GPS技术在航道测量工程中的应用

孙小彬

（江苏省宿迁市航道维护队，江苏 宿迁 223800）

1 GPS概述：

GPS（全球定位系统Global Positioning System）是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。该系统由空间星座，地面监控系统，用户系统三部分组成。其工作定位原理是：在过地心的6个轨道面上均匀分布24颗卫星，这些卫星全天候，实时的向地面发送卫星定位信息。用户接收机根据接收的定位信息，实时计算求出接收机的三维位置，以及运动速度和时间信息。从而达到全球性,全天候、连续的精密三维定位与导航的目的。

该系统在建成之后，就以其精确快速的定位能力广泛应用到大地测量，地质监测，船舶、飞机导航，森林灭火等很多行业。在众多接收机中手持导航仪以其灵活快速、高精度、易操作性在民用休闲人群中广泛应用。

2 使用GPS静态技术建立区域控制网

2.1 建立区域GPS控制网的必要性

许多测绘生产部门在多年对等级平高控制点使用过程中发现：能使用的控制点数量少且损坏情况严重，还有大多数控制点分布在距测区较远的山上。使用起来十分不便，所以有必要在测区内布设精度较高的静态GPS区域控制网。

2.2 建网原则

2.2.1 布设的控制网点应满足测区测量工作要求，均匀分布于整个测区。

2.2.2 方便进行实时动态（RTK）和实时差分（RTD）等测量技术在以后的测绘工作中的使用。

2.2.3 根据RTK和RTD所使用的GPS接收机的作用半径来确定控制网点的密度，一般来说两点之间应控制在5～10km左右。

2.2.4 为求定GPS点在地面坐标系的坐标，在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个，用以坐标转换。在选择联测点时，既要考虑充分利用旧资料，又要使新建的GPS网不受旧资料精度较低的影响。

2.2.5 根据所需控制网的精度要求来确定布网形式及使用的GPS接收机类型、观测时段和观测时间等。

2.3 仪器配备

在进行GPS静态测量时，应选用具有静态功能的双频或单频的GPS接收机及相应的平差软件。其中双频GPS接收机因观测量中有L2载波，其精度较高，且可以适当减少观测时间，所以尽量选用双频GPS接收机。此外，还应配备脚架、电池、卷尺、对点器和用以保证共同观测时间的通讯工具等。

2.4 实施

2.4.1 数据采集

在条帚门公共航道测量中，就是在已知平高点和欲布设的GPS控制网点上架设仪器，对中、整平后开始采集数据。此时应注意同步观测的GPS接收机数和共同观测时间等要符合规范要求。并做好外业观测记录，将天线高、点名和时段信息等记录清楚。

2.4.2 数据传输

将外业采集的数据通过卡读器或电缆利用软件传输到计算机中并存储好。

2.4.3 基线解算

利用随机带的软件来解基线，并检查基线闭合差报告,若有超限的基线则需对观测数据进行处理，直到报告中基线、闭合差全部合格方可进行下一步。

2.4.4 平差

首先要进行的是三维无约束平差，此时可由软件自动选取一个点的WGS-84系的三维坐标为起算依据，输出成果为各点在WGS-84坐标系的三维坐标、基线向量及其改正数和精度信息。检查平差报告，若存在粗差可在平差中采用随机软件提供的自动方法或人工方法剔除，直至全部合格。然后利用无约束平差后的可靠观测量和以知点在国家坐标系或地方坐标系中的坐标及高程进行三维或二维约束平差，即将各点在WGS-84坐标系的三维坐标转换到国家坐标系或地方坐标系中。此时输出成果为各点在国家坐标系或地方坐标系中的坐标和相应的转换参数及精度指标。

2.4.5 成果输出

将最终平差的成果报告打印或抄写形成成果表，交给下一道工序使用。

3 应用实时动态（RTK）技术进行碎部测量

3.1 RTK测量的特点

3.1.1 全天候测量，观测时间短，作业效率高。移动站在每个测点上只需观测几秒钟，而且不论白天黑夜都可以进行。

3.1.2 测量精度高。通过实践证明，使用RTK模式测量，其点位误差不积累、不传播，测图精度高而且均匀。

3.1.3 节省人力。RTK测量作业在不复杂地区，每个移动站只需一个仪器操作员即可独立操作，在复杂地区也只需增加一个人员来绘制草图。而基准站设置好后即可以自动运行，且每个基准站还可以带多个移动站。

3.1.4 点与点之间无须通视，而且其通讯半径多在10公里左右，最远可达到15公里，这样一来可以大大节省控制测量的时间和费用，而且较容易实施。

3.1.5 RTK测量的不足之处是基准站和移动站之间必须有数据链通讯，否则就不能实现。所以当测区有建筑群和高大树林遮挡时，应适当缩短基准站和移动站间的距离，或将基准站的发射天线尽量架高。

3.2 RTK测量的实施

3.2.1 设置基准站。将基准站架设于所布设的GPS静态控制点上，把该点坐标及天线高等信息输入，设置好发射频率等使之发射信号。

3.2.2 设置移动站，收到信号后进行初始化形成固定解，然后开始进行碎部测量。将所测数据存储于电子手簿。

3.2.3 将电子手簿中的观测数据导入微机，使用成图软件编辑成图。

4 应用实时差分（RTD）技术进行水下地形测量

4.1 实时差分（RTD）测量的特点与RTK测量基本相同，基准站的设置除差分模式改为RTD模式外也与RTK测量相同，只是其定位精度低于RTK测量，但满足航道测量相关规范要求。移动站设在船上，使用设备除GPS接收机及天线外还应配备能运行海洋测量软件的计算机、数字化测深仪、换能器等。

4.2 实施

4.2.1 将基准站架设于所布设的GPS静态控制点上，设置好使之发射差分信号。

4.2.2 将船上的移动站设备连接好后开机，先设置换能器的吃水深度，按《水运工程测量规范》的要求布设测线，设置测点间距及动态吃水改正数，然后运行海洋测量软件，收到差分信号后开始测量，将水深数据及定位数据记录并存储。

4.2.3 运用成图软件将移动站采集的水深数据及定位数据调入并编辑成图。

5 结束语

由此可见，在大型的航道工程测量中，GPS新设备、新技术的应用大大地提高了测绘生产工作的效率；降低了测量成果的差错率；提高了测绘产品的质量。各种GPS测量技术得到充分运用，它们之间的密切配合不但可以节省时间人力物力、缩短工期，还可以大大提高工程的质量和精度。

[1]郭文伟.谈谈疏浚工程测量价值工程对象的选择问题.测绘科技通讯.1994-09-15

[2]洪剑.内河航道测量及技术控制要点.水运工程.2008-09-25

[3]许瑞栋,李明巨.计算机辅助航道测量系统.江苏测绘.1998-02-15

[4]林方炎.GPS定位技术和全站仪相配合在航道测量中的应用.珠江水运.2007-09-15