水深測量中RTKGPS技術(shù)的應用

王興華

【摘要】本文主要介紹了應用RTK GPS技術(shù)進行水深測量的基本方法、思路及一些注意事項，在水深測量中使用RTK技術(shù)越來越得到成熟而廣泛的應用。

【關(guān)鍵詞】RTK GPS；水深測量；應用

1. 引言

RTK技術(shù)在陸地測量和放樣的應用中已經(jīng)比較成熟，在海洋測量和海洋工程中的應用也已經(jīng)興起。以往的水深測量多采用交會定位，故測量工作受氣象的影響較大，精度難以保證，測量工作難度大，外業(yè)測量人員也很艱苦，且成圖時間長。使用GPS技術(shù)后，這些困擾水上測量工作的問題就迎刃而解了。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作（RTK方式）成為可能。大大減少了測量人員的勞動強度，自動化程度高，省工省時，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程變得更經(jīng)濟。

2. 無驗潮水深測量的理論基礎（基本原理）

2.1h為測深儀探頭吃水線到GPS天線的高度，Z0為設定吃水，Z為測得的水深度。Zm為繪圖水深，H為RTK測得的高程。則：

水深水位=H+h

Z m =Z-水位=Z-（H+h） （1）

2.2當水面由于潮水或者波浪升高時，H增大，相應地Z也增加相同的值，根據(jù)（1）式，Zm將不變。因此從理論上講，RTK無驗潮測深將消除波浪和潮位的影響，是一種理想的水上測量方法。

3. 水深測量的基本作業(yè)步驟

水深測量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機、數(shù)字化測深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計算機及相關(guān)軟件等組成。測量作業(yè)分三布來進行，即測前的準備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。

3.1測前的準備。

3.1.1求轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（1）將GPS基準站架設在已知點A上，設置好參考坐標系、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)，輸入基準站坐標（該點的單點84坐標）后設置為基準站。

（2）將GPS移動站架設在已知點B上，設置好參考坐標系、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，求得該點的固定解（84坐標）。

（3）通過A、B兩點的84坐標及當?shù)刈鴺?，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.1.2建立任務，設置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。

3.1.3作計劃線。如果已經(jīng)有了測量斷面就要重新布設，但可以根據(jù)需要進行加密。

3.2外業(yè)的數(shù)據(jù)采集。

（1）架設基準站在求轉(zhuǎn)換參數(shù)時架設的基準點上，且坐標不變。

（2）將GPS接收機、數(shù)字化測深儀和便攜機等連接好后，打開電源。設置好記錄設置、定位儀和測深儀接口、接受機數(shù)據(jù)格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，就可以進行測量工作了。

3.3數(shù)據(jù)的后處理。

數(shù)據(jù)后處理是指利用相應配套的數(shù)據(jù)處理軟件對測量數(shù)據(jù)進行后期處理，形成所需要的測量成果——水深圖及其統(tǒng)計分析報告等，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

4. 影響水深測量精度的幾種因素及相應對策

在實際的使用無驗潮方式進行水深測量時，測量結(jié)果精度會由于船體的搖擺、采樣速率、同步時差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠遠大于RTK定位誤差，從而成為無驗潮方式水深測量精度提高的瓶頸因素。

4.1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)，通過專用的的測量軟件接入進行修正。

4.2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20HZ，而測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)的定位時刻和水深數(shù)據(jù)的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項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量結(jié)果計算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

4.3RTK高程可靠性的問題。

RTK高程用于測量水深，其可信度問題是倍受關(guān)注的問題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測量的水位與人工觀測的水位進行比較，判斷起可靠性，實踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無誤，可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線（由專用軟件自動完成）。根據(jù)曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產(chǎn)生個別跳點，然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點。

5. 作業(yè)時應該注意的若干問題

5.1有關(guān)基準站的問題。

（1）因為RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。所以：

A.電臺天線要盡量高。如果距離教遠，則要使用高增益天線；否則將影響到作業(yè)距離。

B.電源電量要充足，否則也將影響到作業(yè)距離。

（2）設站時要限制最大衛(wèi)星使用數(shù)，一般為8顆。如果太多，則影響作業(yè)距離；太少，則影響RTK初始化。

（3）如果不是使用七參數(shù)，則在設置基準站時要使Transform To WGS84（轉(zhuǎn)換到WGS84坐標系）處于off（關(guān)閉）狀態(tài)。

（4）如果使用七參數(shù)，則△X、△Y、△Z都小于±100較好，否則重求。

（5）在求轉(zhuǎn)換參數(shù)前，要使參數(shù)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)關(guān)閉。

（6）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?；鶞收竞鸵苿诱颈仨氁３炙念w以上相同衛(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；所以有時偶爾RTK沒有固定解也是很正常的。

5.2有關(guān)流動站的問題。

（1）解的模式要使用RTK Extrap（外推）模式。

（2）數(shù)據(jù)鏈接受間隔要與基準站設置的發(fā)射間隔一致，都要為1。

（3）如果使用海洋測量軟件導航、定位，則：

A.記錄限制要為RTK固定解。

B.高程改正要在天線高里去改正。

（4）差分天線要盡可能的高。

5.3有關(guān)求轉(zhuǎn)換參數(shù)的問題。

已知兩點在測程及測區(qū)內(nèi)要盡量遠。同時，這兩點不能在同一條經(jīng)線或同一條緯線上。

6. 結(jié)束語

利用RTK技術(shù)進行水深測量，使得水深測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟，所以不失為一種先進的測量技術(shù)，必將得到更加廣泛的應用。

參考文獻

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

[2]吳子安、吳棟材. 水利工程測量，測繪出版社，北京，1993年11月.

[3]天寶測量技術(shù)有限公司. Trimble4700 GPS全球定位系統(tǒng)使用手冊（V1.6）.

[文章編號]1619-2737（2014）03-18-633endprint