河南CORS在大比例尺水下地形測量中的應用

逯金明 郭文彬

摘 要：介紹了水下地形測量的基本原理和方法，采用河南CORS進行定位，中海達HD-370測深儀無水位觀測模式在水下地形測量中的應用，說明了提高水下地形測量精度的措施。

關鍵詞：CORS；水下地形測量；精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.188

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，水利水電工程的建設對水下地形圖的需求越來越多，與常規(guī)的陸地地形測量不同，水下地形測量時需要同時進行定位與水深測量，測得的水深按距離和特征進行取樣，獲得水深數(shù)據(jù)，繪制水下地形圖。一般采用信標差分進行定位，進行水位觀測，采用測深儀進行水深測量。隨著GNSS技術的發(fā)展，河南省建立了CORS，數(shù)字測深技術不斷發(fā)展，CORS與數(shù)字測深技術相結合，提高了定位和測深精度，自動化程度高，減少了人員和設備投入，提高了工作效率。開展某河流1km2的水下地形測量任務，對水深進行了比對。

1 河南CORS及水深測量

1.1 河南CORS簡介

河南CORS是由河南省測繪工程院與河南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局共同建設，由基準站、數(shù)據(jù)處理中心、氣象監(jiān)測中心、用戶應用、數(shù)據(jù)通信5個子系統(tǒng)組成。河南CORS目前共建設56 個參考站點，覆蓋河南全省，已經(jīng)在大地測量、工程測量、城市規(guī)劃、國土資源管理、氣象監(jiān)測及地理信息系統(tǒng)等領域得到了廣泛的應用，同時兼顧社會公共定位服務 [1]。

1.2 水深測量的基本原理

回聲測深儀的工作原理是利用換能器在水中發(fā)出聲波，當聲波遇到障礙物而反射回換能器時，根據(jù)聲波往返的時間和所測水域中聲波傳播的速度，就可以求得障礙物與換能器之間的距離。聲波在水中的傳播速度，隨水的溫度、鹽度和水中壓強而變化，需要測定聲速。利用河南CORS系統(tǒng)進行定位，可以實時測量得到厘米級的平面和高程數(shù)據(jù)，測深儀進行水深測量，量取換能器吃水，聲速儀測定聲速，輸入GPS天線高，進行吃水和聲速改正，可以得到水面的大地高和水深，通過轉換，可得到水底的1985國家高程基準下的高程，繪制水深圖。在外業(yè)測量時，受外界的影響較小，可以較好地消除動態(tài)吃水影響，是一種理想的水上測量方法。該方法無需進行水位觀測，目前在水下地形測量中，已經(jīng)得到了廣泛的應用，取得了良好的效益。

1.3 采用的儀器設備

測深儀采用中海達HD-370測深儀，測深范圍為0.3至600m，測深精度±10mm+0.1%h（h為水深，單位：m），吃水調整范圍：0至15m，聲速調整范圍：1370至1700m/s。聲速使用聲速剖面儀進行測定，水下聲速量程：1375至1900m/s，分辨率：0.001m/s，精度：±0.02m/s。定位使用中海達K10分體式定位儀，RTK平面精度： ±0.8cm+1ppm，垂直精度： ±1.5cm+1ppm，輸出數(shù)據(jù)格式：1pps同步脈沖輸出，NMEA-0183。測量船使用快艇，設備進行固定安裝，考慮到設備安全，每天對儀器進行拆卸，安裝時需測量換能器吃水。

2 應用實例

2.1 工程簡介

為了了解河流的水深情況，為水利工程勘察、設計、建設服務，進行水下地形測量，測區(qū)面積為1km2，比例尺為1∶1000。

2.2 準備工作

收集測區(qū)控制點資料，對測區(qū)進行踏勘，了解測區(qū)控制點保存狀況，選取保存狀況良好的控制點，作為本項目的首級控制網(wǎng)，點位分布合理。平面坐標和高程坐標系統(tǒng)轉換采用布爾莎器參數(shù)轉換模型同時進行，并對控制點進行檢核，檢測數(shù)據(jù)如下：

較差： 平面ΔX =-0.009m，平面ΔY=-0.016m，高程ΔH =-0.025m。

檢核結果滿足精度要求。

停泊穩(wěn)定性試驗，選擇在碼頭附近，周圍水深6m，水底平坦，連續(xù)開機時間8h，試驗中，每隔15min比對一次水深，試驗時水深比對限差在2倍測深精度以內，符合JTS 131-2012《水運工程測量規(guī)范》要求。

將中海達 K10定位儀流動站安置于某已知點上，進行比對，并做記錄。定位點點位中誤差滿足規(guī)范要求。

2.3 測量的實施

（1）在進行水下地形測量數(shù)據(jù)采集前，使用K10定位儀在已知控制點進行精度檢核，檢查參數(shù)設置是否正確，平面和高程較差不大與5cm，方可開始測量工作。

（2）聲速測定，在測區(qū)水深較深處，進行聲速剖面測量，輸入儀器進行聲速改正，并使用檢查板比對改正后的水深進行比對，考慮到測區(qū)面積較小，水流平緩，溫度變化不大，每天測量一次聲速剖面。

（3）按計劃測線進行水深測量，測線間距為20m，GPS數(shù)據(jù)采集解狀態(tài)設置為固定解，偏航窗口實時顯示偏航信息，如遇特殊情況偏離測線10m，需進行補測。

（4）采用儀器自帶的水深后處理軟件進行水深處理，按要求進行水深取樣，對虛假信號進行處理，導出水深數(shù)據(jù)，使用Cass 9.1進行編輯，檢查，繪制水深圖。

2.4 成果檢驗

水深20m以內，深度誤差限值為±0.2m；水深大于20m，深度誤差限值為±0.01H，H為水深值 [2]。成果滿足規(guī)范要求。

3 提高水下地形測量精度的措施

3.1 采用三星RTK和求取轉換參數(shù)

受GPS信號和CORS信號覆蓋的影響，使用三星RTK可以提高定位精度。準確求取轉換七參數(shù)，提高高程精度。

3.2 測深儀軟件設置

（1）固定解采集水深。

（2）定位儀安置在測深儀正上方，GPS天線相對換能器的平面位置偏差為0m，多次測量換能器吃水，取平均值。

4 結束語

河南地區(qū)星基增強系統(tǒng)（SBAS）的信號有日本的MSAS系統(tǒng)，定位精度不高，一般為1-3m，采用河南CORS進行定位，提高了定位精度，減少了水位觀測投入，進行大比例尺水下地形測圖，采用CORS系統(tǒng)定位技術優(yōu)勢明顯。

參考文獻：

[1]周昀，陶曉霞，蘇哲等.衛(wèi)星導航星基增強系統(tǒng)及信號體制的比較[J].空間電子技術，2016，5（06）：52-57.

[2]（JTS 131-2012）水運工程測量規(guī)范規(guī)范[S].

作者簡介：逯金明（1986-），男，本科，工程師，主要從事工程測量等工作。