RTK技術和回聲測探技術在澧水航道測量中的應用

成都理工大學 地球科學學院 郭大為 高雅萍 李 奕

RTK技術和回聲測探技術在澧水航道測量中的應用

成都理工大學 地球科學學院 郭大為 高雅萍 李 奕

隨著全球定位技術的發展，作為GPS常用測量方法的RTK實時動態定位系統因其高精、高效、易操作的優點被廣泛應用于各種測量和放樣工作中。應用RTK技術輔助回聲測聲技術進行水下地形測量，能更快速、準確地獲取水下地形信息。

一、工程概況及測量內容

受湖南省交通廳委托，湖南省航務勘察設計研究院擬對石門三江口至茅草街河段（全長168 km）進行航道勘測，需要進行水下地形測量，但由于所測航道較長，若采用傳統的水下測量方法，不僅費時、費力，而且難以保證水下地形的測量精度，因此，決定采用RTK配合測深儀的方法進行施測。測量內容包括平面和高程控制測量、水深測量。測量比例尺為1∶5 000，以CASS數字化建模成圖。根據測區的特點，保證測繪工作的順利進行，投入足夠的技術力量和先進的儀器設備。

二、RTK的基本原理

1.GPS定位技術工作原理介紹和工作模式的選定。由于在該測量中不僅要求精度高，而且要可靠、方便、快捷，因此，采用GPS定位技術。但問題是需要針對澧水航道特點和澧水地理環境，確定選用何種類型的GPS定位接收機、何種定位模式。經調研和試驗，選定具有實時動態差分（RTK）工作模式的Trimble R6接收機。這也契合了澧水航道測量的地理環境特點。實時動態測量RTK技術基于載波相位觀測值進行實時動態定位，能夠實時獲得測量點的三維坐標值。實時動態差分（RTK）系統由三部分組成：基準站接收機、流動站接收機和數據鏈。在RTK作業模式下，基準站接收機設在具有已知坐標的參考點位置上，連續接收所有可視GPS信號，并將測站坐標、觀測值等數據通過數據鏈發送出去，流動站接收機在跟蹤、接收GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據，通過OTF算法求解相位整周模糊度，再通過相對定位模型實時解算出流動站厘米級WGS-84坐標，根據工程特點將坐標轉換為國家標準。

2.回聲測深儀的基本原理。超聲波測距是回聲測深儀的一種。它是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，測出發射和接收回波的時間差t,然后求出距D = Ct/2，式中，C為超聲波波速。超聲波聲速C與溫度有關。如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法對其加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。

3.水下地形測量的作業步驟。水下地形測量包括以下幾個步驟。

（1）儀器設備準備。GPS RTK儀器1套；測深儀1臺，電瓶1個，水上測量導航軟件1套，后期處理軟件1套（動、靜態解算和平差、坐標轉換），筆記本電腦1部，船1艘，鉗子、救生衣、鐵絲、繩子若干。

（2）作業計劃。事先了解測區的地理、天氣、水深等信息，做好水深測量的路線、測量距離計劃。

（3）水下地形測量的實施。首先，求解GPS轉換參數，架設好基準站，并檢驗其正確性；然后，將測深儀探頭固定在船上，連接好GPS接收機、測深儀和電腦，打開電源，設置記錄設置、定位儀和測深儀接口、接收機數據格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲改正，開動船只，開始作業。

（4）數據處理。利用南方自由行測量軟件處理水下數據，通過成圖軟件繪出水下地形圖及其他圖表和報告。

三、測量實例

根據測區河道流域的地形特點與航道整治的實際需要，以E級GPS網作為測區平面首級控制網，以滿足I級導線測量規范，每隔8 km左右在兩岸布設一對通視的D級點作為導線起點。本測區由三段E級GPS網組成，對網交接處公共邊均進行聯測。I級導線測量是利用新測GPS-E級點作為起算閉合。導線布設依江面寬窄情況，沿單岸或之字形兩岸過渡。由于堤岸上的地形幾乎沒有遮擋，有利于RTK的采點施測。在正式野外施測時，設置好GPS RTK，將基準站架設于河邊小山頂、空曠的堤岸邊已知的E級點上，RTK流動站初始化后，利用附近3個已知控制點求算坐標轉換參數和高程異常，然后進行碎部點的三維坐標的施測，每點觀測2 min，觀測數據存入手薄機內存中；同時，現場畫草圖。

四、作業時應注意的問題

1.科學假設基準站。基準站應安置在地勢高且開闊的已知點上，以便于基準站衛星信號的接收和電臺數據鏈的發射。基準站電臺天線要盡量高，否則會影響電臺信號的強度。

2.電瓶電量要充足。電瓶電量要充足，否則影響作業距離。

3.適時測量。為保證水深測量精度，測量應選擇在風平浪靜的天氣進行。

4.勻速行船。為了保證數據鏈的連續性和測量精度，應保持測量船勻速行駛，不出現顯著的加速度。

五、結論

與傳統的測量方式相比，RTK配合測深儀在進行水下地形測量時，具有較大優勢，特別是在水域面積較大、水下地形復雜、水位較深的水域。這種水下地形測量方法不僅簡單、高效，可以全天候作業，而且還能大大提高水深測量的精度。但目前，受GPS衛星信號的制約，采用GPS RTK配合測深儀進行水下地形測量還有一定的局限性，在遮擋嚴重的地區（如陡峭的峽谷、河道等地方），還不能完全取代傳統的測量方法，而必須結合全站儀進行測量。