无验潮法在港池航道测量中的应用

杜英开

【摘要】介绍无验潮水下地形测量方法在港池航道测量中的应用，分析了使用该方法的优劣性。

【关键词】水下地形测量；GPS；RTK；无验潮

1、引言

随着科学技术的发展，GPS RTK被广泛应用于工程测量。近些年随着RTK的普及和水上导航测量软件的日渐成熟，一种新型的水上测量方式得到推广，并渐渐成为日后发展的趋势，这就是无验潮水下地形测量方法。本文结合实践经验，介绍无验潮水下地形测量方法应用，以供参考。

2、无验潮水下地形测量基本原理

当前GPS实时动态相位差分（RTK）的定位精度普遍为：平面10mm+1ppm，高程20mm+1ppm。无验潮水下地形测量的基本原理是利用RTK测得的GPS天线精确的三维坐标（X，Y，H），其中X、Y确定定位点的平面位置，RTK高程结合由测深仪同步测得的水深换算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，从而获得水下地形数据，见图1。

用户可以测得的数据：

h：GPS天线到水面的高度

H：GPS接收机测得的高程（水准高）

S：测深仪测得的水面到水底的深度

用户需要得到的最终数据：

B：水底到水准面的距离

即通常说的水深值

C：水准面到水底的距离

即通常说的水底高程

由图1得出：

C= （H – h） – S ； B= S – （H –h ）

3、港池航道水深测量的应用

水深测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪、数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成。测量作业分三步来进行，即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输出。

在西光渔工地港池扫浅水深测量中，为满足施工图使用的需要，根据项目设计要求，需对该港池进行1∶500水下地形图测量。测区内早期施测的I、II级导线点和IV等水准点，可以作为1∶500水下地形图测绘控制点。

本作业采用的主要仪器设备软件有：中海达公司生产的V8CORS RTK接收机2台套，其中1台作为岸台（基准站），1台为船台（流动站），中海达HD370全数字变频测深仪1台，便携式计算机1台，中海达海洋导航测量成图软件1套和南方CASS6.0成图软件1套。

3.1 测前的准备

（1）建立任务，设置好坐标系、投影、转换参数及图定义。

（2）作计划线。

3.2 外业的数据采集

（1）在GPS控制点上架设岸站，输入控制点坐标。

（2）设立岸台后，船台到附近的控制点进行检测，以确保岸台坐标和各项参数输入正确。检测结果符合要求后，方可进行GPS RTK数据采集工作。

（3）将GPS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、定位仪和测深仪接口、接收机数据格式、测深仪配置。把GPS天线至探头的高度填在天线高处。

（4）根据导航指示，沿计划线进行水深数据采集。

3.3 数据的后处理

在数据后处理软件中输入绘图水位，将水深文件中的测深仪测得的水深和GPS高程换算成基于绘图基准面的水深。然后和定位数据一起导入成图软件中编辑水下地形图。

3.4 成果检验

在西渔港池疏浚水深测量项目中，同时用验潮方法测量了三段水深。无验潮方法测得的数据经过与之对比，水深差值基本小于0.1m。经过与传统方法的对比，证明无验潮方法是可行的。

4、作业时应该注意的若干问题

4.1 有关岸台的问题

（1）因为RTK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：

①选择地势较高、较开阔的控制点架设岸台，电台天线要尽量高。

②电源电量要充足，否则也将影响到作业距离。

（2）RTK高程要保证精度，所以要精确量取天线高，并设入岸台中。

（3）岸台中输入根据已知点坐标转换出来的WGS-84坐标，输入已知点高程。

4.2有关流动站的问题

（1）记录要限制为RTK固定解。

（2）精确量取天线高（天线至水面的高度），测深仪吃水改正参考同一水面线。

（3）差分天线要尽可能的高。

4.有关探测仪固定的问题

（1）在西渔港池疏浚水深测量中，探测仪固定在工作艇舷边，因此，探测杆在固定时，要尽量使探测杆与工作艇水平面保持垂直；在测量过程中，工作艇应尽量保持左右平衡。

5、无验潮水下地形测量的优劣性

与传统的验潮法相比，无验潮水下地形测量具有如下优势：

（1） 无须验潮数据，减少工作量。验潮法需要专门的人员测量水位或者到相关部门获取测量时段的水位数据。无验潮法只需在采集水深的同时在同一台电脑上采集GPS三维数据，这样起码可以减少一个读水尺的工作人员，还不须建一个或多个验潮站。

（2） 每个水位都同步、精确，提高精度。GPS高程数据更新速度达10Hz，每个水深点都对应精确的水位值，无须内插或外推整个区域的水位。

（3） 减少浪涌等引起的误差。验潮法测量中由于浪涌影响，探头上下起伏使得测得的水深有瞬时误差，在最终的数据中无法消除。而无验潮法是通过GPS天线高程来推算水下高程的，天线与探头的相对位置固定，无论船怎样上下波动都不会改变处理后的水下高程。

（4） 数据处理方便、快捷。由于所有的数据都采集到一个文件中，并且存在计算机中，减少获取和编辑潮位数据的时间，即时能进行后处理，编辑水下地形图或断面图。

另一方面，相对而言无验潮水下地形测量的缺点是：必须用RTK型接收机，这种接收机价格相对高一些。

利用无验潮技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、高效，所以不失为一种先进的测量技术，值得在航道水深测量乃至其它水下地形测量中推广。

结束语

随着GPS RTK技术的不断发展，GPS RTK所测得的高程数据更可靠准确，而且其覆盖范围大大提高，使其应用前景更加广阔，尤其是对于在宽大的河口进行施测作业，因为这种地方潮位的变化非常大，实际的潮位值和验潮的观测值之间差值较大。利用无验潮法进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷，值得在航道水深測量乃至其它水下地形测量中推广。

参考文献：

[1] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民. GPS卫星测量原理与应用. 武汉测绘科技大学出版社，1998。

[2] 吴子安，吴栋材. 水利工程测量. 测绘出版社，1993。

[3]GPS测量相关知识。