RTK技术和回声测探技术在澧水航道测量中的应用

成都理工大学 地球科学学院 郭大为 高雅萍 李 奕

RTK技术和回声测探技术在澧水航道测量中的应用

成都理工大学 地球科学学院 郭大为 高雅萍 李 奕

随着全球定位技术的发展，作为GPS常用测量方法的RTK实时动态定位系统因其高精、高效、易操作的优点被广泛应用于各种测量和放样工作中。应用RTK技术辅助回声测声技术进行水下地形测量，能更快速、准确地获取水下地形信息。

一、工程概况及测量内容

受湖南省交通厅委托，湖南省航务勘察设计研究院拟对石门三江口至茅草街河段（全长168 km）进行航道勘测，需要进行水下地形测量，但由于所测航道较长，若采用传统的水下测量方法，不仅费时、费力，而且难以保证水下地形的测量精度，因此，决定采用RTK配合测深仪的方法进行施测。测量内容包括平面和高程控制测量、水深测量。测量比例尺为1∶5 000，以CASS数字化建模成图。根据测区的特点，保证测绘工作的顺利进行，投入足够的技术力量和先进的仪器设备。

二、RTK的基本原理

1.GPS定位技术工作原理介绍和工作模式的选定。由于在该测量中不仅要求精度高，而且要可靠、方便、快捷，因此，采用GPS定位技术。但问题是需要针对澧水航道特点和澧水地理环境，确定选用何种类型的GPS定位接收机、何种定位模式。经调研和试验，选定具有实时动态差分（RTK）工作模式的Trimble R6接收机。这也契合了澧水航道测量的地理环境特点。实时动态测量RTK技术基于载波相位观测值进行实时动态定位，能够实时获得测量点的三维坐标值。实时动态差分（RTK）系统由三部分组成：基准站接收机、流动站接收机和数据链。在RTK作业模式下，基准站接收机设在具有已知坐标的参考点位置上，连续接收所有可视GPS信号，并将测站坐标、观测值等数据通过数据链发送出去，流动站接收机在跟踪、接收GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过OTF算法求解相位整周模糊度，再通过相对定位模型实时解算出流动站厘米级WGS-84坐标，根据工程特点将坐标转换为国家标准。

2.回声测深仪的基本原理。超声波测距是回声测深仪的一种。它是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距D = Ct/2，式中，C为超声波波速。超声波声速C与温度有关。如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对其加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

3.水下地形测量的作业步骤。水下地形测量包括以下几个步骤。

（1）仪器设备准备。GPS RTK仪器1套；测深仪1台，电瓶1个，水上测量导航软件1套，后期处理软件1套（动、静态解算和平差、坐标转换），笔记本电脑1部，船1艘，钳子、救生衣、铁丝、绳子若干。

（2）作业计划。事先了解测区的地理、天气、水深等信息，做好水深测量的路线、测量距离计划。

（3）水下地形测量的实施。首先，求解GPS转换参数，架设好基准站，并检验其正确性；然后，将测深仪探头固定在船上，连接好GPS接收机、测深仪和电脑，打开电源，设置记录设置、定位仪和测深仪接口、接收机数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟改正，开动船只，开始作业。

（4）数据处理。利用南方自由行测量软件处理水下数据，通过成图软件绘出水下地形图及其他图表和报告。

三、测量实例

根据测区河道流域的地形特点与航道整治的实际需要，以E级GPS网作为测区平面首级控制网，以满足I级导线测量规范，每隔8 km左右在两岸布设一对通视的D级点作为导线起点。本测区由三段E级GPS网组成，对网交接处公共边均进行联测。I级导线测量是利用新测GPS-E级点作为起算闭合。导线布设依江面宽窄情况，沿单岸或之字形两岸过渡。由于堤岸上的地形几乎没有遮挡，有利于RTK的采点施测。在正式野外施测时，设置好GPS RTK，将基准站架设于河边小山顶、空旷的堤岸边已知的E级点上，RTK流动站初始化后，利用附近3个已知控制点求算坐标转换参数和高程异常，然后进行碎部点的三维坐标的施测，每点观测2 min，观测数据存入手薄机内存中；同时，现场画草图。

四、作业时应注意的问题

1.科学假设基准站。基准站应安置在地势高且开阔的已知点上，以便于基准站卫星信号的接收和电台数据链的发射。基准站电台天线要尽量高，否则会影响电台信号的强度。

2.电瓶电量要充足。电瓶电量要充足，否则影响作业距离。

3.适时测量。为保证水深测量精度，测量应选择在风平浪静的天气进行。

4.匀速行船。为了保证数据链的连续性和测量精度，应保持测量船匀速行驶，不出现显著的加速度。

五、结论

与传统的测量方式相比，RTK配合测深仪在进行水下地形测量时，具有较大优势，特别是在水域面积较大、水下地形复杂、水位较深的水域。这种水下地形测量方法不仅简单、高效，可以全天候作业，而且还能大大提高水深测量的精度。但目前，受GPS卫星信号的制约，采用GPS RTK配合测深仪进行水下地形测量还有一定的局限性，在遮挡严重的地区（如陡峭的峡谷、河道等地方），还不能完全取代传统的测量方法，而必须结合全站仪进行测量。