GPS RTK在松花江哈尔滨市城区段测量中的应用——泄洪渠开挖筑岛工程水下地形测绘

李恩重，杜宝鑫

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.双鸭山市国土资源勘测规划院，黑龙江双鸭山 155100)

GPS RTK在松花江哈尔滨市城区段测量中的应用
——泄洪渠开挖筑岛工程水下地形测绘

李恩重1，杜宝鑫2

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.双鸭山市国土资源勘测规划院，黑龙江双鸭山 155100)

水下地形测量是水利工程测量中一项重要的基础工作，随着测绘技术水平的不断提高，传统的测绘模式已逐渐淡出了测绘工作者的视线，文章介绍利用GPS实时动态差分技术结合测深仪在松花江哈尔滨城区段泄洪渠开挖筑岛工程中进行水下地形测量。

GPS;水下地形测绘;测深仪;作业方法;实时动态差分技术;精度;误差来源;对策

1 引言

松花江哈尔滨江段泄洪渠开挖筑岛工程建设地点位于松北区外贸堤与太阳岛堤之间。该泄洪渠于2007年开挖并竣工。施工前，根据规划在此段进行开挖筑岛工程，为向规划设计提供基础资料，需要对泄洪渠水下地形进行1∶2000地形图测绘。该段泄洪渠宽度大、水较深，采用传统方法进行水下地形测量劳动强度大、效率低、精度差。为更快、更好的完成该段泄洪渠水下地形测量任务，决定采用GPS RTK结合数字测深仪进行水下地形测量。

GPS实时动态差分技术是利用GPS的相对定位原理进行测量，其解算后定位精度可达到厘米级，同时配备测深仪，使定位和测深同步完成。

2 水下地形测绘系统构成及特点

此次水下地形测绘运用的设备包括中海达V8 GNSS RTK双频双星定位系统和中海达HD－27数字测深仪。

1)卫星定位系统包括基准站和移动站两个部分。该系统通过接收美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统的信号，运用实时动态差分技术(RTK)得到当前所在位置的三维坐标。该技术具有作业效率高、定位精度高、集成化程度高等诸多优势，可以在短时间迅速获得所在位置的厘米级精度的平面及高程数据，不受天气及通视条件的影响。

2)中海达HD－27T测深仪嵌入式安装了测深导航二合一软件，通过与任何一种GPS相连通，利用系统自带的一体式电脑，并以瀑布式电子图象显示、存贮，达到现场无纸记录。

3 水下地形测量的作业方法

3.1 求转换参数

1)将GPS基准站架设在我院前期布设的已知点A上;设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、发射间隔及最大卫星使用数，输入基准站坐标后设置为基准站并求得转换参数。

2)启动移动站后在已知点B采集该点固定解坐标，并与该点已知坐标相校核。

3.2 设备的连接

1)将RTK移动站接收机天线和测深仪测深探头悬架固定在船帮外，接收机天线垂直向上并与深入水中的测深探头位于同一投影圆心。

2)通过数据线将GPS RTK接收机、数字化测深仪和便携机等连接好后，打开电源。设置好记录设置、测深仪配置、定位仪和测深仪接口、接受机数据格式、天线偏差改正及延迟校正。

3.3 数据的采集

本次水下地形测量通过断面测量法进行数据采集，垂直于渠道每隔40 m布置一条横断面，分别采集每条横断面的水下地形高程点。

3.4 数据的后处理

将采集到得水下地形数据从测深仪导出，利用相应配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理，形成所需要的测量成果——水下地形图，所有测量成果可以通过打印机或绘图机输出。

4 作业时应该注意的若干问题

4.1 关于RTK基准站的问题

1)因为实时差分GPS技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。所以电台天线要尽量高。如果距离较远，则要使用高增益天线;否则将影响到作业距离;若有通信信号覆盖最好使用网络模式。

2)在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到1 s。基准站和移动站必须要保持4颗以上相同卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果;所以有时偶尔RTK没有固定解也是正常的。

4.2 关于RTK流动站的问题

1)解的模式要使用RTK Extrap(外推)模式。

2)数据链接受间隔要与基准站设置的发射间隔一致，都要为1。

3)如果使用海洋测量软件导航、定位，则记录限制要为RTK固定解，并且高程改正要在天线高里去改正。

4)差分天线要尽可能的高。

4.3 关于作业船只驾驶的问题

1)测量过程中要沿预先设定的横断面行驶，这样测得的水下高程点分布均匀，便于绘制水下地形。

2)测量过程中船只开行要保持匀速。由于数字测深仪是按固定时间间隔自动采点，所以要匀速开行以保证采点分布均匀。

5 误差来源及相应对策

在实际进行水下地形测量时，其测量精度会由于采样速率、船体的摇摆、同步时差、水面高程传递及GPS高程的可靠性等因素造成的误差的影响，上述误差对精度的影响远远大于GPS的定位误差，是提高水深测量精度瓶颈因素，应特别注意。

5.1 船体摇摆姿态的修正

船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用的的测量软件接入进行修正。

5.2 水面反射造成的多路径误差

由于泄洪渠水流流速较慢，在无风的天气里很容易产生镜面发射造成多路径误差，从而严重影响观测质量。可以用纸壳箱套在接收机天线上，将天线上面的纸壳剪掉，保留下面和侧面，再进行观测即可解决多路径误差问题。

5.3 采样速率的延迟造成的误差

GPS定位输出的更新率将直接影响到瞬时采集的精度和密度，现在大多数GPS都可以最高输出率达20HZ，而测深仪的输出速度各种品牌差别很大，数据输出的延迟也各不相同。因此，定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。对于这项误差可以在延迟校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到，也可以采用以往的经验数据。

5.4 GPS高程可靠性的问题

GPS高程用于测量水深，其可信度问题是倍受关注的问题。在作业之前把使用GPS测量的水位与人工观测的水位进行比较，检验GPS高程的可靠性，通过实践证明GPS高程是可靠的。为了使在作业过程中由于多路径反射等带来的误差被及时发现，可利用测深仪自带的软件从采集的数据中提取高程信息绘制水位曲线。根据曲线的圆滑程度来分析RTK高程有没有产生个别跳点，然后使用圆滑修正的方法来改善个别错误的点。

综上，利用实时动态差分技术结合数字测深仪进行水下地形测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、高效、经济，所以不失为一种先进的测量技术，必将得到更加广泛的应用。

［1］ 胡家明编译.水上测量新技术［M］.北京:人民交通出版社，1984.

［2］ 吴子安，吴栋材.水利工程测量［M］.北京:测绘出版社，1993.

［3］ 徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用［M］.武汉:武汉大学出版社，2003.

［4］ 李天文.GPS原理及应用［M］.北京:科学出版社，2003.

［5］ 张方仁，张金通.测量误差的统计分布和检验［M］.北京:中国计量出版社，1999.

［6］ 郭秋英.已知点坐标误差对GPS网约束平差结果的影响［M］.北京:中国矿业大学，1995.

［7］ 周光文，黄筱蓉.GPS网平差前已知点的可靠性检验［J］.测绘通报，1997(2).

［8］ 袁钢.戆州市城区GPS网平面基准点的选择［J］.江西测绘，1998(3).

［9］ 陶本藻，吴素琴.关于GPS网的基准和精度问题［J］.测绘技术，1993(4).

［10］ 周忠谟.GPS卫星测量原理与应用［M］.北京:测绘出版社，1993:3－105.

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1007－7596(2011)05－0031－02

2011－03－16

李恩重(1984－)，男，黑龙江宁安人，助理工程师;杜宝鑫(1983－)，男，山东烟台人，助理工程师。