航道測量中GPS-RTK定位技術的應用

唐子雯

摘要：本文簡要介紹航道測量方法、技術，介紹了GPS-RTK定位技術，總結了GPS-RTK測量技術在具體工作中的應用。

關鍵詞：航道測量;GPS-RTK;定位技術

引言

航道測量的內(nèi)容，主要有航道范圍內(nèi)水域的地形、水深、水速等。然而，由于航道內(nèi)的情況比較復雜，所以傳統(tǒng)的測量技術會受到很大的干擾，影響測量精度，GPS-RTK定位技術的使用，能夠在很大程度上提高測量精度與測量效率，在航道定位測量中有很大的優(yōu)勢。

1、航道測量技術的發(fā)展

在傳統(tǒng)的航道測量工作中，主要是采用全站儀測距導線測量、三角導線測量、交會法水深測量等方法，需要投入很多的人力、物力，并且工作效益偏低，隨和科學技術的發(fā)展，GPS 測繪定位技術應用到了航道測量工作中，提升了測量準確性，大大提高了工作效率。

航道測量技術的發(fā)展從不是單一而行的，它涉及多個學科的發(fā)展，按照航道測量工作，主要可以分成測深與定位兩個方面。

1.1航道測量定位技術

航道測量定位技術，是指水深點平面位置測定與地形點的平面位置測定。現(xiàn)代航道測量定位技術的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段的發(fā)展，從最初的光學定位、電子儀器定位發(fā)展到目前的衛(wèi)星定位。上世紀90年代中后期，美國的GPS引領全球，進入商業(yè)化的使用，在我國的航道測量中也迅速引進該技術，并展開測量應用。在航道測量工作中，GPS技術的使用非常廣泛。近20年，我國航道測量定位技術同樣經(jīng)歷了幾個階段的發(fā)展，從差分GPS定位（DPS）、連續(xù)參考站（CORS）、到精密單點定位（PPP）。

現(xiàn)階段，在航道測量工作中，主要采用載波相位差分技術（RTK）與CORS技術，目前我國省級CORS站網(wǎng)已經(jīng)基本建設完成，部分區(qū)域?qū)τ贑ORS的應用已經(jīng)比較成熟。PPP通過GPS觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星鐘差的精確計算，對單臺GPS接收機采集的相位、偽距觀測值進行定位解算。與DPS、CORS的精度相比，PPP在測量精度上略顯不足，然而其操作靈活，測量中需要的人員較少，測量成本較低，并且在一定比例尺條件下，可以滿足測量要求，所以，其應用前景較好。

1.2航道測深技術

航道水深，簡單一點說，就是水面到航道底部的垂直距離。航道測深技術經(jīng)過幾個階段的發(fā)展，包括直接測深、聲學測深、光學測深。直接測深法，容易受到水深、水流的干擾，在現(xiàn)階段的航道測量中已經(jīng)很少使用;聲學測深，其原理是利用聲音的傳播，測算障礙物之間的距離。光學測深，是利用機載激光以固定翼飛機或直升機為平臺，向海面發(fā)射激光束，以此對航道水域的水深進行測量。在這幾種測量方法中，機載激光測量技術，受到外界因素的干擾較小，提高了測量效率，具有更高的測量精度。

2、GPS-RTK定位系統(tǒng)

GPS-RTK定位技術也叫做全球定位系統(tǒng)，利用人造衛(wèi)星，對地面的GPS信號的實時捕捉，實現(xiàn)地面坐標點高精度、全氣候的快速定位，既能夠滿足人們?nèi)粘３鲂校矠榘踩叫刑峁┝吮Ｕ希瑫r，還為更加先進的測量技術打下基礎，徹底改變傳統(tǒng)的測量方法，大大提高測量的科學化，減少測量過程中由于人為因素而造成的誤差，提高測量效率。

2.1GPS-RTK技術彌補傳統(tǒng)測量中的不足，具有以下幾點優(yōu)勢：

（1）作業(yè)效率高。按照相關技術標準規(guī)范進行操作，GPS-RTK技術的單次測量有效半徑可以達到4km～5km，在一定區(qū)域內(nèi)的測量工作，可以減少測量控制點，節(jié)約時間，在很大程度上提高工作效率。

（2）測量數(shù)據(jù)可靠，定位精確度高。在嚴格按照GPS-RTK技術相關標準進行操作的前提下，其測量精確度可以達到厘米。

（3）對測量作業(yè)條件的要求較低。在航道測量中，GPS-RTK定位技術的使用不會受到天氣、能見度、通視等外界因素的影響，只要能接收到衛(wèi)星信號就可以進行測量。

2.2 GPS-RTK定位技術的局限性

外部環(huán)境對GPS-RTK定位技術的使用及精度會有一定的影響，如近距離的高壓線路、建筑物、高大樹木、河道上的橋梁都會影響其接收信號，因此在航道測量過程中應盡量避開障礙信號接收的物體。當衛(wèi)星信號無法接收時，需通過全站儀、水準儀完成附近的測量任務。

3、GPS-RTK定位技術在航道工程測量中的應用

3.1收集與所測航道有關的地圖

在收集資料的過程中，通過與水文站聯(lián)系獲取測量時的水位資料或及時觀測水尺。動態(tài)GPS- RTK水上定位技術的使用，能使水深測量利用自動化技術完成。在計算機上，對水深斷面線進行布設，采集水深點和最后成圖，要求測深定標與水上定位的時間完全一致，這樣可以大大減少測量時間，除此之外，還能確保測深儀換能器與GPS天線處于相同位置，定位位置與測深點實現(xiàn)完全重合，有效地提高測深質(zhì)量。一般來說，基準站的數(shù)據(jù)鏈傳播可以達到20km，大大減少搬站時間。這樣，6km的水域測量面積，只需在一艘測深艇上配備2人，一天就可以完成測量任務，不僅縮短了測量時間，而且減輕了測量人員的勞動強度，輕松完成測量任務，提高了測量效率。

3.2航道縱、橫斷面圖測量

測量船沿著航道中心線行駛，速度不能超過10公里 /小時，電腦會自動記錄數(shù)據(jù)縱斷面與橫斷面點之間的距離，可以按照實際需求進行設置，坐標和水深數(shù)據(jù)包括點位N，E，一般情況下，將橫斷面設置成3～6m記錄一點，縱斷面則是30m或4 0m記錄一點。利用內(nèi)業(yè)軟件對水深點的分析，結合從外業(yè)軟件測出的橫斷面圖、縱斷面圖，航道最小水深與最小寬度，方便工作人員快速、準確的進行判斷。

3.3采集數(shù)據(jù)

做好外業(yè)觀測記錄，將天線高、點名和時段信息等做好準確、詳細的記錄，需要注意的是，要求共同觀測時間和同步觀測的GPS接收機數(shù)等，必須滿足規(guī)范要求。對于外業(yè)采集獲得的數(shù)據(jù)，將其傳輸至計算機進行保存。在測量過程中，電腦自動記錄水深數(shù)據(jù)以及各個點的坐標N，E。如果在測量中遇到橋梁、船閘、碼頭、高壓電線等建筑物、構筑物或者臨時設施的時候，將其下方點的位置記錄清楚，需要在航跡圖上標記其準確的位置并用相應的符號做好標記。為了避免日后的損失，應該將測量過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)進行保存。

3.4數(shù)據(jù)的后處理

利用軟件來解基線，對基線閉合差報告進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有超限的基線，必須隨觀測數(shù)據(jù)進行處理，一直到報告中基線、閉合差全部合格，才能進入下一步的操作。在處理三維無約束平差的時候，由起算軟件隨機選取一個點的三維坐標，各點坐標系的基線向量、三維坐標及其精度信息和改正數(shù)為輸出成果。對平差報告進行檢查，利用軟件，自動或者人為的剔除粗差，直到全部合格。對于三維或二維約束平差，利用可靠觀測數(shù)據(jù)，將觀測各點坐標系的三維坐標，轉換到地方坐標系或國家坐標系中。利用數(shù)據(jù)處理軟件，對測量數(shù)據(jù)進行處理，這就是數(shù)據(jù)的后期處理，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)形成航道圖，以及統(tǒng)計分析報告，也就是最終的測量成果，最后，利用打印機或繪圖機將其打印出來。

結語

總之，GPS-RTK定位技術對于社會的發(fā)展具有重要意義，尤其是在航道定位測量中的應用，給予未來其他領域的軟件平臺服務提供了相應的依據(jù)，大大提高了航道測量的效率與準確度。

參考文獻

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[2]王健，費鮮蕓.淺析精密單點定位技術在海洋控制測量中的應用[J].價值工程，2017，36（19）：205-207.

（作者單位：柳州航道管理局）