鄭甲子

[摘 要]本文簡要介紹了GPS系統(tǒng)的組成和定位原理，詳細闡述了RTK結(jié)合數(shù)字測深儀的測深系統(tǒng)在測繪水下地形圖中的先進性。針對RTK在結(jié)合數(shù)字測深儀測繪水下地形圖中的應用和探討，證明了RTK在測量工程中的可靠性和先進性。

[關鍵詞]GPS RTK；水下地形測繪；數(shù)字測深儀

中圖分類號：TV221 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）11-0394-02

引言

目前，GPS精密定位技術(shù)己經(jīng)廣泛地滲透到經(jīng)濟建設和科學技術(shù)的許多領域，尤其對經(jīng)典測量學的各個方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。本文對GPS在測量中的新技術(shù)RTK測量系統(tǒng)進行了全面系統(tǒng)的介紹，并進一步分析了RTK測量系統(tǒng)在結(jié)合數(shù)字測深儀測繪水下地形圖具體應用。

1 RTK測量的基本原理

高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，而實時動態(tài)測量RTK（real time kinematic）定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，是GPS測量技術(shù)的一個重大技術(shù)突破，其關鍵技術(shù)是初始整周模糊度的快速解算，數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷姼蓴_性以及具有實時高效不受通視條件限制等優(yōu)點。RTK測量技術(shù)是GPS應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

2 RTK結(jié)合數(shù)字測深儀測繪水下地形圖

過去水下地形圖的測繪多采用測深桿、測深錘、經(jīng)緯儀、回聲測深儀和機載激光測深等手段，這些方法工作人員工作強度大、效益低、速度慢、精度難以保證。GPS RTK與數(shù)字測深技術(shù)的發(fā)展，為實時獲取水下三維信息和實現(xiàn)水下地形測繪自動化提供了條件。這一集成技術(shù)，在跨越河流的橋梁或過江隧道的勘測中已有很高的實用性。

2.1 全自動數(shù)字水下地形測量系統(tǒng)的工作原理

全自動數(shù)字水下地形測量系統(tǒng)由精確定位導航系統(tǒng)、數(shù)字測深系統(tǒng)、計算機控制集成系統(tǒng)三部分組成，如圖1所示。精確定位導航系統(tǒng)主要是準確提供水下地形點的平面坐標和數(shù)字測深儀探頭處的高程；數(shù)字測深系統(tǒng)主要是提供數(shù)字測深儀探頭至河底的深度；計算機控制集成系統(tǒng)主要進行航線設計和導航，對GPS定位數(shù)據(jù)和數(shù)字測深儀測深數(shù)據(jù)進行匹配、整合、取舍、計算、存儲， 將測量點展繪于地形圖上，生成數(shù)字地形圖等。

在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果?；芈暅y深儀是把打在記錄紙上的模擬信號，用數(shù)字化圖像的方法記錄、顯示、存儲在計算機里，事后可以隨時回放和打印，這也為測深儀與GPS的接口連接創(chuàng)造了條件。計算機系統(tǒng)是將數(shù)字測深儀與GPS定位系統(tǒng)連接起來并組成統(tǒng)一整體的載體，它將GPS的定位數(shù)據(jù)與測深儀的測深數(shù)據(jù)進行匹配、取舍、計算、存儲，將所測的數(shù)據(jù)輸入地形圖成圖軟件生成數(shù)字水下地形圖。

2.2 實例分析

黃岡市水文局采用中海達公司的兩臺GPS RTK（H32）和一臺HD-380全數(shù)字雙變頻數(shù)字測深儀測繪一河流入長江口處（大概九公里左右）的水下地形圖。

具體步驟：（1）在測區(qū)中央的河邊選一視野開闊、地勢較高的地方架設基準站，設置完基準站后在用移動站（臺）去兩個已知控制點（甲方單位提供）上采集坐標，利用手簿軟件現(xiàn)場計算WGS84到工程坐標的轉(zhuǎn)換參數(shù)，并啟用轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了確保轉(zhuǎn)換參數(shù)的正確性我們現(xiàn)場附和了第二個控制點，水平和高程誤差都是毫米級，又去了第三個控制點上進行了附和，水平誤差小于1cm，高程誤差為2cm多一點。這就驗證了轉(zhuǎn)換參數(shù)的可靠性和精確性。（2）按要求在機動船上安裝GPS和數(shù)字測深儀，特別是換能器要綁結(jié)實穩(wěn)固，各條線的插口要接對接牢，并量取GPS的天線高和換能器至水面的距離（吃水深）。（3）連接完畢后，連接上電源（直流電瓶），打開主機背面的開關，機子啟動后自動進入測深軟件界面。在開始測量前要對測深軟件進行設置，包括坐標系統(tǒng)、坐標投影方法，坐標變換參數(shù)、測區(qū)范圍、數(shù)據(jù)記錄間隔、格式、端口分配、波特率、吃水深和GPS天線偏差改正等設置。（4）根據(jù)主機界面上顯示的測船所在的位置、航向指揮測船沿著計劃航線航行并采集記錄測點的平面、高程、水深數(shù)據(jù)。最后，對采集的水下地形點的平面、高程數(shù)據(jù)進行檢查校核后，將其錄入到HD海洋成圖軟件進行處理，即可得到高精度的數(shù)字地形圖和斷面圖。

整個外業(yè)數(shù)據(jù)采集只花了兩個半小時不到，速度非?？欤瑸榱蓑炞C測深儀的數(shù)據(jù)精度可靠性，在作業(yè)前，我們在淺水處分別用花桿的量測深度和測深儀的測深數(shù)據(jù)進行了比較，在此摘錄部分比較結(jié)果，見表1。

根據(jù)RTK的使用實踐和表2-1的數(shù)據(jù)對比可知，利用這套系統(tǒng)進行水下地形測量，其結(jié)果是準確、可靠的。

2.3 全自動數(shù)字水下地形測量系統(tǒng)的優(yōu)點

與傳統(tǒng)的水下地形測量全自動數(shù)字水下地形測量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：（1）精度高； （2）自動化程度高；（3）作用距離遠；（4）可以實時地取得測點的三維坐標和水底高程；（5）可以實時地在計算機圖形上獲得航行的方向、航線的分布、測點的密度等；（6）受自然條件影響小，全天候作業(yè)；（7）勞動強度??；（8）作業(yè)效率高；（9）返工率??；（10）出錯率低。

3 結(jié)束語

本文對GPS在測量中的新技術(shù)RTK測量系統(tǒng)進行了全面系統(tǒng)的介紹，利用RTK技術(shù)進行水下地形測量，在大面積開闊地區(qū)具有巨大的優(yōu)勢，使得水下地形測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟，可以全天候?qū)嵤y量工作，同時也提高了測量精度。但在障礙物遮擋嚴重的地區(qū)如部分陡峭峽谷，河道等區(qū)域不能完全取代傳統(tǒng)測量方法，必須結(jié)合交會法或極坐標法才能取得更理想的效果。隨著RTK技術(shù)的不斷發(fā)展，其應用前景將更加廣闊。

參考文獻

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