基于CORS的RTK與數字測深集成技術在水下測量中的應用

張興國 ，吳大鵬，王洪

(1.濟南市勘察測繪研究院，山東濟南 250013; 2.福建工程學院，福建福州 350108)

1 前言

城市建設中，為了提高城市的防洪、蓄洪和航運能力，要疏浚河道、整治航道，需要進行水下地形測量。同樣興建港口、水上運輸、海上采油、海域劃界、海戰保障、海底地殼運動監測、地球動力研究等都需要進行水下地形測量。總之，水下地形測量在航道、港口、水利、礦產資源開發利用等領域有著廣泛的應用。

RTK與數字測深技術的發展，為實時獲取水下三維信息和實現水下地形測繪自動化提供了條件。應用基于CORS的RTK測量技術不但可以進行平面位置的精確定位，而且還可用來進行水面高程的實時確定，通過測深儀測得水深，進而求得水底高程。

采用這種方法確定的水底高程精度較高，大大提高了工作效率，且自動化程度很高。

2 工程概況

小清河干流綜合治理工程是結合南水北調東線膠東輸水干線工程及濟南市城市總體規劃，配套景觀、生態、旅游休閑、交通等工程建設項目，建成集多種功能于一體的城市景觀河道。綜合治理工程主要由防洪除澇、景觀、交通、通航、治污、補水和其他各項市政設施等七部分組成，玉清湖沉沙池工程是小清河治理工程的重要組成部分。本工程是對玉清湖沉沙池西南角地區進行水深測量。測區位于玉清湖水庫以北，玉清湖水庫二號泵站內。測量區域水深為1 m～8 m。

3 測量基本原理

3.1 JNCORS 系統簡介［6］

濟南市連續運行衛星定位服務系統(JNCORS)作為“數字濟南”地理空間基礎框架的重要組成部分，采用的是天寶(Trimble)公司虛擬參考站技術——VRS技術系統，設有濟南市勘測院、商河、濟陽、齊河、章丘、平陰和柳埠7個基準站，相鄰站間距最長為79 km，最短為27 km，平均為50 km。JNCORS系統各基準站使用新型接收機，可以同時接收GPS(包括L2C信號)和GLONASS衛星信號，實現了衛星定位系統由GPS向GNSS的轉變;采用扼流圈天線，滿足氣象和地震等部門的基準站網建設規范，部分基準站可升級為國家級的GNSS跟蹤站、國家地殼形變監測的基準站;數據中心采用虛擬參考站技術的GPSNet實時動態用戶采用GPRS/CDMA與數據中心連接。

3.2 基于CORS的RTK與數字測深儀集成技術原理［3，5］

數字測深儀是一種用于水庫、江河、湖泊及淺海進行水深測量的便攜式測深記錄器，適用于水文、勘察、航道及碼頭疏浚等行業的精密測量及水深數據輸出，采用先進的數字信號處理DSP技術、水底門跟蹤技術于一體，使儀器能在惡劣的水文環境和地貌情況下，得到精確、真實、穩定的水聲數據。標準的RS232/RS485串口使儀器能和計算機通訊。

RTK結合回聲測深儀測量水下定位點坐標與高程的方法，是將RTK流動站天線直接安裝在測深儀換能器的正上方，這樣可以保證在測量的過程中，RTK測量的點位與測深儀測量的水下點位在同一鉛垂線上。測量過程中，在RTK測定換能器底部坐標、高程的同時，測深儀測定了定位點的水深，將RTK測量的高程減去測深儀測量的水深，得到水下定位點的高程。如圖1所示，換能器的坐標即是定位點的坐標。

圖1 水下定位點高程測量原理

水下定位點的高程H計算公式為:

式中:H1為換能器底部的高程;H2為換能器測量定位點至換能器之間的水深。

4 數據采集

4.1 施測前數據檢驗

為了保證測量結果可靠，利用JNCORS系統，檢測C級GPS點CPI4009，檢測數據如下:

檢驗結果精度符合要求，可以進行實測。

4.2 具體施測

使用儀器:天寶R4型GPS接收機、中海達HD－310測深儀各一臺。首先利用測深儀和鋼尺分別測定水深，根據其差值改正聲速參數，直至二者一致。然后連接測深儀與RTK，并將其固定在船上，控制好船速，保證船的傾斜較小，即可實時測量。

5 內業數據處理及成果輸出

將記錄的水深數據導出到Excel表格中，然后將RTK測量的高程與對應的水深數據進行處理，得到水底高程。結合RTK所測平面坐標，形成所需要的三維坐標(X、Y、H)。把數據轉換為南方CASS軟件所要求的DAT數據文件，然后利用南方CASS 9.0對野外數據進行處理，最后編輯成圖，如圖2所示。

圖2 玉清湖水廠沉沙池湖底標高測量工程圖

土方量計算:土方量計算根據甲方要求，中間壩內部分按照平場進行計算，其他均按現狀與一期進行比較，算出二期差值。計算使用南方CASS 9.0軟件提供的方格網法進行土方量計算，方格網寬度采用0.5 m×0.5 m。計算結果如圖3所示。

圖3 玉清湖水廠沉沙池圍堰土方量計算工程圖

6 技術結論

(1)克服了單參考站RTK對數據傳輸的限制，也更好地解決了多路徑效應對測量結果的影響。

(2)基于JNCORS系統的RTK與數字測深集成技術應用于水下地形測量，改變了傳統的RTK測量作業模式，實現了作業的高精度、高效率、全天候，降低了生產成本，節約了人力，真正實現了水下地形測量的自動化、數字化、內業及外業一體化的作業流程。

(3)由于水下測量環境復雜，因而對精度的控制是水深測量作業中關鍵，在實踐當中要對誤差進行嚴格的控制，嚴格遵守測量規范，改進操作細節，力求把作業環境對精度的影響降到最低。

(4)如果能購買或是自己研發一體化的水深測量系統，將會使外業工作更加直觀，增強數據的可靠性。

［1］吳恒友.GPS-RTK與數字測深集成技術在水庫水下地形測量中的應用［J］.水利科技與經濟，2009，15(11):1025～1027.

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［6］劉成寶，牛守明，劉曦燦.濟南市連續運行衛星定位服務系統測試及分析［J］.城市勘測，2010(2):68～70.