GPS—RTK技術(shù)與測深儀結(jié)合在內(nèi)河航道水下測量中的應(yīng)用

李本超

摘 要：GPS（全球定位系統(tǒng)）是一個無線電空間定位系統(tǒng)，它利用導(dǎo)航衛(wèi)星和地面站為全球提供全天候、高精度、連續(xù)、實時的三維坐標（經(jīng)度、緯度、高程）、三維速度和定位信息，地球表面上任何地點均可以用于定位和導(dǎo)航。而測深儀是利用聲波反射的信息測量水深的儀器。兩者結(jié)合使用后內(nèi)河航道水深測量就變得準確可靠，簡便易行，不僅提高了精度而且大大提高了作業(yè)效率。本文以實例說明GPS-RTK技術(shù)與測深儀配合作業(yè)在內(nèi)河航道測量中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；測深儀；內(nèi)河航道；水下測量

0 引言

在內(nèi)河航道測深中GPS-RTK技術(shù)與測深儀配合使用的方法得到了快速發(fā)展，已經(jīng)在內(nèi)河航道水下測量中得到很好的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的測深方法相比，具有較大的優(yōu)勢，特別是在航道長、水域?qū)拸V、水下地形復(fù)雜、水深較大的區(qū)域，水下測深能簡單、方便、快速、高效、全天候作業(yè)，同時大大提高了水深的測量精度。隨著GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展，利用GPS -RTK技術(shù)配合測深儀進行水下測深將有更加廣闊的前景。

1 概述

1.1 內(nèi)河航道水深測量主要采用的實時動態(tài)定位方法

RTK技術(shù)是在測區(qū)內(nèi)選擇控制點作為基準站，測量時在基準站安置一臺GPS接收機連續(xù)觀測所有可見GPS衛(wèi)星，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備實時地發(fā)送給用于移動測量的GPS接收機（移動站）。移動站接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計算并顯示移動站的三維坐標成果和精度，以滿足測量和實時導(dǎo)航的需求。

1.2 測深儀

測深儀就是激發(fā)器在終端顯示裝置的控制下，周期性地產(chǎn)生超聲頻脈沖，通過換能器轉(zhuǎn)化成有指向性的超聲波脈沖射向水底，聲脈沖經(jīng)水介質(zhì)傳播到水底。一部分能量從水底反射回到換能器，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成電信號送至接收機，再經(jīng)放大器將信號加以放大、變換，供終端顯示。終端顯示裝置的功能是一方面控制發(fā)射機周期性地產(chǎn)生振蕩脈沖，另一方面將接收機收回波信號相對于發(fā)射脈沖的延時時間，自動轉(zhuǎn)換成深度數(shù)據(jù)。假設(shè)聲波在水中的傳播速度為V，當在換能器探頭加窄脈沖聲波信號，聲波經(jīng)探頭發(fā)射到水底，并由水底反射回到探頭被接收，測得聲波信號往返行程所經(jīng)歷的時間為t，則：Z=Vt/2。這就是測深儀的基本原理。

1.3 利用GPS技術(shù)配合測深儀測深的優(yōu)點

目前大多數(shù)GPS采用雙頻接收機，實現(xiàn)了航道測繪的自動化、數(shù)字化、系統(tǒng)化，大大縮短了水下測深的工作時間。同時，GPS無論晝夜、天氣好壞均可以進行作業(yè)測量，所以能夠滿足各種環(huán)境下的急需測量的要求，以避免延誤測量時機。只要預(yù)先設(shè)置好航向圖，系統(tǒng)就可以實時顯示出測量船的位置與斷面的偏離距，與斷面上起點、終點位置的距離，從而保證測量人員嚴格沿著斷面線進行測量。由于不再需要停船打水深定位，測量船的行駛速度就是水上測量速度，所以大大縮短了測量時間。加上系統(tǒng)的機動性，可以方便地增加臨時斷面，以滿足不同測量精度情況下對斷面密度的要求。

2 作業(yè)方法

下面以徐州市京杭運河航道北段疏浚工程水下測量為例，詳細介紹GPS-RTK技術(shù)與測深儀配合作業(yè)在內(nèi)河航道水下測量中的具體應(yīng)用。因徐州市京杭運河航道北段航道狹長，水下地形測量采用斷面法進行，斷面線布置與水流方向大致成垂直，斷面線間距為50m，斷面線上測點間距2m。本次測量使用的儀器是中海達GPS和測深儀，GPS型號是F61，測深儀型號是H370。

2.1 測量作業(yè)準備工作

測量前準備好機動小船，綁扎測桿的繩子、扳手、固定在船上的卡子等，一般內(nèi)河航道測量固定測桿有兩種方法，一種是用固定在船上的卡子卡住測桿使之固定不動。這種方法牢固不傾斜，但是遇到淺灘時由于小船的慣性來不及移動測桿容易造成底部探頭損壞。另一種是用繩索綁扎在船舷旁，有一個人扶住測桿，這種方法適合在內(nèi)河航道測深中，內(nèi)河航道比較狹長風浪小，航道兩側(cè)較淺，如遇淺灘時，手扶測桿的人可隨時傾倒測桿或稍微提起測桿，避免測桿底部探頭損壞。本次航道水下測量采用的就是這種方法。

2.2 GPS設(shè)置

首先是測前準備，即打開HI-RTK-ROAD軟件，新建項目、設(shè)置坐標系統(tǒng)參數(shù)、GPS與手簿連接、移動站設(shè)置（網(wǎng)絡(luò)：CORS、源節(jié)點：RTCMiMAX3.0，天線設(shè)置時一定注意是選取GPS底部，還是GPS量取位置。

2.3 求解GPS轉(zhuǎn)換參數(shù)

由于GPS所采用的坐標系為WGS-84坐標系，而在我們國家，實際的工作中所使用的都是BJ-54，國家-80、或地方坐標系，因此存在WGS-84和當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換問題。本次測量使用的儀器是中海達GPS，手簿F61，手簿軟件HI-RTK。采用的是七參數(shù)，因此至少3個已知坐標點（已知點可以是國家坐標系下的坐標，或和WGS-84坐標系之間存在很小旋轉(zhuǎn)坐標系下的坐標，最好3個以上已知點，可以檢驗已知點的正確性）。移動站到測區(qū)已知點上測量出窄帶固定解狀態(tài)下的已知點原始坐標。根據(jù)已知點的原始坐標和當?shù)刈鴺饲蠼獬鰞蓚€坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。打開坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，則RTK測出的原始坐標會自動轉(zhuǎn)換成當?shù)刈鴺恕５搅硗饽阒辽僖粋€已知點檢查所得到的當?shù)刈鴺耸欠裾_。

2.4 測深儀器設(shè)置

（1）水下測量時先用GPS測出當時的水位，或者是與水文站聯(lián)系以獲取測量時水位資料。（2）采集航道水位后把GPS固定在測桿頂上，然后把 GPS接到串口（COM1或COM2）就可以進行水上測量作業(yè)，運行桌面的“NAV370測量軟件”，然后在當前頁面進行設(shè)置，設(shè)置時如用的是七參數(shù)一定注意七參數(shù)最后一項輸入時要將手簿上的數(shù)據(jù)小數(shù)點前移6位。計劃測線調(diào)入也要特別注意，DXF圖形文件不宜過大，一般在幾十K到幾百K之間，且不能有弧線，必須是折線段，否則測量軟件不識別，DXF圖形調(diào)入失敗。然后進行記錄設(shè)置，此時設(shè)置水下測量采樣間隔，即多少米采集一個點，本次測量采樣間隔是2m一個點。點取測量方式后此時應(yīng)該能夠看到小船在屏幕上顯示。（3）最后打開左邊的測深軟件，在設(shè)置里面輸入吃水深度即探頭吃水深度，其他設(shè)置內(nèi)河航道水下測量可以默認設(shè)置就可以了，本次測量水深設(shè)置為0.3m。這時一定注意測深儀顯示器右邊水位要通過儀器設(shè)置改下天線高，要調(diào)至和當前水位一至。點擊確定測深，這時探頭開始工作，屏幕左側(cè)顯示水下示意圖，同時實際水深數(shù)據(jù)也出現(xiàn)在屏幕上。（4）為了測量工作的準確性，避免其他方懷疑儀器測深的準確性，現(xiàn)在要做的是用打水桿在探頭處檢查此時水深是否與儀器測的水深一致，誤差應(yīng)在0.1m以內(nèi)。（5）檢查儀器水深正確后就可調(diào)入測線，注意測線斷面密度設(shè)置，根據(jù)建設(shè)要求，基建性項目斷面距離50m，養(yǎng)護性斷面距離30m，本次航道是基建性項目，所以選擇斷面距離50m。調(diào)入測線后就可開始測量。

2.5 水下測量作業(yè)

測量開始后屏幕上就出現(xiàn)點號并自動記錄了，這時測量員就可指揮開船人員讓測量船沿著屏幕上的斷面線開始滑行，速度最好控制在5節(jié)以內(nèi)，如超過5節(jié)測深儀測出的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)很多假點，造成數(shù)據(jù)不真實，必須返工重測。測量員還要指揮開船人員盡量靠近航道兩側(cè)，這樣就可以減少航道兩側(cè)測深儀測不到的地方補點的工作量。水下測量時如航道中有船航行時，應(yīng)等船過去幾分鐘再進行測量，因為此時水底的淤泥或浮泥被船槳攪起，測深儀測出的數(shù)據(jù)就不真實了。航道全部水深測量完后保存數(shù)據(jù)，用中海達數(shù)據(jù)后處理軟件進行后處理。

測深儀關(guān)閉后，把測深儀收起裝箱，此時重要的是用GPS在淺水區(qū)補點，岸邊低于0.8m的水深，測量船就進不去了，這時應(yīng)乘坐小木船用GPS在淺水區(qū)補點，補點密度和斷面密度相適應(yīng)。

2.6 成圖

本次成圖采用2007CAD、南方Cass軟件成圖，首先是打開軟件把測量的數(shù)據(jù)進行展點，展點后應(yīng)檢查水深數(shù)據(jù)是否有錯誤，因為GPS的信號問題，測深儀測量的數(shù)據(jù)有錯誤點、假點等，此時應(yīng)該在平面圖上仔細檢查，將錯誤的點刪除，也可以通過CASS中的繪圖處理高程點過濾功能過濾掉錯誤點。展點檢查后就可以畫斷面圖了，成圖有兩種方法，一種是單個斷面繪制法，一種是自動生成斷面法。單個斷面繪制法適用于零星檢測，自動生成斷面法適用于大范圍出圖。本次測量采用的是自動生成斷面法。

3 結(jié)束語

GPS-RTK技術(shù)與測深儀結(jié)合的測量方法已經(jīng)在內(nèi)河航道水下地形測量中得到了充分的應(yīng)用，由于其諸多的優(yōu)點，該技術(shù)的應(yīng)用為內(nèi)河航道整治提供了極大的便利。

參考文獻

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