GPS 擬合高程在水運工程中的應(yīng)用

【摘要】GPS定位技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用也越來越廣泛。航道水深的測量是需要較高的測量精度與快速實時測量反饋的。因此，在航道水深測量中應(yīng)用GPS定位技術(shù)將會使測量工作高效、準(zhǔn)確，取得較好的經(jīng)濟與社會效益。本文介紹了利用GPS進(jìn)行航道水深測量的原理及測量的基本步驟，為測量人員提供了較好的理論與應(yīng)用依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】GPS；航道；水深；測量

1、基于GPS進(jìn)行航道水深測量原理

航道水深測量一般情況下使用的主要測量方法是交會定位法。但是，由于易受到地勢特點及天氣情況等方面的影響，而且野外作業(yè)工作測量條件艱苦、測量人員較多、成圖所用時間較長。所以，使用交會定位法進(jìn)行水深測量是有一定難度的。近年來，GPS測量技術(shù)在各種測量工作中應(yīng)用越來越廣泛，基于GPS的航道水深測量即是它的一項重要的應(yīng)用。而RTK技術(shù)的應(yīng)用更進(jìn)一步的促進(jìn)了航道水深測量中GPS無驗潮方式的合理應(yīng)用。

航道水深測量的核心工作是測量水面的一點到水底的垂直距離以及水面點的平面位置?；贕PS的航道水深測量即是通過GPS對水面的一點進(jìn)行定位來進(jìn)行水深測量的技術(shù)，可以避免測深儀器及測點位置的客觀影響，提高測量的精確度。

基于GPS的航道水深測量技術(shù)可以根據(jù)GPS定位模式的不同，分為單點定位和差分定位兩種技術(shù)。差分技術(shù)根據(jù)其測量區(qū)域的不同又可分為局域差分和星站差分定位技術(shù)。差分技術(shù)的一些不足在于：①至少兩臺雙頻GPS接收機；②用戶測量成本會較高；③測量距離有限。而對于GPS單點定位技術(shù)來說，使用一臺雙頻GPS接收機即可，且其測量范圍較廣。因此，GPS單點定位技術(shù)的應(yīng)用較廣泛。

2、水深測量步驟

航道水深測量作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機、測深儀、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及便攜計算機等幾部分組成。而航道水深測量的基本步驟是首先進(jìn)行前期準(zhǔn)備，而后收集測量的相關(guān)數(shù)據(jù)，最后一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理并形成成果輸出。

2.1 前期準(zhǔn)備

航道水深測量的第一步是為測量做準(zhǔn)備，主要是在測量之前對儀器等進(jìn)行校正和記錄初始參數(shù)兩個方面的準(zhǔn)備。

GPS定位使用的坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系，并在這一坐標(biāo)系基礎(chǔ)上發(fā)布了星歷參數(shù)。而我國運用最廣泛的測量坐標(biāo)系統(tǒng)是1954年的北京坐標(biāo)系。在航道水深測量中，我國也是采用的是1954年北京大地測量坐標(biāo)系。這樣就需要在測量開始之前，對當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)與北京大地測量坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)校正。在校正過程中，應(yīng)至少對4個對當(dāng)?shù)赝队暗?D網(wǎng)格坐標(biāo)進(jìn)行校正使用，以便提供給測量過程有充足的冗余度。

航道水深測量之前的另一個主要準(zhǔn)備工作即是對儀器等的初始參數(shù)進(jìn)行記錄，并將采集到的初始參數(shù)放到控制器及記錄卡里以備處理。在水上測量作業(yè)時，測深儀需要與GPS接收機進(jìn)行連接，這樣就可以通過測深軟件來設(shè)置GPS接收機的參數(shù)，這些設(shè)置的參數(shù)也是需要進(jìn)行記錄并存儲的，之后GPS接收機會根據(jù)給定的輸出頻率對測深儀的位置信息進(jìn)行輸出，測深軟件就會對輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這就進(jìn)入了測量的第二步驟。

2.2 外業(yè)測量及數(shù)據(jù)采集

在準(zhǔn)備工作之后，已經(jīng)對初始參數(shù)進(jìn)行了記錄，并將測深儀與GPS接收機進(jìn)行了連接等工作。接下來，需要架設(shè)基準(zhǔn)站，并將測深儀、GPS接收機與便攜計算機向連接，啟動GPS，測量工作便開始了。這一步驟的主要工作就是對測深儀采集的數(shù)據(jù)通過測深軟件進(jìn)行讀取，并記錄和存儲。

2.3 數(shù)據(jù)的處理與出圖

航道水深測量的第三步就是對第一步準(zhǔn)備階段采集的初始數(shù)據(jù)及第二步測深儀采集到的數(shù)據(jù)依靠相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行后期分析與處理，在進(jìn)行分析與處理后就可以得出測量成果了，即水深圖及水深統(tǒng)計報告等。另外，現(xiàn)代成圖軟件都可以與繪圖儀或打印機相連，這樣就可以將測量結(jié)果直接出圖了。

3、工程作業(yè)

3.1 GPS RTK水深測量系統(tǒng)

基于GPS的航道水深測量工作中應(yīng)用的GPS RTK技術(shù)的基本原理與在陸地測量的放樣原理基本一致。基準(zhǔn)站位置及作用保持不變，主要的變化是流動站上的人工跑點被測量船測點代替，然后是流動站上固定了數(shù)字測深儀裝置，便攜計算機代替了控制手簿，而且測點和測線的控制與管理完全依靠先進(jìn)的水深導(dǎo)航測量軟件進(jìn)行，并在此基礎(chǔ)上由水深測量軟件對測點的水深及測點的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與記錄，最后通過數(shù)據(jù)處理軟件對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，與繪圖儀或打印機相連就能直接得到水深圖。

在實際的工程作業(yè)中，GPS RTK技術(shù)可以使用“1個基準(zhǔn)站+1個流動站”的測量模式，也可以使用“1個基準(zhǔn)站+2個流動站”的測量模式。在大型的水深測量工程項目中，甚至可以使用“1個基準(zhǔn)站+多個流動站”的測量模式，即流動站是可以任意多個，這樣可以增加測量基準(zhǔn)站周圍水深圖的準(zhǔn)確性。

3.2 水深測量作業(yè)

①GPS儀器架設(shè)

GPS儀器架設(shè)時應(yīng)注意選擇周圍開闊的地點，GPS架設(shè)后首先應(yīng)轉(zhuǎn)換為1954年北京坐標(biāo)系，之后連接通信系統(tǒng)，就可以對流動站的設(shè)備進(jìn)行控制了。另外，還需要對RTK進(jìn)行初始化設(shè)置及參數(shù)記錄。

②測深系統(tǒng)

測量船應(yīng)?？吭谳^為平靜的水域上，然后將測深儀探頭安裝在測量船的中部船舷上，固定后調(diào)整GPS接收機的天線，使其與測深儀探頭中心處于同一軸線上。之后，將GPS、測深儀與便攜計算機向連接，打開水深測量軟件，對測深儀采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。另外需要注意的是還應(yīng)合理設(shè)置流動站的RTK接收機的對中桿的高度，默認(rèn)高度是RTK接收機的接收天線到RTK對中桿底長2m，在實際中，比如測量船體的上升或下沉、漲潮或退潮等情況會使水位不穩(wěn)定，應(yīng)使用RTK的實時高程來替代水位觀測，應(yīng)根據(jù)實際情況對測深軟件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。運用RTK實時高程測量方法，可以有效預(yù)防可能影響航道水深測量的一系列因素，使測量結(jié)果精確度達(dá)到最高。

結(jié)束語

隨著時代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，GPS技術(shù)得到了快速發(fā)展。雙頻GPS接收機的發(fā)明，使GPS測量技術(shù)在航道水運中得到了合理及有效的運用。目前，我國的港口航道施工中，水深測量工作因為GPS技術(shù)的應(yīng)用變得越來越簡單，越來越方便，而正確性和準(zhǔn)確性也越來越高。在航道水深測量過程中，數(shù)據(jù)采集及成圖等環(huán)節(jié)依靠先進(jìn)設(shè)備及先進(jìn)的處理軟件，減少了人力投入，節(jié)約了大量人力、物力及資金?；贕PS的航道水深測量具有極高的實用價值，應(yīng)廣泛應(yīng)用于我國的航道水深測量及港口建設(shè)等工程項目中去。

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