CORS—RTK與測(cè)深儀聯(lián)合作業(yè)在水下地形數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用探究

摘 要：伴隨現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，通過整合GNSS定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)傳輸處理等多源技術(shù)，形成了以多基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)差分為依托的連續(xù)運(yùn)行多基準(zhǔn)站定位服務(wù)系統(tǒng)CORS，在國(guó)土規(guī)劃、道路勘測(cè)、水利工程勘察等方面得到廣泛應(yīng)用。文章CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀及水下地形測(cè)繪的基礎(chǔ)理論概述入手，重點(diǎn)分析CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪的具體過程，并針對(duì)探測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出切實(shí)可行的解決策略，為推進(jìn)水下地形數(shù)據(jù)采集提供參考資料。

關(guān)鍵詞：CORS-RTK；網(wǎng)絡(luò)多基準(zhǔn)站；測(cè)深儀

本文主要對(duì)CORS-RTK技術(shù)及聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪的原理進(jìn)行概述，著重介紹布設(shè)網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)采集以及處理和成圖四項(xiàng)具體測(cè)繪過程，針對(duì)水上勘測(cè)定位與航線偏離問題、CORS-RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與聯(lián)合聲波測(cè)深儀的數(shù)據(jù)匹配問題和水下植被的影響問題做出詳細(xì)的分析，并且提出較為合理的解決措施，有助于完善和提升相關(guān)技術(shù)流程。

1 相關(guān)理論概述

CORS-RTK技術(shù)作為連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站網(wǎng)絡(luò)，通過利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)組成的動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)RTK，能滿足不同用戶的動(dòng)態(tài)觀測(cè)需要，以其特有的高精度、作業(yè)范圍廣泛、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域。聯(lián)合聲波測(cè)深儀則是通過電聲轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，利用超聲波發(fā)射遇到障礙物的反射回波，通過測(cè)量聲波往返時(shí)間計(jì)算距離，從而有效實(shí)現(xiàn)聲波監(jiān)測(cè)地形的效果。當(dāng)前，因聯(lián)合聲波測(cè)深儀的精度高、靈敏度高以及可靠性高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水下地形測(cè)繪之中。CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀則兼具二者的有效功能，操作員通過提前將水體岸邊的地形圖導(dǎo)入電腦，按照已有的航線進(jìn)行測(cè)量，在作業(yè)的具體過程中就會(huì)應(yīng)用到CORS-RTK進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)航，及時(shí)修正偏離的方向和距離，聯(lián)合聲波測(cè)深儀則在這一過程中通過探頭發(fā)出的超聲波反射來回的時(shí)間來計(jì)算探頭距離地面的水深，通過對(duì)比和計(jì)算得到更加精準(zhǔn)的波速值。CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪的原理，則主要通過GNSS接受機(jī)定位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，用GNSS高程數(shù)據(jù)減去聯(lián)合聲波測(cè)深儀所測(cè)的水深以及GNSS與聯(lián)合聲波測(cè)深儀兩者間距的固定值即為水體底部的高程。

2 聯(lián)合作業(yè)基本應(yīng)用流程分析

2.1 布設(shè)網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)航定位

整個(gè)測(cè)繪過程需要安排實(shí)測(cè)人員利用計(jì)算機(jī)具體操作GNSS定位機(jī)和聯(lián)合聲波測(cè)深儀，同時(shí)安排好操作船只人員，另外需要安排兩人每隔一段時(shí)間就需要對(duì)水體底部進(jìn)行一次探測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改。在布設(shè)網(wǎng)絡(luò)過程中，需要確定水體岸線的平面坐標(biāo)，通過輸入計(jì)算機(jī)中的水文測(cè)量操作軟件（HYDRO pro軟件），以每20米布設(shè)一條測(cè)線、每5米進(jìn)行記錄點(diǎn)位深度。通過布設(shè)好的規(guī)劃路線，通過雙頻的回聲測(cè)深儀（BAT HY-500DF）顯示的有效參數(shù)與筆記本電腦和GNSS接收機(jī)做好有效連接，用雙頻的回聲測(cè)深儀顯示面板的鍵盤選擇好具體的輸出模式，此時(shí)可通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)HYDRO pro水文軟件獲取外部的注釋數(shù)據(jù)，也可通過雙頻的回聲測(cè)深儀鍵盤，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)的修改和設(shè)置。

2.2 數(shù)據(jù)采集與處理和成圖

在數(shù)據(jù)的采集階段，需要通過開動(dòng)測(cè)船，通過監(jiān)視屏與外接的顯示器點(diǎn)位數(shù)據(jù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)采集，按照之前預(yù)設(shè)的航線和航速對(duì)布設(shè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。這一過程中，可以充分利用CORS-RTK的精準(zhǔn)定位，按照原有的布設(shè)間距進(jìn)行有效的觸發(fā)測(cè)量，同步與測(cè)圖要求相一致的高程數(shù)據(jù)和平面位置，實(shí)現(xiàn)文本數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)，確保湖底地形數(shù)據(jù)的完整采集。通過已經(jīng)采集好的高程以及平面數(shù)據(jù)，通過校驗(yàn)核實(shí)后，將其輸入到專業(yè)的成圖軟件中進(jìn)行進(jìn)一步的成圖處理，最終得到高精度的水下數(shù)字地形圖。

3 CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀作業(yè)中的問題及對(duì)策

3.1 水上勘測(cè)定位、航線偏離和水下植被的問題

CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪中，CORS-RTK技術(shù)能夠有效的改善原有的勘測(cè)定位缺乏參照物的弊端，有效的實(shí)現(xiàn)快速和精準(zhǔn)的定位。當(dāng)所測(cè)水體的面積較大時(shí)，極易造成船只的偏向問題，直線航線往往只是一種理想狀態(tài)。針對(duì)這一問題，在具體的航線勘測(cè)過程中，要適當(dāng)?shù)剡x取參照物，如果航線出現(xiàn)偏離時(shí)要注意不要出現(xiàn)測(cè)船明顯拐彎的現(xiàn)象，需要適當(dāng)?shù)貙?duì)船只進(jìn)行方向的修正，使船只進(jìn)行小幅度的平滑移動(dòng)，從而確保船只按照事先布設(shè)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)線進(jìn)行測(cè)點(diǎn)，進(jìn)而保證所測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。在利用CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀測(cè)繪水下地形時(shí)，如果水體中長(zhǎng)有較高或者較為茂盛的水草時(shí)，其測(cè)繪出的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度也會(huì)直接受到影響，針對(duì)此項(xiàng)問題主要可以采取兩種解決方案，一種是通過縮小之前布設(shè)網(wǎng)絡(luò)的距離，以增加采集點(diǎn)的數(shù)量這種方法達(dá)到更多有效的探測(cè)點(diǎn)，另一種方法則通過調(diào)整測(cè)深桿的量測(cè)輔助校正功能，實(shí)現(xiàn)所得數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，從而使監(jiān)測(cè)的結(jié)果更加真實(shí)和有效。

3.2 CORS-RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與聯(lián)合聲波測(cè)深儀的數(shù)據(jù)匹配問題

CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪中，當(dāng)水面遇到波浪時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)忽高忽低的現(xiàn)象，極易影響水底測(cè)深的精準(zhǔn)度，造成較大的測(cè)量誤差。在CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀實(shí)際應(yīng)用中，可以將GNSS接收器與聯(lián)合聲波測(cè)深儀用金屬桿進(jìn)行連接，保證二者距離相對(duì)固定，并保證同時(shí)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)測(cè)船隨著波浪不斷變動(dòng)的時(shí)候，通過GNSS與聯(lián)合聲波測(cè)深儀兩者的高度值抵消，實(shí)現(xiàn)湖底高程值的真實(shí)性，因此這一系統(tǒng)在波浪較大的情況下，水底的高程值仍然不受影響。關(guān)于CORS-RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與聯(lián)合聲波測(cè)深儀的數(shù)據(jù)匹配問題，還要注意到GNSS接收器與聯(lián)合聲波測(cè)深儀的中心要保持在同一鉛垂線上。在具體的水下地形測(cè)量中，聯(lián)合聲波測(cè)深儀的測(cè)頭一般處于水下，由于水的阻力，往往會(huì)造成連接GNSS接收器與聯(lián)合聲波測(cè)深儀的金屬桿出現(xiàn)偏斜的情況，進(jìn)而影響到數(shù)據(jù)測(cè)量的精度。針對(duì)這種情況的有效措施是用一根金屬桿B，通過三通管的螺絲將連接在GNSS接收器與聯(lián)合聲波測(cè)深儀的金屬桿A固定住，使桿B與桿A垂直，同時(shí)將桿B水平放置在測(cè)船上，確保桿A在這一過程中不會(huì)脫落下墜，將A桿靠近GNSS機(jī)頭部分用繩子向垂直桿B的方向拴緊，以此更好的避免A桿因?yàn)樗淖枇υ斐蓽y(cè)量誤差的問題，真正提高CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪中的測(cè)量精度，推進(jìn)水下測(cè)繪工作的順利開展。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)CORS-RTK聯(lián)合聲波測(cè)深儀在水下地形測(cè)繪中的應(yīng)用研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用RTK技術(shù)與聯(lián)合聲波測(cè)深儀有效結(jié)合，使水下地形勘測(cè)的速度和精準(zhǔn)度得到了有效提高，同時(shí)通過對(duì)工作流程的具體設(shè)計(jì)，解決了以前水下測(cè)量所遇到的問題，為今后的相關(guān)行業(yè)提供豐富的理論借鑒，更好的促進(jìn)相關(guān)測(cè)繪行業(yè)的健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：楊娟娟（1984，10-），大學(xué)學(xué)歷，工程師，現(xiàn)為承德市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院測(cè)量技術(shù)負(fù)責(zé)人，主要從事測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)制圖、資料整理等相關(guān)的研究與管理工作。