GPS—RTK配合数字测深仪在水下地形测量中的应用分析

郑根林

【摘 要】近些年来我国微型定位技术得到大幅度进步，GPS价格处于持续下降的状态，GPS-PTK应用门槛随之降低，所以相应的GPS-RTK应用范围不断拓展。对于我国水下地形测量数据的精准程度而言，因GPS-TRK及数字测探仪综合应用水平的不断提升而逐渐升高，反之测量成本得到一定程度降低。本文由GPS-RTK技术的概述着手展开分析，并进一步探讨水下地形测量中GPS-RTK配合数字测深仪的具体应用。

【关键词】GPS-RTK；数字测深仪；水下地形测量

一、GPS-RTK技术概述

GPS-RTK和数字探测仪的有效结合使得水下地形测量的现场数据采集、系统运行效率以及数据分析等得到大幅度提升，并直接影响水下地形测量的实施和测量结果的精准程度。传统水下地下测量方法是基于某个固定控制点对测距仪、全站仪、经纬等设备进行利用，以达成地下探测所需平面位置获取的目的，然后借助测锤、回声测深仪以及测深杆等工具对水下点的具体坐标进行获取。此种测量方法对测量距离、天气状况、能见度、通讯条件以及仪器精准度有非常高的要求，而且工作效率较低。近些年来电子声纳技术、GPS技术得到快速发展，因此GPS-RTK技术被广泛应用于水下地形三维数据采集、传输以及观测工作中，并实现了和数字测深仪的有效结合，从而对水下测量工作精准度方面的需求进行有效满足。在水下地形测量系统中对GPS-RTK进行应用，相比传统测量系统而言测量数据的准确性、测量工作效率等都得到大幅度提升，甚至在大幅度降低工作强度的同时对劳动条件进行了有效改善。此外，可将当前阶段精密数字探测仪的自动化优势进行发挥。

二、RTK技术及水深测量原理

基准站、GPS接收机、无限电数据链电台、发射天线、直流电源等是组成RTK系统的主要部分。RTK工作原理是设置其中一台接收机为基准站，设置另外一台或者是几台接收机为流动站，基准站和流动站对同一时段、统一GPS微型发射的信号进行有效接受，然后对比基准站获取的观测值和已知的位置信息，从而获得GPS查分改正值。将此改正值利用无线电数据链电台及时向公示卫星的流动站接收机进行传递，对其GPS观测值进行净化，从而获取经差分改正之后流动站准确的实时位置。当前阶段RTK平面精度已经可以达到1厘米上下，对水下地形测量工作的实际需求进行满足，因此RTK技术可对传统全站仪等一起测量平面位置的方法进行取代。

三、GPS-RTK配合数字测深仪水下地形测量作业具体流程

相比传统水下地形测量作业而言，水下地形测量工作中对GPS-RTK技术配合数字测深仪进行应用时除需对测量船只及侧身设备进行配备之外，还需准备至少两台可实施RTK技术的GPS接收机，对测量作业进行配合。实际作业过程中由专人负责架船，并由专人负责测深仪侧身及GPS接受及定位测量的操作等，可将整个测量过程分为前期准备、数据采集和数据整理三个部分。

1.前期准备：首先，准备两套GPS-RTK，1台测深仪、1个电瓶、1套水上测量或者是导航软件、1套后处理软件、便携式电脑一部、插排和电源逆变器各1个、救生衣、铁丝及绳子若干；其次，全面了解掌握待测量地区的地形、地理、水深以及天气等情况，制定好相应的水深测量路线和测量距离计划。

2.数据采集：数据采集可分为具体实施测量前的工作准备和水下地形测量作业两个部分，本文将某港池巷道水下测量作业为实际案例展开分析。

实施测量前：首先将基站架设完成，将电台及电台发射进行连接并确保处于良好运行状态；将GPS设备打开，直至卫星灯显示为常亮状态；打开电子手薄进入之程序界面进行坐标系、投影参数、图定义及转换参数的设置；设置航线。1：2000是本次工程的测图比例要求，依据测量比例尺1：2000地形图采集密度规定在测区垂直航道每间隔20米距离布设一条航线用于数据的测量和采集。

水下地形测量：设立基准站并将控制点坐标进行输入；为了对各项参数和坐标输入的正确性进行保证，需利用流动站接收机至附近的已知点进行校准，确定满足精准要求之后再开展实际测量工作；在电脑上连接并安装GPS接收机和数字化测深仪并将直流或者交流电源进行连接，连接完成之后将系统启动。将涵养测量成图软件和测深仪打开并确保为正常运行状态，设置好相应的参数、比如接收机数据格式、定位仪及测深仪接口、记录设置、测深仪配置等，然后结合导航指示沿航线在测区内进行水深测量作业。测深仪探头必须深入水下0.4米以上才可进行测量，再加上吃水的问题存在，因此如水深在1米以下的浅水区域测深仪测量的精准度较低。因此，此种浅水区域可对GPD-RTK直接应用，以对水下地形点的平面坐标和高程进行测量并在电子手薄中进行记录。

3.数据整理

数据采集通过设定好的程序自动进行，因此对于水下地形地貌特征的反应不是特别准确，因此需要对采集的数据进行进一步整理。先对测深仪测量出的水底断面数据进行综合，然后补点加密未采集到的水底变坡点坐标和高程。在加密处理完所有数据之后，将测深仪存储其内获取的观测数据在数字成图软件进行导入，从而相应的等深线形成，进行合理的图面整饰后即可作为成图输出。

四、影响水深测量精度的因素探讨及应对措施提出

1.保证船速和测深仪采样速度的匹配

通常情况下，数据采集频率设置为1s，测深仪设置为0.33s，也就是说在1s时间内对3个数据进行采集。测深仪是将超声波到达水底后放射回波作为依据确定水深，所以上述周期性采集方式下会受到船速的较大影响。如船速太高的话测量的水深数据和实际平面位置会发生较大误差，因此在实际作业过程中应对吃水深浅和电子线进行经常性检查，并保证船只以8M/s的速度行驶。

2.吃水改正

吃水改正可具体分为动态吃水改正和静态吃水改正。将换能器相对船體的位置作为依据可进行相应的集合关系求解。通常情况下动态吃水指的是作业船只确定为静态吃水的状态下因航行导致的船体吃水变化情况，测量时船只动态吃水应用霍密尔公式进行计算。

五、结束语

综合上述所言，GPS-RTK配合数字测深仪在水下地形测量工作中的具体应用，不仅可将作业效率进行大幅度提升，而且测量成本得到有效降低，进而水下地形测量工作简单、经济、快捷、高效的目的得以达成，当前阶段已经在水下地形测量工作中被越发广泛的推广和应用。当然在实际实施水下地形测量时因各地工作内容和工作要求存在一定的区别，所采用的方法也存在一定的差异性，在具体应用时需要结合被测量区域的实际地形、气温、风向等对测量方法进行调整，争取将GPS-RTK配合数字测深仪的优势最大限度发挥，使得我国水下地形测量工作的整体水平得到持续提升。

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