GPS—RTK配合數字測深儀在水下地形測量中的應用分析

鄭根林

【摘 要】近些年來我國微型定位技術得到大幅度進步，GPS價格處于持續下降的狀態，GPS-PTK應用門檻隨之降低，所以相應的GPS-RTK應用范圍不斷拓展。對于我國水下地形測量數據的精準程度而言，因GPS-TRK及數字測探儀綜合應用水平的不斷提升而逐漸升高，反之測量成本得到一定程度降低。本文由GPS-RTK技術的概述著手展開分析，并進一步探討水下地形測量中GPS-RTK配合數字測深儀的具體應用。

【關鍵詞】GPS-RTK；數字測深儀；水下地形測量

一、GPS-RTK技術概述

GPS-RTK和數字探測儀的有效結合使得水下地形測量的現場數據采集、系統運行效率以及數據分析等得到大幅度提升，并直接影響水下地形測量的實施和測量結果的精準程度。傳統水下地下測量方法是基于某個固定控制點對測距儀、全站儀、經緯等設備進行利用，以達成地下探測所需平面位置獲取的目的，然后借助測錘、回聲測深儀以及測深桿等工具對水下點的具體坐標進行獲取。此種測量方法對測量距離、天氣狀況、能見度、通訊條件以及儀器精準度有非常高的要求，而且工作效率較低。近些年來電子聲納技術、GPS技術得到快速發展，因此GPS-RTK技術被廣泛應用于水下地形三維數據采集、傳輸以及觀測工作中，并實現了和數字測深儀的有效結合，從而對水下測量工作精準度方面的需求進行有效滿足。在水下地形測量系統中對GPS-RTK進行應用，相比傳統測量系統而言測量數據的準確性、測量工作效率等都得到大幅度提升，甚至在大幅度降低工作強度的同時對勞動條件進行了有效改善。此外，可將當前階段精密數字探測儀的自動化優勢進行發揮。

二、RTK技術及水深測量原理

基準站、GPS接收機、無限電數據鏈電臺、發射天線、直流電源等是組成RTK系統的主要部分。RTK工作原理是設置其中一臺接收機為基準站，設置另外一臺或者是幾臺接收機為流動站，基準站和流動站對同一時段、統一GPS微型發射的信號進行有效接受，然后對比基準站獲取的觀測值和已知的位置信息，從而獲得GPS查分改正值。將此改正值利用無線電數據鏈電臺及時向公示衛星的流動站接收機進行傳遞，對其GPS觀測值進行凈化，從而獲取經差分改正之后流動站準確的實時位置。當前階段RTK平面精度已經可以達到1厘米上下，對水下地形測量工作的實際需求進行滿足，因此RTK技術可對傳統全站儀等一起測量平面位置的方法進行取代。

三、GPS-RTK配合數字測深儀水下地形測量作業具體流程

相比傳統水下地形測量作業而言，水下地形測量工作中對GPS-RTK技術配合數字測深儀進行應用時除需對測量船只及側身設備進行配備之外，還需準備至少兩臺可實施RTK技術的GPS接收機，對測量作業進行配合。實際作業過程中由專人負責架船，并由專人負責測深儀側身及GPS接受及定位測量的操作等，可將整個測量過程分為前期準備、數據采集和數據整理三個部分。

1.前期準備：首先，準備兩套GPS-RTK，1臺測深儀、1個電瓶、1套水上測量或者是導航軟件、1套后處理軟件、便攜式電腦一部、插排和電源逆變器各1個、救生衣、鐵絲及繩子若干；其次，全面了解掌握待測量地區的地形、地理、水深以及天氣等情況，制定好相應的水深測量路線和測量距離計劃。

2.數據采集：數據采集可分為具體實施測量前的工作準備和水下地形測量作業兩個部分，本文將某港池巷道水下測量作業為實際案例展開分析。

實施測量前：首先將基站架設完成，將電臺及電臺發射進行連接并確保處于良好運行狀態；將GPS設備打開，直至衛星燈顯示為常亮狀態；打開電子手薄進入之程序界面進行坐標系、投影參數、圖定義及轉換參數的設置；設置航線。1：2000是本次工程的測圖比例要求，依據測量比例尺1：2000地形圖采集密度規定在測區垂直航道每間隔20米距離布設一條航線用于數據的測量和采集。

水下地形測量：設立基準站并將控制點坐標進行輸入；為了對各項參數和坐標輸入的正確性進行保證，需利用流動站接收機至附近的已知點進行校準，確定滿足精準要求之后再開展實際測量工作；在電腦上連接并安裝GPS接收機和數字化測深儀并將直流或者交流電源進行連接，連接完成之后將系統啟動。將涵養測量成圖軟件和測深儀打開并確保為正常運行狀態，設置好相應的參數、比如接收機數據格式、定位儀及測深儀接口、記錄設置、測深儀配置等，然后結合導航指示沿航線在測區內進行水深測量作業。測深儀探頭必須深入水下0.4米以上才可進行測量，再加上吃水的問題存在，因此如水深在1米以下的淺水區域測深儀測量的精準度較低。因此，此種淺水區域可對GPD-RTK直接應用，以對水下地形點的平面坐標和高程進行測量并在電子手薄中進行記錄。

3.數據整理

數據采集通過設定好的程序自動進行，因此對于水下地形地貌特征的反應不是特別準確，因此需要對采集的數據進行進一步整理。先對測深儀測量出的水底斷面數據進行綜合，然后補點加密未采集到的水底變坡點坐標和高程。在加密處理完所有數據之后，將測深儀存儲其內獲取的觀測數據在數字成圖軟件進行導入，從而相應的等深線形成，進行合理的圖面整飾后即可作為成圖輸出。

四、影響水深測量精度的因素探討及應對措施提出

1.保證船速和測深儀采樣速度的匹配

通常情況下，數據采集頻率設置為1s，測深儀設置為0.33s，也就是說在1s時間內對3個數據進行采集。測深儀是將超聲波到達水底后放射回波作為依據確定水深，所以上述周期性采集方式下會受到船速的較大影響。如船速太高的話測量的水深數據和實際平面位置會發生較大誤差，因此在實際作業過程中應對吃水深淺和電子線進行經常性檢查，并保證船只以8M/s的速度行駛。

2.吃水改正

吃水改正可具體分為動態吃水改正和靜態吃水改正。將換能器相對船體的位置作為依據可進行相應的集合關系求解。通常情況下動態吃水指的是作業船只確定為靜態吃水的狀態下因航行導致的船體吃水變化情況，測量時船只動態吃水應用霍密爾公式進行計算。

五、結束語

綜合上述所言，GPS-RTK配合數字測深儀在水下地形測量工作中的具體應用，不僅可將作業效率進行大幅度提升，而且測量成本得到有效降低，進而水下地形測量工作簡單、經濟、快捷、高效的目的得以達成，當前階段已經在水下地形測量工作中被越發廣泛的推廣和應用。當然在實際實施水下地形測量時因各地工作內容和工作要求存在一定的區別，所采用的方法也存在一定的差異性，在具體應用時需要結合被測量區域的實際地形、氣溫、風向等對測量方法進行調整，爭取將GPS-RTK配合數字測深儀的優勢最大限度發揮，使得我國水下地形測量工作的整體水平得到持續提升。

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