GPS-RTK无验潮技术在围海工程水深测量中的应用

冀念芬 王成志

（1.甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025；2.三和数码测绘院，甘肃 天水 741025）

传统的水下地形测量技术定型于验潮技术。首先利用GPS-RTK 确定水下点的平面位置，其次由单波束或多波束测深设备确定水下点的深度，最后由岸上人员通过观察测量获得潮位资料，从而获得水下点位的高程。但是，当上述条件不具备时，便无法获得水下点位的高程。随着GPS 技术的发展，特别是RTK 技术的发展推广，为了解决上述问题，提高测量效率，提出了一种无验潮的水下地形测量技术，应用于水下地形测量。

1 无验潮模式水下地形测量的基本原理

GPS 差分测量能够精确量测出两点的相对高差，并通过该高差反算出流动站GPS 相位中心的高程且具有相同的高程基准面。无验潮测深法是利用GPS 接收天线中心获得施工点的平面位置和接收天线中心85 高程与基准面的关系，与常规测深法相同，量取GPS 接收天线中心到测深仪换能器距离，及厕身于换能器到泥面的距离，在计算出泥面高程。

2 GPS-RTK 无验潮技术工程实例的操作流程

2.1 架站

首先架设基准站1、基准站架设在控制点上，且控制点通过水准联测具有比较精确的高程数据。基准站通视良好，无障碍物等影响因素。基站站天线对中误差不大于±5cm。测船流动站的架设流动站安装在换能器上方，且保持垂直。固定良好，确保安全。

2.2 测前的准备工作

2.1 求取转换参数：

第一步先在已知点A 上架设GPS，并设置相关参数如投影参数、参考坐标系、发射间隔及最大卫星使用数，差分电文数据格式等，然后输入该点的WGS-84 坐标和当地坐标，并把该点设置为基准站。第二步在已知点B 上架设GPS，并设置好相关参数，输入该点的WGS-84 坐标和当地坐标。通过A、B 两点的WGS-84坐标和当地坐标求得转换参数。

2.2 建立任务： 设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。

2.3 绘制测量计划线：绘制测量计划线在外业数据采集过程中是必不可少的环节，在HypackMax 软件测线编辑器中生成测线文件主要用来指导测量船采集水深数据时的航行路线。

2.4、换能器的固定，吃水线的确定。GPS 流动站测前比对，确定正确的坐标和高程。测船安装GPS，FreeSurvey：4-流动站设置（天线高类型、差分信号类型、电台类型、数据端口设置）。数据输出至电脑（FreeSurvey：→5-ZMax 应用程序→数据输出→GGA、VTG→端口选择→发送）

2.3 测量工作

首先打开HY1600 测深仪，打印参数，校正声速 然后进行工控电脑设置。再打开HYPACK 软件，新建项目，并添加计划测线文件，设置GPS 软件信息和HYPACK 软件信息主要包括端口信息、参数信息、驱动程序配置、测试有无数据等。然后开始测量工作

2.4 现场原始数据检查

当结束了一天的外业测量，回到办公室突然发现几条线的数据没有被记录，这是最槽糕的事情。所以在测量现场都应在主窗口检查一下原始数据，看是否有问题。

2.5 测量成果内业数据处理及成图

HypackMax 软件内业的处理主要是针对一些测量过程中的“假水深”，假水深主要是RTKGPS 的失锁、测深仪在工作时因换能器受波浪及水下悬浮物的影响会产生错误的数据。RTKGPS 的失琐和测深仪在工作时因换能器受波浪及水下悬浮物的影响会产生错误的数据使此刻的潮位出现很大的偏差，对于不对的值就需要在内业中逐一改正。对RTKGPS 失锁造成的潮位错误会在HypackMax 软件里判断出来，潮位的变化是随时间变化的，同一时间段的潮位变化是有规律的并且相差并不会很大，错误的瞬时潮位会和这一段的其它值相差很大，这样我们结合这一时间段的潮位来改正错误。除了潮位错误以外还有其它的，这些就需要在内业的时候通过测深纸上打出的线和软件里的数据比较改正，以测深纸上的为主。这样一天如果测了几十公里的话内业工作量也会很大，因此我们一般情况下主要看一些特征点，如果错误的比较多的情况下就需要一一比较。在以上的工作完成时就需要排序和图形的输出了。排序主要是剔除一些比较密集的点，手动下线的时候有时会多打出一些点，这样就使有些点重合在一起看不清楚。排序的时候设置好排序半径就会在该半径范围内只有一个点，这样就没重合了。排序完成后便可图形输出工作。

通过内业处理，我们可以获得详细的水深资料，能够更好地为生产实践服务。密集而又详细的水深值，可以得出水下地形。

3 无验潮模式下测深仪的测深误差及改正

测深误差主要由、仪器转速误差、吃水误差、声速误差、读数误差等引起的。当实际水深与测深仪测的深度不相符时就说明存在测深误差。

3.1 转速改正数

测深仪记录装置必须保持某一固定的设计转速转动，但是在工作中，由于机械负载或电源电压等发生变化，导致设计转速与实际转速不一致。这样，仪器测得的深度(Zs)就不等于实际水深(Z0)。由于ns≠n0所造成的测深误差称为转速误差。要求得实际水深需加上转速修正数即有：

由此可知，当实际转速Vn小于设计转速V0时，ΔHv为正；反之 ΔHv为负。

每次测深开始前和测深过程中要随时检查转速以确保测深精度。一般要求转速误差不超过设计转速的±1%。如超过时应进行调整，使之满足上述要求。在无法调整时可按上述计算方法，求出转速修正数 ΔHv。

3.2 吃水改正数

吃水改正数为常数可以通过调节记录纸零线位置进行消除。测深仪记录纸上读数是由换能器表面到海底之间的水深记录的。如若入水过浅，水泡就会干扰回声波，记录纸上回声线就会时有时无，出现断开现象，因此要求换能器的入水深度在0.3 米到0.8 米的区间内。

4 结术语

RTK 无验潮水下地形测量系统集合了GPS 定位技术、超声波测深仪及计算机数据自动处理技术。测船作为水下地形测量的载体，对测量精度的影响最大。由于水下地形测量的特殊性，使得其作业平台是动态的，那么动态的测量平台：测船，必然给测量精度带来很大的影响。无验潮水下地形测量系统，作为新的水下测量技术理念，随着技术的成熟，必将得到很好的应用，为水下测量事业的发展再添新章。