GPS技術在航道測量工程中的應用

孫小彬

（江蘇省宿遷市航道維護隊，江蘇 宿遷 223800）

1 GPS概述：

GPS（全球定位系統Global Positioning System）是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。該系統由空間星座，地面監控系統，用戶系統三部分組成。其工作定位原理是：在過地心的6個軌道面上均勻分布24顆衛星，這些衛星全天候，實時的向地面發送衛星定位信息。用戶接收機根據接收的定位信息，實時計算求出接收機的三維位置，以及運動速度和時間信息。從而達到全球性,全天候、連續的精密三維定位與導航的目的。

該系統在建成之后，就以其精確快速的定位能力廣泛應用到大地測量，地質監測，船舶、飛機導航，森林滅火等很多行業。在眾多接收機中手持導航儀以其靈活快速、高精度、易操作性在民用休閑人群中廣泛應用。

2 使用GPS靜態技術建立區域控制網

2.1 建立區域GPS控制網的必要性

許多測繪生產部門在多年對等級平高控制點使用過程中發現：能使用的控制點數量少且損壞情況嚴重，還有大多數控制點分布在距測區較遠的山上。使用起來十分不便，所以有必要在測區內布設精度較高的靜態GPS區域控制網。

2.2 建網原則

2.2.1 布設的控制網點應滿足測區測量工作要求，均勻分布于整個測區。

2.2.2 方便進行實時動態（RTK）和實時差分（RTD）等測量技術在以后的測繪工作中的使用。

2.2.3 根據RTK和RTD所使用的GPS接收機的作用半徑來確定控制網點的密度，一般來說兩點之間應控制在5～10km左右。

2.2.4 為求定GPS點在地面坐標系的坐標，在地面坐標系中選定起算數據和聯測原有地方控制點若干個，用以坐標轉換。在選擇聯測點時，既要考慮充分利用舊資料，又要使新建的GPS網不受舊資料精度較低的影響。

2.2.5 根據所需控制網的精度要求來確定布網形式及使用的GPS接收機類型、觀測時段和觀測時間等。

2.3 儀器配備

在進行GPS靜態測量時，應選用具有靜態功能的雙頻或單頻的GPS接收機及相應的平差軟件。其中雙頻GPS接收機因觀測量中有L2載波，其精度較高，且可以適當減少觀測時間，所以盡量選用雙頻GPS接收機。此外，還應配備腳架、電池、卷尺、對點器和用以保證共同觀測時間的通訊工具等。

2.4 實施

2.4.1 數據采集

在條帚門公共航道測量中，就是在已知平高點和欲布設的GPS控制網點上架設儀器，對中、整平后開始采集數據。此時應注意同步觀測的GPS接收機數和共同觀測時間等要符合規范要求。并做好外業觀測記錄，將天線高、點名和時段信息等記錄清楚。

2.4.2 數據傳輸

將外業采集的數據通過卡讀器或電纜利用軟件傳輸到計算機中并存儲好。

2.4.3 基線解算

利用隨機帶的軟件來解基線，并檢查基線閉合差報告,若有超限的基線則需對觀測數據進行處理，直到報告中基線、閉合差全部合格方可進行下一步。

2.4.4 平差

首先要進行的是三維無約束平差，此時可由軟件自動選取一個點的WGS-84系的三維坐標為起算依據，輸出成果為各點在WGS-84坐標系的三維坐標、基線向量及其改正數和精度信息。檢查平差報告，若存在粗差可在平差中采用隨機軟件提供的自動方法或人工方法剔除，直至全部合格。然后利用無約束平差后的可靠觀測量和以知點在國家坐標系或地方坐標系中的坐標及高程進行三維或二維約束平差，即將各點在WGS-84坐標系的三維坐標轉換到國家坐標系或地方坐標系中。此時輸出成果為各點在國家坐標系或地方坐標系中的坐標和相應的轉換參數及精度指標。

2.4.5 成果輸出

將最終平差的成果報告打印或抄寫形成成果表，交給下一道工序使用。

3 應用實時動態（RTK）技術進行碎部測量

3.1 RTK測量的特點

3.1.1 全天候測量，觀測時間短，作業效率高。移動站在每個測點上只需觀測幾秒鐘，而且不論白天黑夜都可以進行。

3.1.2 測量精度高。通過實踐證明，使用RTK模式測量，其點位誤差不積累、不傳播，測圖精度高而且均勻。

3.1.3 節省人力。RTK測量作業在不復雜地區，每個移動站只需一個儀器操作員即可獨立操作，在復雜地區也只需增加一個人員來繪制草圖。而基準站設置好后即可以自動運行，且每個基準站還可以帶多個移動站。

3.1.4 點與點之間無須通視，而且其通訊半徑多在10公里左右，最遠可達到15公里，這樣一來可以大大節省控制測量的時間和費用，而且較容易實施。

3.1.5 RTK測量的不足之處是基準站和移動站之間必須有數據鏈通訊，否則就不能實現。所以當測區有建筑群和高大樹林遮擋時，應適當縮短基準站和移動站間的距離，或將基準站的發射天線盡量架高。

3.2 RTK測量的實施

3.2.1 設置基準站。將基準站架設于所布設的GPS靜態控制點上，把該點坐標及天線高等信息輸入，設置好發射頻率等使之發射信號。

3.2.2 設置移動站，收到信號后進行初始化形成固定解，然后開始進行碎部測量。將所測數據存儲于電子手簿。

3.2.3 將電子手簿中的觀測數據導入微機，使用成圖軟件編輯成圖。

4 應用實時差分（RTD）技術進行水下地形測量

4.1 實時差分（RTD）測量的特點與RTK測量基本相同，基準站的設置除差分模式改為RTD模式外也與RTK測量相同，只是其定位精度低于RTK測量，但滿足航道測量相關規范要求。移動站設在船上，使用設備除GPS接收機及天線外還應配備能運行海洋測量軟件的計算機、數字化測深儀、換能器等。

4.2 實施

4.2.1 將基準站架設于所布設的GPS靜態控制點上，設置好使之發射差分信號。

4.2.2 將船上的移動站設備連接好后開機，先設置換能器的吃水深度，按《水運工程測量規范》的要求布設測線，設置測點間距及動態吃水改正數，然后運行海洋測量軟件，收到差分信號后開始測量，將水深數據及定位數據記錄并存儲。

4.2.3 運用成圖軟件將移動站采集的水深數據及定位數據調入并編輯成圖。

5 結束語

由此可見，在大型的航道工程測量中，GPS新設備、新技術的應用大大地提高了測繪生產工作的效率；降低了測量成果的差錯率；提高了測繪產品的質量。各種GPS測量技術得到充分運用，它們之間的密切配合不但可以節省時間人力物力、縮短工期，還可以大大提高工程的質量和精度。

[1]郭文偉.談談疏浚工程測量價值工程對象的選擇問題.測繪科技通訊.1994-09-15

[2]洪劍.內河航道測量及技術控制要點.水運工程.2008-09-25

[3]許瑞棟,李明巨.計算機輔助航道測量系統.江蘇測繪.1998-02-15

[4]林方炎.GPS定位技術和全站儀相配合在航道測量中的應用.珠江水運.2007-09-15