GPS-RTK無驗潮技術在圍海工程水深測量中的應用

冀念芬 王成志

（1.甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741025；2.三和數碼測繪院，甘肅 天水 741025）

傳統的水下地形測量技術定型于驗潮技術。首先利用GPS-RTK 確定水下點的平面位置，其次由單波束或多波束測深設備確定水下點的深度，最后由岸上人員通過觀察測量獲得潮位資料，從而獲得水下點位的高程。但是，當上述條件不具備時，便無法獲得水下點位的高程。隨著GPS 技術的發展，特別是RTK 技術的發展推廣，為了解決上述問題，提高測量效率，提出了一種無驗潮的水下地形測量技術，應用于水下地形測量。

1 無驗潮模式水下地形測量的基本原理

GPS 差分測量能夠精確量測出兩點的相對高差，并通過該高差反算出流動站GPS 相位中心的高程且具有相同的高程基準面。無驗潮測深法是利用GPS 接收天線中心獲得施工點的平面位置和接收天線中心85 高程與基準面的關系，與常規測深法相同，量取GPS 接收天線中心到測深儀換能器距離，及廁身于換能器到泥面的距離，在計算出泥面高程。

2 GPS-RTK 無驗潮技術工程實例的操作流程

2.1 架站

首先架設基準站1、基準站架設在控制點上，且控制點通過水準聯測具有比較精確的高程數據。基準站通視良好，無障礙物等影響因素。基站站天線對中誤差不大于±5cm。測船流動站的架設流動站安裝在換能器上方，且保持垂直。固定良好，確保安全。

2.2 測前的準備工作

2.1 求取轉換參數：

第一步先在已知點A 上架設GPS，并設置相關參數如投影參數、參考坐標系、發射間隔及最大衛星使用數，差分電文數據格式等，然后輸入該點的WGS-84 坐標和當地坐標，并把該點設置為基準站。第二步在已知點B 上架設GPS，并設置好相關參數，輸入該點的WGS-84 坐標和當地坐標。通過A、B 兩點的WGS-84坐標和當地坐標求得轉換參數。

2.2 建立任務： 設置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。

2.3 繪制測量計劃線：繪制測量計劃線在外業數據采集過程中是必不可少的環節，在HypackMax 軟件測線編輯器中生成測線文件主要用來指導測量船采集水深數據時的航行路線。

2.4、換能器的固定，吃水線的確定。GPS 流動站測前比對，確定正確的坐標和高程。測船安裝GPS，FreeSurvey：4-流動站設置（天線高類型、差分信號類型、電臺類型、數據端口設置）。數據輸出至電腦（FreeSurvey：→5-ZMax 應用程序→數據輸出→GGA、VTG→端口選擇→發送）

2.3 測量工作

首先打開HY1600 測深儀，打印參數，校正聲速 然后進行工控電腦設置。再打開HYPACK 軟件，新建項目，并添加計劃測線文件，設置GPS 軟件信息和HYPACK 軟件信息主要包括端口信息、參數信息、驅動程序配置、測試有無數據等。然后開始測量工作

2.4 現場原始數據檢查

當結束了一天的外業測量，回到辦公室突然發現幾條線的數據沒有被記錄，這是最槽糕的事情。所以在測量現場都應在主窗口檢查一下原始數據，看是否有問題。

2.5 測量成果內業數據處理及成圖

HypackMax 軟件內業的處理主要是針對一些測量過程中的“假水深”，假水深主要是RTKGPS 的失鎖、測深儀在工作時因換能器受波浪及水下懸浮物的影響會產生錯誤的數據。RTKGPS 的失瑣和測深儀在工作時因換能器受波浪及水下懸浮物的影響會產生錯誤的數據使此刻的潮位出現很大的偏差，對于不對的值就需要在內業中逐一改正。對RTKGPS 失鎖造成的潮位錯誤會在HypackMax 軟件里判斷出來，潮位的變化是隨時間變化的，同一時間段的潮位變化是有規律的并且相差并不會很大，錯誤的瞬時潮位會和這一段的其它值相差很大，這樣我們結合這一時間段的潮位來改正錯誤。除了潮位錯誤以外還有其它的，這些就需要在內業的時候通過測深紙上打出的線和軟件里的數據比較改正，以測深紙上的為主。這樣一天如果測了幾十公里的話內業工作量也會很大，因此我們一般情況下主要看一些特征點，如果錯誤的比較多的情況下就需要一一比較。在以上的工作完成時就需要排序和圖形的輸出了。排序主要是剔除一些比較密集的點，手動下線的時候有時會多打出一些點，這樣就使有些點重合在一起看不清楚。排序的時候設置好排序半徑就會在該半徑范圍內只有一個點，這樣就沒重合了。排序完成后便可圖形輸出工作。

通過內業處理，我們可以獲得詳細的水深資料，能夠更好地為生產實踐服務。密集而又詳細的水深值，可以得出水下地形。

3 無驗潮模式下測深儀的測深誤差及改正

測深誤差主要由、儀器轉速誤差、吃水誤差、聲速誤差、讀數誤差等引起的。當實際水深與測深儀測的深度不相符時就說明存在測深誤差。

3.1 轉速改正數

測深儀記錄裝置必須保持某一固定的設計轉速轉動，但是在工作中，由于機械負載或電源電壓等發生變化，導致設計轉速與實際轉速不一致。這樣，儀器測得的深度(Zs)就不等于實際水深(Z0)。由于ns≠n0所造成的測深誤差稱為轉速誤差。要求得實際水深需加上轉速修正數即有：

由此可知，當實際轉速Vn小于設計轉速V0時，ΔHv為正；反之 ΔHv為負。

每次測深開始前和測深過程中要隨時檢查轉速以確保測深精度。一般要求轉速誤差不超過設計轉速的±1%。如超過時應進行調整，使之滿足上述要求。在無法調整時可按上述計算方法，求出轉速修正數 ΔHv。

3.2 吃水改正數

吃水改正數為常數可以通過調節記錄紙零線位置進行消除。測深儀記錄紙上讀數是由換能器表面到海底之間的水深記錄的。如若入水過淺，水泡就會干擾回聲波，記錄紙上回聲線就會時有時無，出現斷開現象，因此要求換能器的入水深度在0.3 米到0.8 米的區間內。

4 結術語

RTK 無驗潮水下地形測量系統集合了GPS 定位技術、超聲波測深儀及計算機數據自動處理技術。測船作為水下地形測量的載體，對測量精度的影響最大。由于水下地形測量的特殊性，使得其作業平臺是動態的，那么動態的測量平臺：測船，必然給測量精度帶來很大的影響。無驗潮水下地形測量系統，作為新的水下測量技術理念，隨著技術的成熟，必將得到很好的應用，為水下測量事業的發展再添新章。