劉志華

摘 要：本文介紹了RTK技術(shù)在水深測(cè)量上的基本原理、基本作業(yè)步驟和影響水深測(cè)量精度的幾種因素及相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：RTK 水深測(cè)量 精度影響因素

RTK 定位技術(shù)簡(jiǎn)介

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（ RTK） 定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)， 它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，從而減少冗余觀測(cè)， 提高工作效率。它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在測(cè)繪、交通、能源、城市建設(shè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

RTK配合測(cè)深儀和相應(yīng)的測(cè)量軟件可以用于水深測(cè)量，以往的水深測(cè)量多采用交會(huì)定位，故測(cè)量工作受氣象的影響較大，精度難以保證，測(cè)量工作難度大，外業(yè)測(cè)量人員也很艱苦，且成圖時(shí)間長(zhǎng)。使用GPS技術(shù)后，這些困擾水上測(cè)量工作的問(wèn)題就迎刃而解了。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得RTK無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量成為可能。大大減少了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，自動(dòng)化程度高，省工省時(shí)，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程變得更經(jīng)濟(jì)。

RTK無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1、基本原理

RTK是現(xiàn)代DGPS測(cè)量模式的一種，當(dāng)前RTK的定位精度普遍為：平面10mm+1ppm，高程20mm+1ppm， 其高程精度可用于實(shí)時(shí)潮位解算，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量。其水下地形測(cè)量的方法、原理與DGPS相同，唯有不同的是RTK能夠在極短的時(shí)間內(nèi)完成平面定位、實(shí)時(shí)潮位解算，通過(guò)計(jì)算機(jī)與測(cè)深儀同步采集數(shù)據(jù)，以達(dá)到水下地形三維坐標(biāo)測(cè)量目的，實(shí)現(xiàn)無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量。RTK高程結(jié)合由測(cè)深儀同步測(cè)得的水深換算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，從而獲得水下地形數(shù)據(jù)，其基本原理如下：

如圖所示：設(shè)h為 RTK天線到水面高度，Z0為測(cè)深儀換能器吃水深度，Z為換能器到水下地形表面測(cè)點(diǎn)的水深。Zm為繪圖水深，H為RTK測(cè)得的天線位置高程，S為水位。則：

水位S=H-h

Zm=水面高-水位=（Z+Z0）–S =（Z+Z0）-（H-h）

當(dāng)水面由于潮水或者波浪升高時(shí)，H增大，相應(yīng)地Z也增加相同的值，根據(jù)上面公式Zm值將不受影響。因此從理論上講，RTK無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深將消除波浪和潮位的影響，是一種理想的水上測(cè)量方法。

2、RTK無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量的優(yōu)劣性

與傳統(tǒng)的驗(yàn)潮法相比，無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量具有如下優(yōu)勢(shì)：①無(wú)須驗(yàn)潮數(shù)據(jù)，減少工作量。驗(yàn)潮法需要專門的人員測(cè)量水位或者到相關(guān)部門獲取測(cè)量時(shí)段的水位數(shù)據(jù)。無(wú)驗(yàn)潮法只需在采集水深的同時(shí)在同一臺(tái)電腦上采集GPS三維數(shù)據(jù)，這樣起碼可以減少一個(gè)讀水尺的工作人員，還不須建一個(gè)或多個(gè)驗(yàn)潮站。②每個(gè)水位都同步、精確，提高精度。GPS高程數(shù)據(jù)更新速度達(dá)10Hz，每個(gè)水深點(diǎn)都對(duì)應(yīng)精確的水位值，無(wú)須內(nèi)插或外推整個(gè)區(qū)域的水位。③減少浪涌等引起的誤差。驗(yàn)潮法測(cè)量中由于浪涌影響，探頭上下起伏使得測(cè)得的水深有瞬時(shí)誤差，在最終的數(shù)據(jù)中無(wú)法消除。而無(wú)驗(yàn)潮法是通過(guò)GPS天線高程來(lái)推算水下高程的，天線與探頭的相對(duì)位置固定，無(wú)論船怎樣上下波動(dòng)都不會(huì)改變處理后的水下高程。④數(shù)據(jù)處理方便、快捷。由于所有的數(shù)據(jù)都采集到一個(gè)文件中，并且存在計(jì)算機(jī)中，減少獲取和編輯潮位數(shù)據(jù)的時(shí)間，即時(shí)能進(jìn)行后處理，編輯水下地形圖或斷面圖。

另一方面，相對(duì)而言無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量的缺點(diǎn)是：必須用RTK型接收機(jī)，這種接收機(jī)價(jià)格相對(duì)高一些。利用無(wú)驗(yàn)潮技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工程變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效，所以不失為一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，值得在航道水深測(cè)量乃至其它水下地形測(cè)量中推廣。

RTK水深測(cè)量的基本作業(yè)步驟

根據(jù)多年的港口航道疏浚測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，水深測(cè)量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計(jì)算機(jī)及海洋測(cè)量軟件等組成。測(cè)量作業(yè)分三步來(lái)進(jìn)行，即測(cè)前的準(zhǔn)備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)的后處理。

1、測(cè)前的準(zhǔn)備

1.1 求RTK的轉(zhuǎn)換參數(shù)

將GPS基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)A上，設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)，輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)（該點(diǎn)的單點(diǎn)84坐標(biāo)）后設(shè)置為基準(zhǔn)站。將GPS移動(dòng)站架設(shè)在已知點(diǎn)B上，設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、接收間隔，關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)后，求得該點(diǎn)的固定解（84坐標(biāo)）。通過(guò)A、B兩點(diǎn)的84坐標(biāo)及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

施工中所用轉(zhuǎn)換參數(shù)都為七參數(shù)，這些參數(shù)全部體現(xiàn)在采集手簿上。校正參數(shù)是一個(gè)核心的內(nèi)容，它是通過(guò)一個(gè)已知點(diǎn)來(lái)校正，求出WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值與實(shí)際應(yīng)用坐標(biāo)值的三維差值，即△X、△Y、△H。校正參數(shù)從原理上說(shuō)參考站每次開機(jī)都需要重新校正，如果參考站架設(shè)在同一地點(diǎn)，且每次開機(jī)發(fā)射的WGS84坐標(biāo)都已經(jīng)通過(guò)設(shè)置來(lái)固定，那么校正參數(shù)就不需要再重新求。

1.2 建立任務(wù)，作計(jì)劃線

設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、一級(jí)變換及圖定義。建立測(cè)量任務(wù)，作好計(jì)劃線，在測(cè)區(qū)圖幅上布設(shè)測(cè)量斷面，也可以對(duì)原布設(shè)斷面進(jìn)行加密，使其達(dá)到《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》對(duì)所測(cè)設(shè)的工程項(xiàng)目斷面間距的要求。

2、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集和后處理endprint

設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn)，求轉(zhuǎn)換參數(shù)，外業(yè)施測(cè)前，需在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站，保持基準(zhǔn)站坐標(biāo)不變。

將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀和便攜電腦等連接好，打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測(cè)深儀接口、接受機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，即可進(jìn)行測(cè)量外業(yè)工作。

影響水深測(cè)量精度的幾種因素及對(duì)策

在實(shí)際的使用無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，扣除外在影響以及人為因素外對(duì)測(cè)量結(jié)果精度產(chǎn)量影響的因素主要有船體的搖擺、采樣速率、同步時(shí)差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RTK定位誤差，從而成為無(wú)驗(yàn)潮方式水深測(cè)量精度提高的瓶頸因素。

1、船體搖擺姿態(tài)的修正

船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進(jìn)行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù)，通過(guò)專用的測(cè)量軟件接入進(jìn)行修正。

2、采樣速率和延遲造成的誤差

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時(shí)采集的精度和密度，現(xiàn)在大多數(shù)RTK GPS都可以最高輸出率達(dá)20HZ，而測(cè)深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據(jù)的定位時(shí)刻和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)刻的時(shí)間差造成定位延遲。對(duì)于這項(xiàng)誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3、RTK高程可靠性的問(wèn)題

RTK高程用于測(cè)量水深，其可信度問(wèn)題是倍受關(guān)注的問(wèn)題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測(cè)量的水位與人工觀測(cè)的水位進(jìn)行比較，判斷其可靠性，實(shí)踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無(wú)誤，可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線（由專用軟件自動(dòng)完成）。根據(jù)曲線的圓滑程度來(lái)分析RTK高程有沒(méi)有產(chǎn)生個(gè)別跳點(diǎn)，然后使用圓滑修正的方法來(lái)改善個(gè)別錯(cuò)誤的點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

利用RTK技術(shù)進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量，可以有效減少潮位對(duì)測(cè)量成果的影響，非常適合潮位變化復(fù)雜、建立水位站困難的地方應(yīng)用，可以大大提高工作效率及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。它可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。在港口航道工程的相關(guān)工程陸域測(cè)量中，也可以直接運(yùn)用RTK進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、點(diǎn)位測(cè)量、導(dǎo)線控制測(cè)量等。利用RTK技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工作變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡家明編譯，水上測(cè)量新技術(shù)，人民交通出版社，北京，1984年11月。

[2]關(guān)子安，關(guān)棟材，水利工程測(cè)量，測(cè)繪出版社，北京，1993年11月。

（作者單位：長(zhǎng)江南京航道工程局）endprint

設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn)，求轉(zhuǎn)換參數(shù)，外業(yè)施測(cè)前，需在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站，保持基準(zhǔn)站坐標(biāo)不變。

將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀和便攜電腦等連接好，打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測(cè)深儀接口、接受機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，即可進(jìn)行測(cè)量外業(yè)工作。

影響水深測(cè)量精度的幾種因素及對(duì)策

在實(shí)際的使用無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，扣除外在影響以及人為因素外對(duì)測(cè)量結(jié)果精度產(chǎn)量影響的因素主要有船體的搖擺、采樣速率、同步時(shí)差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RTK定位誤差，從而成為無(wú)驗(yàn)潮方式水深測(cè)量精度提高的瓶頸因素。

1、船體搖擺姿態(tài)的修正

船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進(jìn)行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù)，通過(guò)專用的測(cè)量軟件接入進(jìn)行修正。

2、采樣速率和延遲造成的誤差

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時(shí)采集的精度和密度，現(xiàn)在大多數(shù)RTK GPS都可以最高輸出率達(dá)20HZ，而測(cè)深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據(jù)的定位時(shí)刻和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)刻的時(shí)間差造成定位延遲。對(duì)于這項(xiàng)誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3、RTK高程可靠性的問(wèn)題

RTK高程用于測(cè)量水深，其可信度問(wèn)題是倍受關(guān)注的問(wèn)題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測(cè)量的水位與人工觀測(cè)的水位進(jìn)行比較，判斷其可靠性，實(shí)踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無(wú)誤，可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線（由專用軟件自動(dòng)完成）。根據(jù)曲線的圓滑程度來(lái)分析RTK高程有沒(méi)有產(chǎn)生個(gè)別跳點(diǎn)，然后使用圓滑修正的方法來(lái)改善個(gè)別錯(cuò)誤的點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

利用RTK技術(shù)進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量，可以有效減少潮位對(duì)測(cè)量成果的影響，非常適合潮位變化復(fù)雜、建立水位站困難的地方應(yīng)用，可以大大提高工作效率及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。它可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。在港口航道工程的相關(guān)工程陸域測(cè)量中，也可以直接運(yùn)用RTK進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、點(diǎn)位測(cè)量、導(dǎo)線控制測(cè)量等。利用RTK技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工作變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡家明編譯，水上測(cè)量新技術(shù)，人民交通出版社，北京，1984年11月。

[2]關(guān)子安，關(guān)棟材，水利工程測(cè)量，測(cè)繪出版社，北京，1993年11月。

（作者單位：長(zhǎng)江南京航道工程局）endprint

設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn)，求轉(zhuǎn)換參數(shù)，外業(yè)施測(cè)前，需在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站，保持基準(zhǔn)站坐標(biāo)不變。

將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀和便攜電腦等連接好，打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測(cè)深儀接口、接受機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，即可進(jìn)行測(cè)量外業(yè)工作。

影響水深測(cè)量精度的幾種因素及對(duì)策

在實(shí)際的使用無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，扣除外在影響以及人為因素外對(duì)測(cè)量結(jié)果精度產(chǎn)量影響的因素主要有船體的搖擺、采樣速率、同步時(shí)差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RTK定位誤差，從而成為無(wú)驗(yàn)潮方式水深測(cè)量精度提高的瓶頸因素。

1、船體搖擺姿態(tài)的修正

船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進(jìn)行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù)，通過(guò)專用的測(cè)量軟件接入進(jìn)行修正。

2、采樣速率和延遲造成的誤差

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時(shí)采集的精度和密度，現(xiàn)在大多數(shù)RTK GPS都可以最高輸出率達(dá)20HZ，而測(cè)深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據(jù)的定位時(shí)刻和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)刻的時(shí)間差造成定位延遲。對(duì)于這項(xiàng)誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3、RTK高程可靠性的問(wèn)題

RTK高程用于測(cè)量水深，其可信度問(wèn)題是倍受關(guān)注的問(wèn)題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測(cè)量的水位與人工觀測(cè)的水位進(jìn)行比較，判斷其可靠性，實(shí)踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無(wú)誤，可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線（由專用軟件自動(dòng)完成）。根據(jù)曲線的圓滑程度來(lái)分析RTK高程有沒(méi)有產(chǎn)生個(gè)別跳點(diǎn)，然后使用圓滑修正的方法來(lái)改善個(gè)別錯(cuò)誤的點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

利用RTK技術(shù)進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量，可以有效減少潮位對(duì)測(cè)量成果的影響，非常適合潮位變化復(fù)雜、建立水位站困難的地方應(yīng)用，可以大大提高工作效率及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。它可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。在港口航道工程的相關(guān)工程陸域測(cè)量中，也可以直接運(yùn)用RTK進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、點(diǎn)位測(cè)量、導(dǎo)線控制測(cè)量等。利用RTK技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工作變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡家明編譯，水上測(cè)量新技術(shù)，人民交通出版社，北京，1984年11月。

[2]關(guān)子安，關(guān)棟材，水利工程測(cè)量，測(cè)繪出版社，北京，1993年11月。

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