GPS 擬合高程在水運工程中的應用

【摘要】GPS定位技術發展迅速，應用也越來越廣泛。航道水深的測量是需要較高的測量精度與快速實時測量反饋的。因此，在航道水深測量中應用GPS定位技術將會使測量工作高效、準確，取得較好的經濟與社會效益。本文介紹了利用GPS進行航道水深測量的原理及測量的基本步驟，為測量人員提供了較好的理論與應用依據。

【關鍵詞】GPS；航道；水深；測量

1、基于GPS進行航道水深測量原理

航道水深測量一般情況下使用的主要測量方法是交會定位法。但是，由于易受到地勢特點及天氣情況等方面的影響，而且野外作業工作測量條件艱苦、測量人員較多、成圖所用時間較長。所以，使用交會定位法進行水深測量是有一定難度的。近年來，GPS測量技術在各種測量工作中應用越來越廣泛，基于GPS的航道水深測量即是它的一項重要的應用。而RTK技術的應用更進一步的促進了航道水深測量中GPS無驗潮方式的合理應用。

航道水深測量的核心工作是測量水面的一點到水底的垂直距離以及水面點的平面位置。基于GPS的航道水深測量即是通過GPS對水面的一點進行定位來進行水深測量的技術，可以避免測深儀器及測點位置的客觀影響，提高測量的精確度。

基于GPS的航道水深測量技術可以根據GPS定位模式的不同，分為單點定位和差分定位兩種技術。差分技術根據其測量區域的不同又可分為局域差分和星站差分定位技術。差分技術的一些不足在于：①至少兩臺雙頻GPS接收機；②用戶測量成本會較高；③測量距離有限。而對于GPS單點定位技術來說，使用一臺雙頻GPS接收機即可，且其測量范圍較廣。因此，GPS單點定位技術的應用較廣泛。

2、水深測量步驟

航道水深測量作業系統主要由GPS接收機、測深儀、數據通信系統及便攜計算機等幾部分組成。而航道水深測量的基本步驟是首先進行前期準備，而后收集測量的相關數據，最后一步對數據進行后處理并形成成果輸出。

2.1 前期準備

航道水深測量的第一步是為測量做準備，主要是在測量之前對儀器等進行校正和記錄初始參數兩個方面的準備。

GPS定位使用的坐標系為WGS-84坐標系，并在這一坐標系基礎上發布了星歷參數。而我國運用最廣泛的測量坐標系統是1954年的北京坐標系。在航道水深測量中，我國也是采用的是1954年北京大地測量坐標系。這樣就需要在測量開始之前，對當地坐標與北京大地測量坐標系進行坐標校正。在校正過程中，應至少對4個對當地投影的3D網格坐標進行校正使用，以便提供給測量過程有充足的冗余度。

航道水深測量之前的另一個主要準備工作即是對儀器等的初始參數進行記錄，并將采集到的初始參數放到控制器及記錄卡里以備處理。在水上測量作業時，測深儀需要與GPS接收機進行連接，這樣就可以通過測深軟件來設置GPS接收機的參數，這些設置的參數也是需要進行記錄并存儲的，之后GPS接收機會根據給定的輸出頻率對測深儀的位置信息進行輸出，測深軟件就會對輸出的數據進行采集，這就進入了測量的第二步驟。

2.2 外業測量及數據采集

在準備工作之后，已經對初始參數進行了記錄，并將測深儀與GPS接收機進行了連接等工作。接下來，需要架設基準站，并將測深儀、GPS接收機與便攜計算機向連接，啟動GPS，測量工作便開始了。這一步驟的主要工作就是對測深儀采集的數據通過測深軟件進行讀取，并記錄和存儲。

2.3 數據的處理與出圖

航道水深測量的第三步就是對第一步準備階段采集的初始數據及第二步測深儀采集到的數據依靠相關數據處理軟件進行后期分析與處理，在進行分析與處理后就可以得出測量成果了，即水深圖及水深統計報告等。另外，現代成圖軟件都可以與繪圖儀或打印機相連，這樣就可以將測量結果直接出圖了。

3、工程作業

3.1 GPS RTK水深測量系統

基于GPS的航道水深測量工作中應用的GPS RTK技術的基本原理與在陸地測量的放樣原理基本一致。基準站位置及作用保持不變，主要的變化是流動站上的人工跑點被測量船測點代替，然后是流動站上固定了數字測深儀裝置，便攜計算機代替了控制手簿，而且測點和測線的控制與管理完全依靠先進的水深導航測量軟件進行，并在此基礎上由水深測量軟件對測點的水深及測點的平面坐標數據進行采集與記錄，最后通過數據處理軟件對收集的數據進行后處理，與繪圖儀或打印機相連就能直接得到水深圖。

在實際的工程作業中，GPS RTK技術可以使用“1個基準站+1個流動站”的測量模式，也可以使用“1個基準站+2個流動站”的測量模式。在大型的水深測量工程項目中，甚至可以使用“1個基準站+多個流動站”的測量模式，即流動站是可以任意多個，這樣可以增加測量基準站周圍水深圖的準確性。

3.2 水深測量作業

①GPS儀器架設

GPS儀器架設時應注意選擇周圍開闊的地點，GPS架設后首先應轉換為1954年北京坐標系，之后連接通信系統，就可以對流動站的設備進行控制了。另外，還需要對RTK進行初始化設置及參數記錄。

②測深系統

測量船應停靠在較為平靜的水域上，然后將測深儀探頭安裝在測量船的中部船舷上，固定后調整GPS接收機的天線，使其與測深儀探頭中心處于同一軸線上。之后，將GPS、測深儀與便攜計算機向連接，打開水深測量軟件，對測深儀采集到的數據進行記錄。另外需要注意的是還應合理設置流動站的RTK接收機的對中桿的高度，默認高度是RTK接收機的接收天線到RTK對中桿底長2m，在實際中，比如測量船體的上升或下沉、漲潮或退潮等情況會使水位不穩定，應使用RTK的實時高程來替代水位觀測，應根據實際情況對測深軟件中的數據進行記錄。運用RTK實時高程測量方法，可以有效預防可能影響航道水深測量的一系列因素，使測量結果精確度達到最高。

結束語

隨著時代的發展，技術的進步，GPS技術得到了快速發展。雙頻GPS接收機的發明，使GPS測量技術在航道水運中得到了合理及有效的運用。目前，我國的港口航道施工中，水深測量工作因為GPS技術的應用變得越來越簡單，越來越方便，而正確性和準確性也越來越高。在航道水深測量過程中，數據采集及成圖等環節依靠先進設備及先進的處理軟件，減少了人力投入，節約了大量人力、物力及資金。基于GPS的航道水深測量具有極高的實用價值，應廣泛應用于我國的航道水深測量及港口建設等工程項目中去。

參考文獻：

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