試論GPS技術在航道測量中的應用

陳猛棠

摘 要 作為一項全天候、高精準度的定位系統，GPS具備十分顯著的優勢特征，比如費用低、定位速度快、操作方式簡便等等。因此其不僅在測量工作中有著廣泛應用，同時在導航學和相關領域中也有著明顯發展。基于此，本文就將針對GPS的組成和特點作為研究基礎，進一步分析GPS技術在航道測量工作中的應用情況，希望對測量行業發展提供一定幫助作用。

關鍵詞 GPS技術;航道測量;應用

隨著近年來社會經濟和科技發展需求，我國GPS技術作為一項重要研究項目也得到更大應用與發展。GPS技術的出現為岸上各類工民建測量、水下勘探和地形測量等精密性工作的開展都提供了科學便捷的工作方案，并且也幫助人們對諸多不熟悉的地方進行了研究，有著顯著便利性特點。如測深工作中，可以將GPS接收機和測深儀器兩者進行結合，GPS接收機負責用于進行定位測量，而測深儀器可以對水深進行采集，通過數據的同步電子采集記錄和專業測量測繪軟件指導，由此可在工作中組成相應完整的一套自動化測量系統。為此，本文就將對GPS技術在航道測量中的實際應用進行研究，希望對后續測量工作和航道建設工作提供更科學的指導作用。

1航道測量基礎作用和基本方式

航道測量在航道維護和管理過程中有著十分顯著的積極作用，由于工作目標存在較大差異，所以工作的內容也存在明顯不同[1]。航道測量其他測量作業具備許多相同的原則要求，但是和其他測量工作性質不同，就具體測量內容而言，航道測量和一般測量方式相同點雖然都需要在作業中對地形地貌情況進行測量，但是航道測量工作還主要需要對水下的礙航淺礁等三維坐標進行測量乃至包括流速流態流向等水文情況進行測量。可見航道的測量對于航道建設和維護都有著不可忽視的基礎性作用。

而GPS在對航道進行測量的過程中，主要工作原理就是用戶的GPS移動站接收機通過接收GPS衛星發播的無線電定位信號，以及接收基準站發送的差分解算數據，使移動站可以在最短時間內獲得定位固定解、從而得出精確的亞米級或厘米級三維坐標成果，并且通過配合聲波測深儀對同步定位的位置測深記錄。在對測量位置進行定位的過程中，主要原理就是借助測距交會原理對點位進行明確;對測量位置進行測深的過程中，就是通過對水下發射聲波往返記錄計算，獲得所在位置瞬時水深。所以在進行航道測量中，通過GPS定位技術進行平面坐標定位或厘米級精度的RTK實時動態定位以采集三維坐標數據：平面x、y坐標加上實時水位高程z，同時測深儀器通過單波束或多波束在水中的反射波來準確掌握坐標位置的水深情況h，實時水面高程z減去實時水深h即為實時水下巖面高程。因此測深中任意一點的記錄實際上都是三個參數：x、y、（z-h）。

2GPS技術在航道測量中的應用

在實際角度上來說，航道測量是個兵馬未動偵察先行的工作，它就是為設計、施工和管養等后繼工作而準備基礎地理信息的，需要在測量環節中將兩岸情況及水下地形進行測量出成果以供使用參考。比如在對航道整治進行設計的過程中，需要根據河流多年水文站實測資料以及地質地形水深等進行設計，借助沿程水位站水尺水位相關分析法、以及全程瞬時水面線觀測法，包括頻率分析法、保證率頻率法等確定設計最高通航水位及最低通航水位，利用航道整治工程數學模型研究計算設計流量下整治后的水面曲線。所以一般情況下，合理借助航道測量包括在兩水文站之間補充加密臨時水尺則及測量等，可以更準確地掌握基礎的測量信息或是數據為設計服務。此外，在對航道進行測量的過程中應該保證區間布設水尺的合理設置，通過對各區域設計水位的掌握，順利開展測量工作。所以GPS技術在航道測量中可以為水深、地形、包括整段航道全程瞬時水位成果的測量發揮作用。

2.1 GPS控制網測量

在對GPS控制網進行網形設計的過程中，首先需要根據測量任務要求對GPS網的精度和密度等問題進行明確，從而和規范要求進行有效融合，之后更有效的對不同點之間的連接方法進行優化。平面控制網的建立采用GPS靜態測量完全可以滿足精度要求，高程控制網GPS高程擬合精度雖然《水運工程測量規范》規定可代替四等水準測量，但《工程測量規范》（GB5006-2007）和其他行業測量規范則規定代替五等水準測量，特別是GPS高程不能超出擬合高程模型所覆蓋范圍。而若在山區因為大地水準面起伏大，應適當增加水準重合點進行觀測，用GPS測定大地高和水準測定正常高計算出高程異常，采用數字擬合確定該區域中其他點的高程異常，采用的已知水準點越多，擬合精度越高[2]。在將所布設網點采集的WGS-84 坐標系成果轉換成當地坐標系以供工程使用時，若帶狀區域慎用曲面擬合，如重合點數達到三或是三以上，借助布爾薩七參數法進行必要的數據轉換成當地坐標系數據。在對航道進行測量的過程中，由于河道狹窄道路彎曲性較為明顯，所以很容易造成對控制網布設產生負面影響，在對控制網進行建立的過程中，要注意避免長短邊問題，如網形角度設計注意要大于30?，從而將網形布設方整，避免最短邊建網問題的出現等。

2.2 岸上地形測量

地形測量分為水上和水下兩部分，無論水上水下，本質上都是主要進行地形的三維坐標采集記錄處理，所以在通過如上控制網的有效設計和測算，GPS校核控制點得出當地坐標系的轉換參數后，就可以根據測繪區域計劃，根據相關測量規范和要求進行GPS碎步測量，采集地形坐標數據和地物勾繪記錄，然后在后繼的內業作業中處理成果出圖。但是采用GPS技術進行河道野外測量時，要注意盡量避開樹林、高山峽谷等天空被遮蔽阻擋地區，或者避免在高壓線附近底下作業，以免造成GPS信號受干擾定位不精確，這時就要用傳統的水準儀全站儀等測量工具作補充。

2.3 水下地形測量

在對水下地形進行測量的過程中，需要在臨近控制網的區域對地形施測站點進行選擇，架設好基準站好，利用已知點對GPS流動接收機進行檢驗校核，再和超聲波回聲探測儀進行連裝，利用打水板等對測深儀所測水深讀數進行校驗改正，使各項誤差符合《水運工程測量規范》等規定的允許誤差值之內。這樣通過對流動接收機以及測深儀的設置校核，再有效根據河道斷面變化情況、流速大小等情況進行布計劃線施測。在進行測量的過程中，注意船速的控制和所采集數據的精確度比如因為水泡、水草以及淤泥等造成的假水深問題，以及補測因為信號問題而缺失記錄等情況。由于水下地形施測往往會受到較為顯著的經濟影響，所以在對方案進行選擇的過程中也要選擇一些簡便的方案，比如在較淺難測區域用探桿等潛代測深儀。基于經濟性、便捷性、準確性綜合因素來說，目前GPS水下地形測量已經成為國內主要采用的定位測探技術。

3GPS技術的局限性和改進

雖然目前GPS技術得到了十分顯著的發展，但是外部環境對于GPS技術的使用和精準度也會產生一定影響，比如近距離的高壓線路、建筑物高山和高大樹木都可能對GPS接受準確度產生影響，基站與移動站之間的差分信號傳輸也受影響，所以在實際測量過程中需要盡量避開這類障礙物。在接收衛星信號困難地區，往往只能借助全站儀和水準儀實現對附近測量任務的開展。當然在當前GPS技術不斷發展和進步的過程中，上述因素對于測量工作的影響也明顯降低，比如當前國內主流的GPS接收機日趨融合接收俄羅斯衛星GLONASS信號、中國北斗BDS（且預留對歐洲GALILEO信號的升級接收），我們在瀾滄江的工程實踐中證明，隨著衛星的增多、加上配合中繼電臺等新技術采用，GPS的衛星信號跟蹤及數據鏈傳輸性能在信號困難地區由此獲得顯著改善。

4結束語

綜上所述，測繪任務的發展受到航道測量技術的影響較大，通過對多次航道測量數據的研究發現，將GPS技術應用到布網工作中，在對軟件進行基線求解或是測繪軟件過程中，相比傳統導線測量手段，可以實現更有效的幫助作用，達到事半功倍的效果。此外，在測繪技術不斷發展和進步過程中，航道的測量發展也會得到明顯進步，并在工作中形成簡便和高效的工作優勢，這對于航道測量的發展而言必然是十分顯著和積極的。所以，GPS定位技術和測深技術因其經濟性、便捷性和達到相當的精確性，加上智能化自動化趨勢，也將成為今后我國航道工程測量中最重要的發展方向。

參考文獻

[1] 李發忠.GPS技術在航道測量工程中的應用[J].交通世界（運輸.車輛），2013，26（11）：126-127.

[2] 馬遷，朱繼文.GPS 水準高程擬合精度分析[J].煤炭技術，2001，28 （01）：150-152.