水深測(cè)量中RTKGPS技術(shù)的應(yīng)用

王興華

【摘要】本文主要介紹了應(yīng)用RTK GPS技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量的基本方法、思路及一些注意事項(xiàng)，在水深測(cè)量中使用RTK技術(shù)越來(lái)越得到成熟而廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】RTK GPS；水深測(cè)量；應(yīng)用

1. 引言

RTK技術(shù)在陸地測(cè)量和放樣的應(yīng)用中已經(jīng)比較成熟，在海洋測(cè)量和海洋工程中的應(yīng)用也已經(jīng)興起。以往的水深測(cè)量多采用交會(huì)定位，故測(cè)量工作受氣象的影響較大，精度難以保證，測(cè)量工作難度大，外業(yè)測(cè)量人員也很艱苦，且成圖時(shí)間長(zhǎng)。使用GPS技術(shù)后，這些困擾水上測(cè)量工作的問(wèn)題就迎刃而解了。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得水上測(cè)量可以采用GPS無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行工作（RTK方式）成為可能。大大減少了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，自動(dòng)化程度高，省工省時(shí)，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程變得更經(jīng)濟(jì)。

2. 無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量的理論基礎(chǔ)（基本原理）

2.1h為測(cè)深儀探頭吃水線(xiàn)到GPS天線(xiàn)的高度，Z0為設(shè)定吃水，Z為測(cè)得的水深度。Zm為繪圖水深，H為RTK測(cè)得的高程。則：

水深水位=H+h

Z m =Z-水位=Z-（H+h） （1）

2.2當(dāng)水面由于潮水或者波浪升高時(shí)，H增大，相應(yīng)地Z也增加相同的值，根據(jù)（1）式，Zm將不變。因此從理論上講，RTK無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深將消除波浪和潮位的影響，是一種理想的水上測(cè)量方法。

3. 水深測(cè)量的基本作業(yè)步驟

水深測(cè)量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件等組成。測(cè)量作業(yè)分三布來(lái)進(jìn)行，即測(cè)前的準(zhǔn)備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測(cè)量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。

3.1測(cè)前的準(zhǔn)備。

3.1.1求轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（1）將GPS基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)A上，設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)，輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)（該點(diǎn)的單點(diǎn)84坐標(biāo)）后設(shè)置為基準(zhǔn)站。

（2）將GPS移動(dòng)站架設(shè)在已知點(diǎn)B上，設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、接收間隔，關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)后，求得該點(diǎn)的固定解（84坐標(biāo)）。

（3）通過(guò)A、B兩點(diǎn)的84坐標(biāo)及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.1.2建立任務(wù)，設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、一級(jí)變換及圖定義。

3.1.3作計(jì)劃線(xiàn)。如果已經(jīng)有了測(cè)量斷面就要重新布設(shè)，但可以根據(jù)需要進(jìn)行加密。

3.2外業(yè)的數(shù)據(jù)采集。

（1）架設(shè)基準(zhǔn)站在求轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)架設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)上，且坐標(biāo)不變。

（2）將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀和便攜機(jī)等連接好后，打開(kāi)電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測(cè)深儀接口、接受機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀配置、天線(xiàn)偏差改正及延遲校正后，就可以進(jìn)行測(cè)量工作了。

3.3數(shù)據(jù)的后處理。

數(shù)據(jù)后處理是指利用相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，形成所需要的測(cè)量成果——水深圖及其統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告等，所有測(cè)量成果可以通過(guò)打印機(jī)或繪圖機(jī)輸出。

4. 影響水深測(cè)量精度的幾種因素及相應(yīng)對(duì)策

在實(shí)際的使用無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果精度會(huì)由于船體的搖擺、采樣速率、同步時(shí)差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RTK定位誤差，從而成為無(wú)驗(yàn)潮方式水深測(cè)量精度提高的瓶頸因素。

4.1船體搖擺姿態(tài)的修正。

船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進(jìn)行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù)，通過(guò)專(zhuān)用的的測(cè)量軟件接入進(jìn)行修正。

4.2采樣速率和延遲造成的誤差。

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時(shí)采集的精度和密度，現(xiàn)在大多數(shù)RTK GPS都可以最高輸出率達(dá)20HZ，而測(cè)深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據(jù)的定位時(shí)刻和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)刻的時(shí)間差造成定位延遲。對(duì)于這項(xiàng)誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.3RTK高程可靠性的問(wèn)題。

RTK高程用于測(cè)量水深，其可信度問(wèn)題是倍受關(guān)注的問(wèn)題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測(cè)量的水位與人工觀測(cè)的水位進(jìn)行比較，判斷起可靠性，實(shí)踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無(wú)誤，可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線(xiàn)（由專(zhuān)用軟件自動(dòng)完成）。根據(jù)曲線(xiàn)的圓滑程度來(lái)分析RTK高程有沒(méi)有產(chǎn)生個(gè)別跳點(diǎn)，然后使用圓滑修正的方法來(lái)改善個(gè)別錯(cuò)誤的點(diǎn)。

5. 作業(yè)時(shí)應(yīng)該注意的若干問(wèn)題

5.1有關(guān)基準(zhǔn)站的問(wèn)題。

（1）因?yàn)镽TK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)（偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)。所以：

A.電臺(tái)天線(xiàn)要盡量高。如果距離教遠(yuǎn)，則要使用高增益天線(xiàn)；否則將影響到作業(yè)距離。

B.電源電量要充足，否則也將影響到作業(yè)距離。

（2）設(shè)站時(shí)要限制最大衛(wèi)星使用數(shù)，一般為8顆。如果太多，則影響作業(yè)距離；太少，則影響RTK初始化。

（3）如果不是使用七參數(shù)，則在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)要使Transform To WGS84（轉(zhuǎn)換到WGS84坐標(biāo)系）處于off（關(guān)閉）狀態(tài)。

（4）如果使用七參數(shù)，則△X、△Y、△Z都小于±100較好，否則重求。

（5）在求轉(zhuǎn)換參數(shù)前，要使參數(shù)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)關(guān)閉。

（6）在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。基準(zhǔn)站和移動(dòng)站必須要保持四顆以上相同衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果；所以有時(shí)偶爾RTK沒(méi)有固定解也是很正常的。

5.2有關(guān)流動(dòng)站的問(wèn)題。

（1）解的模式要使用RTK Extrap（外推）模式。

（2）數(shù)據(jù)鏈接受間隔要與基準(zhǔn)站設(shè)置的發(fā)射間隔一致，都要為1。

（3）如果使用海洋測(cè)量軟件導(dǎo)航、定位，則：

A.記錄限制要為RTK固定解。

B.高程改正要在天線(xiàn)高里去改正。

（4）差分天線(xiàn)要盡可能的高。

5.3有關(guān)求轉(zhuǎn)換參數(shù)的問(wèn)題。

已知兩點(diǎn)在測(cè)程及測(cè)區(qū)內(nèi)要盡量遠(yuǎn)。同時(shí)，這兩點(diǎn)不能在同一條經(jīng)線(xiàn)或同一條緯線(xiàn)上。

6. 結(jié)束語(yǔ)

利用RTK技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工程變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟(jì)，所以不失為一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[文章編號(hào)]1619-2737（2014）03-18-633endprint