規(guī)定，平差后的點(diǎn)位精度見表1。GPS起算點(diǎn)均按照水準(zhǔn)測量規(guī)范進(jìn)行四等水準(zhǔn)測量。

3.2.2求解轉(zhuǎn)換參數(shù)

選取平差后的三個或三個以上具有WGS84和北京1954坐標(biāo)系兩套坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點(diǎn)，匹配、計算出一個帶殘差的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.3外業(yè)數(shù)據(jù)采集

3.3.1架設(shè)基準(zhǔn)站及檢查校核點(diǎn)

將GPS基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)上，對GPS進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，輸入已經(jīng)解算好的參數(shù)，將流動站移至另一個已知點(diǎn)上，測量該點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，并與平差后的坐標(biāo)和高程比較，差值符合規(guī)定要求后才開始作業(yè)，確保測深點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性。

3.3.2安置測深儀換能器及測深軟件的設(shè)置

南方測繪SDE-28數(shù)字測深儀安裝在機(jī)動船上，并將GPS的天線架設(shè)于測深儀正上方，組成測深系統(tǒng)。儀器連接好后，創(chuàng)建工程，輸入基本信息、投影參數(shù)、轉(zhuǎn)換參數(shù)等，各項設(shè)置確保無誤后，根據(jù)設(shè)置好航線開始采集數(shù)據(jù)。在采集數(shù)據(jù)過程中，定時測深儀的測量情況進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)測深儀工作異常應(yīng)立即停止測量并檢查分析原因，及時排除故障，保證水深數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

3.4內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖

外業(yè)數(shù)據(jù)采集不能完全反映出水下地形地貌的特征，為使水下地形圖能夠準(zhǔn)確地反映實(shí)際地形地貌，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。

首先把儀器里導(dǎo)出的水深數(shù)據(jù)，進(jìn)行改正、剔除不合理的異常點(diǎn)，然后對未采集到的測點(diǎn)進(jìn)行加密插補(bǔ)。

建立DTM三角網(wǎng)，修改不合理的三角網(wǎng)，生成等深線，根據(jù)現(xiàn)場繪制的草圖畫地形圖。成果輸出過程中對所有測量點(diǎn)的坐標(biāo)和高程進(jìn)行合理性檢查。

4.數(shù)據(jù)成果的精度分析

（1）基準(zhǔn)站坐標(biāo)精度的影響。根據(jù)GPS-RTK的工作原理可知，基準(zhǔn)站的精度直接影響流動站測量的精度。此次練江水下地形測量中的所用到基準(zhǔn)站都是在一個控制網(wǎng)經(jīng)過統(tǒng)一平差的GPS點(diǎn)，確保了基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度，從而控制了整個測量過程的測量精度。

（2）基準(zhǔn)站或流動站作業(yè)條件的影響。在高壓線、大功率無線電發(fā)射站、變電站等附近避免作業(yè)，因?yàn)檫@些無線干擾源會干擾無線電信號的傳播，從而影響到基準(zhǔn)站或流動站的數(shù)據(jù)解算結(jié)果。同時考慮到多路經(jīng)效應(yīng)影響，盡量避開大面積水域。

（3）轉(zhuǎn)換參數(shù)精度的影響。選取三個或三個以上平差后的已知點(diǎn)解算參數(shù)，個數(shù)越多，求解的轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度相對越高。同時應(yīng)該嚴(yán)格檢查控制點(diǎn)坐標(biāo)，檢查RTK點(diǎn)校核的殘差值，限差應(yīng)在規(guī)定允許范圍之內(nèi)。

（4）測船作業(yè)條件的影響。在風(fēng)浪大的情況下，不能保證GPS天線、換能器和測深儀測點(diǎn)在一條直線時，應(yīng)立即停止測量，否則對高程測量精度影響大。

5.結(jié)論

通過練江河道水下地形測量及斷面測量，與傳統(tǒng)方法相比，RTK測量技術(shù)主要有以下幾個特點(diǎn)：

（1）在保證精度的條件下節(jié)省大量的人力物力，大大提高了工作效率。

（2）可全天候作業(yè)，不受視線的影響。

（3）傳統(tǒng)方法需多人相互配合，而RTK測量技術(shù)操作相對簡單，自動化程度高。

（4）RTK測量技術(shù)可通過電腦實(shí)時獲取三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其可靠性高，同步性好。

參考文獻(xiàn)：

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