GPS-RTK結合測深儀在水下地形測量中的應用

楊 慧，武宜壯

江蘇省水文水資源勘測局連云港分局，江蘇連云港 222004

1 概述

1.1 水下地形測量的重要性

隨著工程建設的需要和工程開發，越來越多的需要進行水下地形測量，掌握規劃、設計的資料，為工程建設提供技術支撐。在水利建設中的河道、港口開發、水庫庫容復核等都要進行水下地形測量，隨著社會對海洋的開發利用，海域測量同樣越來越多。在水下地形測量中對質量要求同樣越來越高，這就需要在進行水下地形測量中使用新儀器、新技術，來減輕工作人員的勞動強度。測量工作在防洪減災中發揮重要作用，具有很大的社會效益和經濟效益。

1.2 GPS-RTK技術簡介

GPS-RTK系統主要由基準站、流動站、數據通訊系統3部分組成。GPS-RTK是以載波相位觀測量為依據的實時差分測量技術，它實時地獲得測站點在特定坐標系中的三維坐標。流動站是在獲得固定解后接收基準站的數據，能夠迅速及時的獲得所需點的坐標，測量精度達到厘米級，能夠滿足設計和規劃的精度要求。這樣就極大地擴展了作業距離，提高工作效率。

1.3 測深儀技術簡介

測深儀利用水聲換能器發出超聲波在均勻介質中直線傳播，在遇到不同的介質反射的原理。在測量時需將換能器發在水下一定位置，垂直向下發射聲波并接收水底回波，根據聲速和回波時間來確定被測點的水深，通過測得水深獲得水下地形、地貌的基本情況，通常情況下水下地形測量采用與陸上統一基準面和坐標系。

1.4 RTK結合測深儀工作機制

RTK結合測深儀作業模式就是既采用RTK實時采集的坐標、高程又采用測深儀測得的水深，即H=H0-（h+hi），式中，H為河底高程，H0為水面高程，h為換能器吃水深，hi為換能器底部到河底的水深。將RTK與測深儀在作業過程中連續獲得的數據，可以真實反映水下地形的情況，從而獲得水下地形的坐標和搞成數據。在水下地形測量過程中RTK結合測深儀技術使用越來越成熟，使用得也越來越廣泛。

2 測量任務

2.1 工程概況

灌河位于江蘇省北部連云港市南端，是蘇北地區最大的入海潮汐河流，唯一在干流上沒有建擋潮閘的黃金入海通道。西接六塘河諸水，內可以經鹽河通淮河，外可以直通黃海，具備海河相通、河河相通、河陸相通的良好集疏條件。灌河的干流西起灌南縣境內的東三貧，東到灌云縣燕尾港的灌河口，全長64km，流經灌南縣境內達59km。河寬300m～1200m，河道邊坡1：4。灌河為潮汐河道，水深變化很大，平均低潮水深4m～9m，高潮水深7m～12m。灌河堆溝以上流域面積7273km2。

2008年6月3日在灌河堆溝港段進行流量測驗，測得最大流速2.28m/s，基本保持沖、淤平衡狀態，并略有刷深，因強大的潮汐作用，一直保持其長、寬、深、直的特點。

灌河口為喇叭型河口，兩岸地面平坦，口外風浪較大，口外7.5km處的開山島達最大波高5m以上，河口內燕尾港公1.5m，堆溝港只有0.5m。

由于良好的地理位置和入海通道條件，擬在堆溝鎮段建設造船廠一處，受甲方委托對灌河堆溝段進行水下地形測量，河道長約6km，寬約700m，河道兩側及灘地布滿大米草，測量難度較大。

2.2 測區位置

測區位于東經119°48′08″、北緯34°27′07″，距堆溝鎮約1.0km，交通比較方便，行政隸屬連云港市灌南縣。

2.3 測區已有資料

測區內三等水準點一個，采用閉合水準測量路線，測量標準為四等，坐標點采用：陳家港、響水、圖河三個江蘇省C級點，用靜態觀測將北京54坐標引測到測區內。

2.4 采用的儀器設備

測量采用的儀器設備：美國trimble公司生產的雙頻GPS5800二臺，美國trimble公司生產的雙頻GPS5700一臺，中海達HD-27T單頻測深儀一臺。

3 數據采集

3.1 基站設置

沿岸布設了6個四等水準點，然后用GPS到各個水準點上采集WGS84坐標，通過測區內北京54坐標點轉換得到圖根級控制點坐標，輸入手簿進行校正，即可得到測區的北京54坐標。設置完成后用GPS5700接收機連接測深儀進行坐標改正，在得到測深儀坐標與GPS坐標一致時即可開始工作。

3.2 測深儀數據采集

將測深儀探頭固定在船上，量得探頭吃水深度，將探頭鏈接到測深儀主機上，接通電源，連接GPS5700，打開主機測量軟件，設置吃水深度、聲速，設置串口、記錄設置為1米，連接好后當GPS得到固定解時即可開始記錄。在測量過程中要注意經常比測水深，避免測到的數據有誤。還有需要注意的是安裝RTK時必須將GPS流動站天線安裝在測深儀換能器的正上方，保證GPS定位點與水下點在一條鉛錘線上，獲得測定點的正確坐標、高程。

4 內業處理

將測深儀測得的數據根據成圖需要格式導入電腦，通過數據處理軟件將數據轉換成河底高程。在進行外業測量時，河道中經常會有水草、垃圾等漂浮物，使得換能器發出的信號不能真實反映，得到水深資料與實際情況不符，應該刪除。對所有數據進行合理檢查后，再進行展點，生成地形圖。

5 結論

1）從GPS水下地形測量中可以看出：作業精度高、速度快，大大減輕人的勞動強度；

2）內業處理操作簡單，省去了人工計算、平差等，不易出錯；

3）不受天氣、通視、作業距離等條件影響；

4）在測量時各種參數的設置應確保正確，以免出現錯誤；

5）在進行河道、海洋等水下地形測量中遇到水草等漂浮物較多時，應及時將水草等雜物清除，以免造成數據的錯誤。

[1]張正祿.工程測量學[M].武漢大學出版社，2005.

[2]賀志崗.GPS在水下地形測量中的應用[J].長江工程職業學報，2005.