水深測量中RTK高精度定位技術的應用探討

劉勇鋒

摘要：近年來，隨著我國科學技術的進步，RTK技術也在海洋測量中得到了廣泛的應用，使用RTK技術進行海上測量，不僅在很大程度上提高了測量人員的工作效率，而且也提高了測量的準確性。RTK技術主要是以水上導航測量軟件為支撐，進行水深測量，作為一項新型技術，在水深測量的過程中得到非常重要的應用，隨著該項技術的日臻完善，目前已經成為水深測量過程中的主要測量技術。本文主要介紹了RTK技術的優勢，并對RTK技術在水深測量中的應用進行了有效的分析。

關鍵詞：RTK技術；水深測量；分析

引言

傳統的水深測量需要進行驗潮，將采集的水深數據進行水位改正，歸算到所需要的當地理論基準面，再通過時間將平面位置和水底高程匹配，獲得測區三維數據。這在海況較為理想且測量區域較小的情況下，可以得到準確的測量成果。但是在測量區域大，海上風浪影響較大的情況下，驗潮的精度不高且工作量非常巨大，這會直接影響水深測量的精度。隨著全球定位系統技術的發展，特別是 RTK 技術的不斷進步，采用 RTK 無驗潮方式進行水深測量將逐漸代替傳統的水深測量方法，采用 RTK 技術，就可以不需要驗潮數據，直接可以獲得所需要的三維數據，這樣不僅減少了外業測量人員的工作量，還有效提高了工作效率，從而帶來了更大的經濟效益。

1.RTK技術的優勢

RTK-GPS定位技術（Real-time kinematic，簡稱RTK）是通過載波相位觀測的數值為參照依據的實時差分GPS定位技術，進行動態測量的一種過程。在RTK作業的過程中，基準站是在數據鏈的作用下對其觀測值和觀測站坐標信息同時送到流動站。在整個測量的過程中，流動站要由數據鏈接受來自基準站傳送的數據，并且對GPS觀測到的數據進行采集，并在系統內組成差分觀測值，進而進行實時的處理，并且還要通過輸入相應的坐標轉換參數、以及投影參數，實時得到流動站的三維坐標和精度。

1.1RTK技術提高工作效率

RTK定位技術能夠應用在陸地和采樣中的測量工作，并且是一種重要的測量技術，同時，在水利工程和海洋工程中也得到了重要的應用，并且隨著RTK-GPS技術的不斷成熟，使得對水下地形的測量變得更為精確。過去的水深的測量通常都是使用經緯儀角的交會、紅外測距儀器離交會或者應答儀器等，利用天線定位設備進行定位，由于這種儀器在測量時，對氣象的要求比較高，所以測量工作受到氣象的約束，使得平面精度無法保證，加大了工作的難度，外業的測量人員作業條件比較艱苦，而且測量時間較長。而使用GPS技術之后，這些影響水上測量工作的問題會得到有效的解決。在GPS技術不斷完善的基礎上，通過與RTK技術的結合，使得水下地形測量工作的變得高效，并且能夠有效的降低了測量工作人員的勞動強度，自動化水平不斷提高，節省了工作時間、而且測量精度高，測量工作效率高，進而提高工程的經濟的效益。

1.2RTK技術與多波束探測技術

在現階段水深測量技術中，多波束技術與 RTK-GPS 技術是最常見的兩種，其中，多波束技術能夠實現水聲與傳感器集成完成水深測量，而 RTK 則能測定三維坐標及完成數據統計。多波束探測需要具有綜合性和復雜性，除了具備采集、傳感等功能，還應該具備聲學系統和數據處理功能。RTK-GPS 技術是水深測量當中另一項重要技術，該技術能夠通過三維的時間、空間信息，來形成水深探測的 tcs 坐標系，再通過坐標的方法將計算所得的潮位通過 1PPS 時間脈沖進行輸出，在與傳感器進行協同工作時，RTK 的實時同步水深數據可以消除時間偏差，提高測量精度。

2.RTK 水深測量的作業步驟

外業測量共分3 個步驟：測前準備、外業數據采集和測量數據后處理。

2.1測前準備

求解轉換參數，收集測區周邊的控制點信息，要求控制區域能有效覆蓋測區，根據收集的控制點的 WGS-84 坐標和當地坐標，求解參數。新建作業，新建的任務里設置好橢球、中央子午線、投影參數、圖形轉換參數及定義測量區域。調入計劃測線，將事前設計好的測線導入測深儀主機中。

2.2外業數據采集

將換能器垂直水面固定在船舷邊，精確量取換能器吃水深度以及水面至天線的距離，輸入到儀器中。然后將 GPS 接收機、數字化測深儀和換能器等連接好后，打開電源。測深儀實時記錄測量數據，顯示器中一般設置每行走5m 記錄 1 點，其他設置，如定位儀和測深儀端口、記錄限制（選擇 RTK 固定解）、換能器吃水深度、天線偏差改正等設置好以后，就可以點擊測深開始測量。記錄數據前，用測深桿測得的水深數據與測深儀測得的水深數據進行比對，較差在限差范圍內即可指揮測量船開往測區進行測量。

2.3 測量數據后處理

測量數據后處理是指使用測深儀配套的數據處理軟件對測量數據進行后期處理，數據處理流程如圖 1 所示。

3影響水深測量精度的因素及相應對策

RTK高程的可靠性、同步時差、采樣的速率及船體的擺動等會使使用無驗潮方式測量水深的準確度產生誤差。這些因素造成的誤差大于RTK定位誤差。減少這些因素影響會大大提高測量精度。

3.1船體搖擺姿態的修正

電磁式姿態可以將船的姿態進行修正，電磁式姿態可以修正位置和高程。船的航向、縱擺、橫擺可以通過姿態儀輸出，然后在經過專用測量軟件進行修正。在數據后處理時可以輸入這些改正數據，提高水深數據的處理精度。

3.2 采樣間隔和同步時差造成的誤差

RTK 輸出率影響到數據采集的精度和密度，而測深的輸出率也不盡相同，數據輸出延遲也各有不同，所以 RTK 的定位時間和水深測量時間差造成誤差，該項誤差在數據后處理時，可在軟件中的延遲校正中加以改正，延遲改正量可在實際外業測量中選擇有坡度的地形往返測量計算得出。

3.3 RTK高程可靠性的問題

RTK高程在測量水深方面的可信度成為人們注意的焦點。實踐出真知，通過將RTK高程測量的水位與人工觀測的水位進行比較，其誤差很小，其可靠性通過實踐結果可以看出。為了確保作業無誤，可以采集的數據中提取高程信息繪制水位曲線。根據曲線的元化程度來分析RTK高還曾有沒有產生個別跳點，然后使用原話修正的方法來改善個別錯誤的點。

4、無驗潮水深測量數據

為了驗證無驗潮水深測量數據的可靠性，以某水道水深測量為例，在利用 RTK 進行無驗潮模式水深測量的同時，還按常規的有驗潮站的模式進行潮位數據采集。由于水道長度較長，在岸邊設置了若干個驗潮站，在當天距測量區域最近的驗潮站進行潮位數據采集，每 10min 觀測 1 次，測量時間與水深測量時間同步，驗潮數據（包含驗潮站編號和高程、水面高程及測量時間等）按相關規范要求記錄在手簿上。水道測量區域內的海面較為平靜，利于水深測量的開展，潮位改正采用單站驗潮水位改正的方法。為了比較無驗潮方式與人工驗潮方式處理得到的數據的誤差，將 2 種方法處理得到的數據進行比較，比較結果為：重合的點數為 3 671 個，其中高程互差≤0.2m 的點數3347個，占總點數的 91.2%；高程互差≤0.3m 的點數有 3671個，達到100%，高程較差的平均值為 5cm，符合《水運工程測量規范》（JTS 131—2012）的規定。

結束語

使用 RTK 技術進行水深測量，可以同步進行水位數據采集，實現無驗潮方式水深測量，測量精度可靠，可用于實際工作當中。使用 RTK 技術進行水深測量，不進減少的測量工作量和人員配備，還節省了成本，提高工作效率和經濟效益，是一種值得廣泛推廣的測量技術。綜上所述，為了避免受到自然條件影響所產生的測量誤差，現階段在進行水深測量技術的選用時，工作人員往往會選擇多波束與 RTK 三維技術相結合的方式，保證測量的準確性。經過測量實踐可以看出，相比單獨的多波束技術測量，二者結合的測量方式穩定性更高。

參考文獻：

[1]陳希. RTK-GPS技術在水下地形測量中的應用[J].中國水運（下半月刊），2016，01.

[2]鄧安達，徐小峰. 多波束測深系統與GPS-RTK 技術集成的工作原理及優勢[J]. 工程建設與設計，2017，（16）：210-211.

[3]王彤陽. 水下工程中 GPS-RTK 技術的應用[J]. 建筑知識，2017，05