GPS-RTK無驗(yàn)潮技術(shù)在圍海工程水深測量中的應(yīng)用

冀念芬 王成志

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025；2.三和數(shù)碼測繪院，甘肅 天水 741025）

傳統(tǒng)的水下地形測量技術(shù)定型于驗(yàn)潮技術(shù)。首先利用GPS-RTK 確定水下點(diǎn)的平面位置，其次由單波束或多波束測深設(shè)備確定水下點(diǎn)的深度，最后由岸上人員通過觀察測量獲得潮位資料，從而獲得水下點(diǎn)位的高程。但是，當(dāng)上述條件不具備時(shí)，便無法獲得水下點(diǎn)位的高程。隨著GPS 技術(shù)的發(fā)展，特別是RTK 技術(shù)的發(fā)展推廣，為了解決上述問題，提高測量效率，提出了一種無驗(yàn)潮的水下地形測量技術(shù)，應(yīng)用于水下地形測量。

1 無驗(yàn)潮模式水下地形測量的基本原理

GPS 差分測量能夠精確量測出兩點(diǎn)的相對高差，并通過該高差反算出流動站GPS 相位中心的高程且具有相同的高程基準(zhǔn)面。無驗(yàn)潮測深法是利用GPS 接收天線中心獲得施工點(diǎn)的平面位置和接收天線中心85 高程與基準(zhǔn)面的關(guān)系，與常規(guī)測深法相同，量取GPS 接收天線中心到測深儀換能器距離，及廁身于換能器到泥面的距離，在計(jì)算出泥面高程。

2 GPS-RTK 無驗(yàn)潮技術(shù)工程實(shí)例的操作流程

2.1 架站

首先架設(shè)基準(zhǔn)站1、基準(zhǔn)站架設(shè)在控制點(diǎn)上，且控制點(diǎn)通過水準(zhǔn)聯(lián)測具有比較精確的高程數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)站通視良好，無障礙物等影響因素?；菊咎炀€對中誤差不大于±5cm。測船流動站的架設(shè)流動站安裝在換能器上方，且保持垂直。固定良好，確保安全。

2.2 測前的準(zhǔn)備工作

2.1 求取轉(zhuǎn)換參數(shù)：

第一步先在已知點(diǎn)A 上架設(shè)GPS，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)如投影參數(shù)、參考坐標(biāo)系、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，差分電文數(shù)據(jù)格式等，然后輸入該點(diǎn)的WGS-84 坐標(biāo)和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，并把該點(diǎn)設(shè)置為基準(zhǔn)站。第二步在已知點(diǎn)B 上架設(shè)GPS，并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，輸入該點(diǎn)的WGS-84 坐標(biāo)和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。通過A、B 兩點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.2 建立任務(wù)： 設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、一級變換及圖定義。

2.3 繪制測量計(jì)劃線：繪制測量計(jì)劃線在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中是必不可少的環(huán)節(jié)，在HypackMax 軟件測線編輯器中生成測線文件主要用來指導(dǎo)測量船采集水深數(shù)據(jù)時(shí)的航行路線。

2.4、換能器的固定，吃水線的確定。GPS 流動站測前比對，確定正確的坐標(biāo)和高程。測船安裝GPS，F(xiàn)reeSurvey：4-流動站設(shè)置（天線高類型、差分信號類型、電臺類型、數(shù)據(jù)端口設(shè)置）。數(shù)據(jù)輸出至電腦（FreeSurvey：→5-ZMax 應(yīng)用程序→數(shù)據(jù)輸出→GGA、VTG→端口選擇→發(fā)送）

2.3 測量工作

首先打開HY1600 測深儀，打印參數(shù)，校正聲速 然后進(jìn)行工控電腦設(shè)置。再打開HYPACK 軟件，新建項(xiàng)目，并添加計(jì)劃測線文件，設(shè)置GPS 軟件信息和HYPACK 軟件信息主要包括端口信息、參數(shù)信息、驅(qū)動程序配置、測試有無數(shù)據(jù)等。然后開始測量工作

2.4 現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)檢查

當(dāng)結(jié)束了一天的外業(yè)測量，回到辦公室突然發(fā)現(xiàn)幾條線的數(shù)據(jù)沒有被記錄，這是最槽糕的事情。所以在測量現(xiàn)場都應(yīng)在主窗口檢查一下原始數(shù)據(jù)，看是否有問題。

2.5 測量成果內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖

HypackMax 軟件內(nèi)業(yè)的處理主要是針對一些測量過程中的“假水深”，假水深主要是RTKGPS 的失鎖、測深儀在工作時(shí)因換能器受波浪及水下懸浮物的影響會產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。RTKGPS 的失瑣和測深儀在工作時(shí)因換能器受波浪及水下懸浮物的影響會產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)使此刻的潮位出現(xiàn)很大的偏差，對于不對的值就需要在內(nèi)業(yè)中逐一改正。對RTKGPS 失鎖造成的潮位錯(cuò)誤會在HypackMax 軟件里判斷出來，潮位的變化是隨時(shí)間變化的，同一時(shí)間段的潮位變化是有規(guī)律的并且相差并不會很大，錯(cuò)誤的瞬時(shí)潮位會和這一段的其它值相差很大，這樣我們結(jié)合這一時(shí)間段的潮位來改正錯(cuò)誤。除了潮位錯(cuò)誤以外還有其它的，這些就需要在內(nèi)業(yè)的時(shí)候通過測深紙上打出的線和軟件里的數(shù)據(jù)比較改正，以測深紙上的為主。這樣一天如果測了幾十公里的話內(nèi)業(yè)工作量也會很大，因此我們一般情況下主要看一些特征點(diǎn)，如果錯(cuò)誤的比較多的情況下就需要一一比較。在以上的工作完成時(shí)就需要排序和圖形的輸出了。排序主要是剔除一些比較密集的點(diǎn)，手動下線的時(shí)候有時(shí)會多打出一些點(diǎn)，這樣就使有些點(diǎn)重合在一起看不清楚。排序的時(shí)候設(shè)置好排序半徑就會在該半徑范圍內(nèi)只有一個(gè)點(diǎn)，這樣就沒重合了。排序完成后便可圖形輸出工作。

通過內(nèi)業(yè)處理，我們可以獲得詳細(xì)的水深資料，能夠更好地為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。密集而又詳細(xì)的水深值，可以得出水下地形。

3 無驗(yàn)潮模式下測深儀的測深誤差及改正

測深誤差主要由、儀器轉(zhuǎn)速誤差、吃水誤差、聲速誤差、讀數(shù)誤差等引起的。當(dāng)實(shí)際水深與測深儀測的深度不相符時(shí)就說明存在測深誤差。

3.1 轉(zhuǎn)速改正數(shù)

測深儀記錄裝置必須保持某一固定的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，但是在工作中，由于機(jī)械負(fù)載或電源電壓等發(fā)生變化，導(dǎo)致設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速不一致。這樣，儀器測得的深度(Zs)就不等于實(shí)際水深(Z0)。由于ns≠n0所造成的測深誤差稱為轉(zhuǎn)速誤差。要求得實(shí)際水深需加上轉(zhuǎn)速修正數(shù)即有：

由此可知，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速Vn小于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速V0時(shí)，ΔHv為正；反之 ΔHv為負(fù)。

每次測深開始前和測深過程中要隨時(shí)檢查轉(zhuǎn)速以確保測深精度。一般要求轉(zhuǎn)速誤差不超過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的±1%。如超過時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，使之滿足上述要求。在無法調(diào)整時(shí)可按上述計(jì)算方法，求出轉(zhuǎn)速修正數(shù) ΔHv。

3.2 吃水改正數(shù)

吃水改正數(shù)為常數(shù)可以通過調(diào)節(jié)記錄紙零線位置進(jìn)行消除。測深儀記錄紙上讀數(shù)是由換能器表面到海底之間的水深記錄的。如若入水過淺，水泡就會干擾回聲波，記錄紙上回聲線就會時(shí)有時(shí)無，出現(xiàn)斷開現(xiàn)象，因此要求換能器的入水深度在0.3 米到0.8 米的區(qū)間內(nèi)。

4 結(jié)術(shù)語

RTK 無驗(yàn)潮水下地形測量系統(tǒng)集合了GPS 定位技術(shù)、超聲波測深儀及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動處理技術(shù)。測船作為水下地形測量的載體，對測量精度的影響最大。由于水下地形測量的特殊性，使得其作業(yè)平臺是動態(tài)的，那么動態(tài)的測量平臺：測船，必然給測量精度帶來很大的影響。無驗(yàn)潮水下地形測量系統(tǒng)，作為新的水下測量技術(shù)理念，隨著技術(shù)的成熟，必將得到很好的應(yīng)用，為水下測量事業(yè)的發(fā)展再添新章。