关于水下地形测量中GPS—RTK技术的应用探讨

（上饶市水利电力勘测设计院 江西上饶 334000）

在工程当中，为了获得水下测绘点的高程与平面位置，并根据测点的位置和高程进行地形图以及断面图的绘制，水下地形的测量是水利工程当中重要的组成部分和关键步骤。传统意义上来说主要是采用双频回声测深仪、多波束回声测深仪以及铅线或者探深杆与单波束测深仪来进行水的深度的测量。在我国，当前许多工程单位采用的是单波束的测深仪，就是通过对声波的反射时间来计算相应的测点深度这一原理。水下地形的测量被分为两个部分：平面以及高程定位。高程的定位运用的主要是单波束的数字测深仪，平面的定位主要是采用GPS-RTK以及全站仪。GPS-RTK、数字测深仪以及网络PTK等技术和设备具有高精度、高自动化的特点，且灵活方便，其在工程当中的应用也很大程度上满足了大型的水下地形测量需要。

1 概述

GPS 即全球定位系统是新一代的空间卫星定位系统，这一系统的主要作用在于实现海陆空各领域实时的、全球性的以及全天候的导航与定位服务的提供。随着科学技术的发展，GPS 在普通工程测量以及大地的测量学当中的作用也日益重要。若要获得高精度的、实时三维坐标，需要采用全球定位系统差分实时动态的测量技术，取得GPS 接收机的相位的校正数据或者原始的观测数据，以此获得流动站的位置，也可以通过网络RTK 相关技术取得高程以及坐标。

2 水下地形图测绘的原理

水下的地形测量指的是通过全球定位系统来获得相应测点精确平面位置、通过探测仪进行测点在深度上的测定，以及根据水位高度和瞬时的水位数据求得测点的高程。这一模式在外业效益的提高上产生了一定程度的困难，要解决各项困难的同时，进行工作流程上的简化且提高水下地形的测量精度，就有了没有水位高程的测量，通过GPS-RTK技术测量的原理进行测量方案的制定。

图1 水下地形测量原理

在图中hp、Hko分别代表测深仪换能器所测水深以及换能器的瞬时高程，参考站与流动站电台传输以及接收距离通常为五公里（GPS-RTK 与距离因素没有关系），通常不考虑地球在水平表面上的变化,通过换能器瞬时的高程得出水下点正常高，也就是Hi=Hko-hp。

3 鄱阳湖水下地形测量的应用

（1）工程概况。湖泊整治和湖底清淤工程须对湖岸线和水下进行1∶500 地形测量，湖泊水深—般在0.5米-4米左右，淤泥深度0.2米-2米，1∶500 水下地形测量中，须测出湖底高程和淤泥的深度，并按断面测量要求计算清淤工程量。在该整治工程中，我们先根据湖泊形状，按照断面测量要求，制定作业计划线，保证断面间距和测点的点距符合工程要求，断面间距一般15米，测点距离5米，作业时测量船严格按计划线施测。水下测量使用的设备主要有徕卡GX1230 双频GPS 两台，参考站、移动站（也可以采用网络RTK 模式）,海鹰HY-1600 数字测深仪、测量艇—艘和南方水深处理软件。该项目湖泊岸线 施测200米，沿湖岸线布设了E级GPS 和图根控制，高程按四等水准施测，水下测量时，GPS 基准站均设在沿湖的E级GPS点上，流动站在测区周边至少3个E级GPS 上进行观测，并对已知数据和观测值进行比较，计算出坐标转换和高程校正参数。另外为确保GPS RTK测点高程精度，我们按常规水下测量方法每天还测定了水面高程，两种方法计算出的同点高程的较差均不大于5厘米，以上说明利用GPS RTK进行水下地形测量精度是可靠的，并且大大提高了工作效率。

（2）外业数据的采集。开启测深软件的自由行，工程名称要重新建立，进行坐标系的确定，投影参数、输入变换的参数、高程校正参数，进行连接端口以及对应波特率的设置；根据成图的标准和要求进行瞬时水深采集的时间或距离的输入；根据成图的比例尺进行水下测量的计划线的制定等等。

（3）工程中数据的后处理。对于水深数据进行处理，要先对整个的原始数据进行浏览，再自动处理，进而软件将自动深度出数据平滑上有状况，仍然有相当一部分的水深度没有办法进行处理，有许多数据需要进行手动检查，一旦发现错误的点，就要通过时间来进行原始波形的数据的查阅，从而判断出更为正确合理的水深值。

4 水深的测量精度的影响因素及对策分析

在工程的水深测量工作当中，对水深的测量精度造成影响的主要因素包括几个方面：船体摇摆的影响、同步时差的影响和RTK 高程在可靠性上的影响因素等，这些因素所产生的误差在很大程度上要多于RTK 定位上的误差，也是对水深测量的精度进行制约的重要关键因素。

（1）对于船体摇摆产生影响的精度控制，换能器尽量安装与船体的中间一侧，在条件允许的情况下，可以让换能器固定安置与船体的中间底部位置，如此能够最大程度上降低由于船体摇摆造成的误差及其产生的影响。

（2）全球定位系统接收机天线以及换能器要安置固定于船体的同一垂直的位置上，且要尽可能的与水面保持垂直状态。只有这样才能让换能器与接收机天线之间产生一个常数，方便进行内业处理。

（3）GPS—RTK 高程可靠性的影响，GPS—RTK技术在水下的地形测量上的应用，其高程在可靠性上一直受到人们的关心和关注。在具体的实际测量工作当中，对GPS—RTK技术测量和常规的水位高程的测量进行测量数据上的比较，证明GPS—RTK的高程测量是可靠的且精度更高，能够满足工程的需要。

5 与数字化的测深仪结合在工程中的应用

GPS—RTK 与数字化的测深仪进行结合并广泛应用在当前水下的地形测量工程当中，根据工程中的应用，我仍获得几点经验：

（1）GPS—RTK 在工程中的作业精度较高，观测的速度也相对较快，其全天候且高效率的特性适合进行较大规模工程水下的地形测量。

（2）GPS—RTK 在工程中的作业能够很大程度上进行工作时间的缩短，同时提高工作质量。该技术基本不会受到相关的人为因素的影响，整个工作过程中都是由计算机进行控制、自动进行记录、自动调整和计算，在操作上简便，其自动化程度相对更高。

（3）在进行测量的时候要尽可能的选择风力比较小的时候，最大程度的减少测量中船体的晃动和摇摆，从而提高工程测量的精度。

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