利用RTK進(jìn)行無驗(yàn)潮模式水深測(cè)量方法的探討

王景平

摘 要：探討利用RTK（Real-time kinematic實(shí)時(shí)差分定位）進(jìn)行水深測(cè)量實(shí)現(xiàn)無驗(yàn)潮模式的方法，并與常規(guī)的有驗(yàn)潮的方法進(jìn)行了比對(duì)，得出了有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：RTK 水深測(cè)量 原理

中圖分類號(hào)：P282 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（a）-0054-01

常規(guī)的水深測(cè)量需要進(jìn)行驗(yàn)潮，以便在測(cè)量的水深值中加入水位改正。這在測(cè)量區(qū)域較小、海況理想的情況下，可以得到滿意的結(jié)果。但在測(cè)量區(qū)域較大、潮差風(fēng)浪等因素比較復(fù)雜的情況下，不但驗(yàn)潮工作量大，而且水位改正的精度往往并不理想，直接影響了水深成果的質(zhì)量。

利用RTK進(jìn)行水深測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)無驗(yàn)潮模式，即不用專門驗(yàn)潮，在測(cè)量過程中直接測(cè)得了水位改正值。同時(shí)，利用RTK還可以測(cè)定測(cè)量中船的姿態(tài)，即可以進(jìn)行船姿改正以及減少風(fēng)浪對(duì)水深測(cè)量的影響，從而提高了水深測(cè)量成果的精度。在風(fēng)浪、潮差較大的區(qū)域測(cè)量作業(yè)時(shí)，RTK的作業(yè)優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

1 RTK水深測(cè)量的原理

為地面上任意一點(diǎn)的正常高h(yuǎn)與大地高H和高程異常ζ之間存在如下關(guān)系：

h=H-ζ （1）

由式（1）變換可得到RTK測(cè)量技術(shù)獲得流動(dòng)站點(diǎn)正常高的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：

hb=ha+（Hb-Ha）-（ζb-ζa） （2）

式（2）中ha、hb分別為基站（已知點(diǎn)）和流動(dòng)站的正常高；Ha、Hb分別為基站和流動(dòng)站的大地高；ζa、ζb分別為基站和流動(dòng)站的高程異常，它通過測(cè)區(qū)范圍內(nèi)建立的高程異常擬合模型換算得到，一般可采用平面（三參數(shù)）或二次曲面（六參數(shù)）擬合方法。

從圖1可以看出，依式（2）計(jì)算出hb只是水面正常高，要得到水下地形點(diǎn)的正常高可按以下關(guān)系式計(jì)算：

hs=hb-HT1-HT2 （3）

式（3）中hs、hb分別是水下地形點(diǎn)的正常高及其對(duì)應(yīng)的水面正常高；HT1、HT2分別是測(cè)深儀的吃水深度和測(cè)量的水深。

2 測(cè)量實(shí)施

在某新港擴(kuò)建工程旅游休閑區(qū)項(xiàng)目水深測(cè)量任務(wù)中，針對(duì)利用RTK實(shí)時(shí)測(cè)量替代人工或自動(dòng)驗(yàn)潮進(jìn)行了實(shí)地水深測(cè)量比對(duì)，分別用常規(guī)驗(yàn)潮和PTK實(shí)時(shí)測(cè)量（無驗(yàn)潮）對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了兩次水深測(cè)量。

在測(cè)線的布設(shè)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃鞣较蚝惋L(fēng)向等因素來考慮，采用東西向布設(shè)主測(cè)線，測(cè)線間距為10 m。檢查線測(cè)量方向?yàn)榇怪敝鳒y(cè)線布設(shè)方向，測(cè)線間距為50 m。

在水深測(cè)量時(shí)將RTK移動(dòng)站架設(shè)于換能器正上方，這樣消除了定位點(diǎn)與測(cè)深點(diǎn)之間的偏差，然后將RTK移動(dòng)站與基準(zhǔn)站進(jìn)行實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位。

測(cè)量中，外業(yè)技術(shù)員同時(shí)注意測(cè)深儀工作是否正常，測(cè)深系統(tǒng)水深卷上的回波信號(hào)是否清晰，吃水線是否漂移，保證測(cè)深系統(tǒng)在穩(wěn)定的情況下測(cè)量水深。另外在測(cè)量過程中及測(cè)量完畢后均對(duì)測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)，其比對(duì)誤差小于0.1 m，滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求。

外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，均對(duì)定位數(shù)據(jù)文件進(jìn)行仔細(xì)檢查，使其定位點(diǎn)數(shù)與測(cè)深卷上的打標(biāo)點(diǎn)數(shù)保持一致，所有數(shù)據(jù)歸化到統(tǒng)一坐標(biāo)系中，內(nèi)業(yè)按成熟的水深測(cè)量軟件輸出水深值出圖。

為了驗(yàn)證本項(xiàng)目研究的可靠性，我們?cè)诶肦TK進(jìn)行無驗(yàn)潮模式水深測(cè)量的同時(shí)，還按常規(guī)的有驗(yàn)潮站的模式進(jìn)行了同一地區(qū)的水深測(cè)量。設(shè)置了一個(gè)驗(yàn)潮站進(jìn)行水位控制，驗(yàn)潮站設(shè)在新港碼頭，標(biāo)高為5 m（當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面起算）。人工驗(yàn)潮每10 min觀測(cè)一次，與測(cè)量時(shí)間同步。驗(yàn)潮資料的記載按驗(yàn)潮手簿中“驗(yàn)潮及其手簿填寫規(guī)則”執(zhí)行。本測(cè)量區(qū)域采用單站驗(yàn)潮水位改正的方法進(jìn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是，這次常規(guī)水深測(cè)量方法是在海況非常理想的情況下進(jìn)行的。

3 成果比對(duì)

為了保證水深成果的質(zhì)量，我們對(duì)兩種方法的結(jié)果進(jìn)行了有益的比對(duì)。其比對(duì)的結(jié)果是：

（1）比對(duì)重合的水深點(diǎn)數(shù)：6349個(gè)。

（2）互差小于20 cm的水深點(diǎn)數(shù)：5663個(gè)占89.2%。

（3）互差小于30 cm的水深點(diǎn)數(shù)：6349個(gè)占100%。

（4）平均差值：6 cm。

全部比對(duì)點(diǎn)互差值按規(guī)范規(guī)定均未超限，符合較好。

4 結(jié)論

（1）利用RTK與數(shù)字測(cè)深儀同步觀測(cè)， 解決近海水下地形測(cè)量時(shí)水位同步采集，實(shí)現(xiàn)RTK無驗(yàn)潮測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果精度是可靠的。

（2）利用RTK與數(shù)字測(cè)深儀同步觀測(cè)，還可以進(jìn)行船的姿態(tài)改正以及減少風(fēng)浪對(duì)水下地形測(cè)量的影響，進(jìn)一步提高測(cè)量成果的質(zhì)量。本次因其他原因沒能專門進(jìn)行船姿測(cè)量，很遺憾。在風(fēng)浪、潮差較大的區(qū)域測(cè)量作業(yè)，RTK將顯現(xiàn)出巨大的作業(yè)優(yōu)勢(shì)。

（3）利用RTK姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，獲得cm級(jí)甚至mm級(jí)的水平定位精度和cm級(jí)的高程定位精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁開龍.水下地形測(cè)量[M].北京：測(cè)繪出版社，1995.

[2] 《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》JTS131-2012[S].endprint

摘 要：探討利用RTK（Real-time kinematic實(shí)時(shí)差分定位）進(jìn)行水深測(cè)量實(shí)現(xiàn)無驗(yàn)潮模式的方法，并與常規(guī)的有驗(yàn)潮的方法進(jìn)行了比對(duì)，得出了有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：RTK 水深測(cè)量 原理

中圖分類號(hào)：P282 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（a）-0054-01

常規(guī)的水深測(cè)量需要進(jìn)行驗(yàn)潮，以便在測(cè)量的水深值中加入水位改正。這在測(cè)量區(qū)域較小、海況理想的情況下，可以得到滿意的結(jié)果。但在測(cè)量區(qū)域較大、潮差風(fēng)浪等因素比較復(fù)雜的情況下，不但驗(yàn)潮工作量大，而且水位改正的精度往往并不理想，直接影響了水深成果的質(zhì)量。

利用RTK進(jìn)行水深測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)無驗(yàn)潮模式，即不用專門驗(yàn)潮，在測(cè)量過程中直接測(cè)得了水位改正值。同時(shí)，利用RTK還可以測(cè)定測(cè)量中船的姿態(tài)，即可以進(jìn)行船姿改正以及減少風(fēng)浪對(duì)水深測(cè)量的影響，從而提高了水深測(cè)量成果的精度。在風(fēng)浪、潮差較大的區(qū)域測(cè)量作業(yè)時(shí)，RTK的作業(yè)優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

1 RTK水深測(cè)量的原理

為地面上任意一點(diǎn)的正常高h(yuǎn)與大地高H和高程異常ζ之間存在如下關(guān)系：

h=H-ζ （1）

由式（1）變換可得到RTK測(cè)量技術(shù)獲得流動(dòng)站點(diǎn)正常高的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：

hb=ha+（Hb-Ha）-（ζb-ζa） （2）

式（2）中ha、hb分別為基站（已知點(diǎn)）和流動(dòng)站的正常高；Ha、Hb分別為基站和流動(dòng)站的大地高；ζa、ζb分別為基站和流動(dòng)站的高程異常，它通過測(cè)區(qū)范圍內(nèi)建立的高程異常擬合模型換算得到，一般可采用平面（三參數(shù)）或二次曲面（六參數(shù)）擬合方法。

從圖1可以看出，依式（2）計(jì)算出hb只是水面正常高，要得到水下地形點(diǎn)的正常高可按以下關(guān)系式計(jì)算：

hs=hb-HT1-HT2 （3）

式（3）中hs、hb分別是水下地形點(diǎn)的正常高及其對(duì)應(yīng)的水面正常高；HT1、HT2分別是測(cè)深儀的吃水深度和測(cè)量的水深。

2 測(cè)量實(shí)施

在某新港擴(kuò)建工程旅游休閑區(qū)項(xiàng)目水深測(cè)量任務(wù)中，針對(duì)利用RTK實(shí)時(shí)測(cè)量替代人工或自動(dòng)驗(yàn)潮進(jìn)行了實(shí)地水深測(cè)量比對(duì)，分別用常規(guī)驗(yàn)潮和PTK實(shí)時(shí)測(cè)量（無驗(yàn)潮）對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了兩次水深測(cè)量。

在測(cè)線的布設(shè)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃鞣较蚝惋L(fēng)向等因素來考慮，采用東西向布設(shè)主測(cè)線，測(cè)線間距為10 m。檢查線測(cè)量方向?yàn)榇怪敝鳒y(cè)線布設(shè)方向，測(cè)線間距為50 m。

在水深測(cè)量時(shí)將RTK移動(dòng)站架設(shè)于換能器正上方，這樣消除了定位點(diǎn)與測(cè)深點(diǎn)之間的偏差，然后將RTK移動(dòng)站與基準(zhǔn)站進(jìn)行實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位。

測(cè)量中，外業(yè)技術(shù)員同時(shí)注意測(cè)深儀工作是否正常，測(cè)深系統(tǒng)水深卷上的回波信號(hào)是否清晰，吃水線是否漂移，保證測(cè)深系統(tǒng)在穩(wěn)定的情況下測(cè)量水深。另外在測(cè)量過程中及測(cè)量完畢后均對(duì)測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)，其比對(duì)誤差小于0.1 m，滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求。

外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，均對(duì)定位數(shù)據(jù)文件進(jìn)行仔細(xì)檢查，使其定位點(diǎn)數(shù)與測(cè)深卷上的打標(biāo)點(diǎn)數(shù)保持一致，所有數(shù)據(jù)歸化到統(tǒng)一坐標(biāo)系中，內(nèi)業(yè)按成熟的水深測(cè)量軟件輸出水深值出圖。

為了驗(yàn)證本項(xiàng)目研究的可靠性，我們?cè)诶肦TK進(jìn)行無驗(yàn)潮模式水深測(cè)量的同時(shí)，還按常規(guī)的有驗(yàn)潮站的模式進(jìn)行了同一地區(qū)的水深測(cè)量。設(shè)置了一個(gè)驗(yàn)潮站進(jìn)行水位控制，驗(yàn)潮站設(shè)在新港碼頭，標(biāo)高為5 m（當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面起算）。人工驗(yàn)潮每10 min觀測(cè)一次，與測(cè)量時(shí)間同步。驗(yàn)潮資料的記載按驗(yàn)潮手簿中“驗(yàn)潮及其手簿填寫規(guī)則”執(zhí)行。本測(cè)量區(qū)域采用單站驗(yàn)潮水位改正的方法進(jìn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是，這次常規(guī)水深測(cè)量方法是在海況非常理想的情況下進(jìn)行的。

3 成果比對(duì)

為了保證水深成果的質(zhì)量，我們對(duì)兩種方法的結(jié)果進(jìn)行了有益的比對(duì)。其比對(duì)的結(jié)果是：

（1）比對(duì)重合的水深點(diǎn)數(shù)：6349個(gè)。

（2）互差小于20 cm的水深點(diǎn)數(shù)：5663個(gè)占89.2%。

（3）互差小于30 cm的水深點(diǎn)數(shù)：6349個(gè)占100%。

（4）平均差值：6 cm。

全部比對(duì)點(diǎn)互差值按規(guī)范規(guī)定均未超限，符合較好。

4 結(jié)論

（1）利用RTK與數(shù)字測(cè)深儀同步觀測(cè)， 解決近海水下地形測(cè)量時(shí)水位同步采集，實(shí)現(xiàn)RTK無驗(yàn)潮測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果精度是可靠的。

（2）利用RTK與數(shù)字測(cè)深儀同步觀測(cè)，還可以進(jìn)行船的姿態(tài)改正以及減少風(fēng)浪對(duì)水下地形測(cè)量的影響，進(jìn)一步提高測(cè)量成果的質(zhì)量。本次因其他原因沒能專門進(jìn)行船姿測(cè)量，很遺憾。在風(fēng)浪、潮差較大的區(qū)域測(cè)量作業(yè)，RTK將顯現(xiàn)出巨大的作業(yè)優(yōu)勢(shì)。

（3）利用RTK姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，獲得cm級(jí)甚至mm級(jí)的水平定位精度和cm級(jí)的高程定位精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁開龍.水下地形測(cè)量[M].北京：測(cè)繪出版社，1995.

[2] 《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》JTS131-2012[S].endprint

摘 要：探討利用RTK（Real-time kinematic實(shí)時(shí)差分定位）進(jìn)行水深測(cè)量實(shí)現(xiàn)無驗(yàn)潮模式的方法，并與常規(guī)的有驗(yàn)潮的方法進(jìn)行了比對(duì)，得出了有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：RTK 水深測(cè)量 原理

中圖分類號(hào)：P282 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（a）-0054-01

常規(guī)的水深測(cè)量需要進(jìn)行驗(yàn)潮，以便在測(cè)量的水深值中加入水位改正。這在測(cè)量區(qū)域較小、海況理想的情況下，可以得到滿意的結(jié)果。但在測(cè)量區(qū)域較大、潮差風(fēng)浪等因素比較復(fù)雜的情況下，不但驗(yàn)潮工作量大，而且水位改正的精度往往并不理想，直接影響了水深成果的質(zhì)量。

利用RTK進(jìn)行水深測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)無驗(yàn)潮模式，即不用專門驗(yàn)潮，在測(cè)量過程中直接測(cè)得了水位改正值。同時(shí)，利用RTK還可以測(cè)定測(cè)量中船的姿態(tài)，即可以進(jìn)行船姿改正以及減少風(fēng)浪對(duì)水深測(cè)量的影響，從而提高了水深測(cè)量成果的精度。在風(fēng)浪、潮差較大的區(qū)域測(cè)量作業(yè)時(shí)，RTK的作業(yè)優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

1 RTK水深測(cè)量的原理

為地面上任意一點(diǎn)的正常高h(yuǎn)與大地高H和高程異常ζ之間存在如下關(guān)系：

h=H-ζ （1）

由式（1）變換可得到RTK測(cè)量技術(shù)獲得流動(dòng)站點(diǎn)正常高的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：

hb=ha+（Hb-Ha）-（ζb-ζa） （2）

式（2）中ha、hb分別為基站（已知點(diǎn)）和流動(dòng)站的正常高；Ha、Hb分別為基站和流動(dòng)站的大地高；ζa、ζb分別為基站和流動(dòng)站的高程異常，它通過測(cè)區(qū)范圍內(nèi)建立的高程異常擬合模型換算得到，一般可采用平面（三參數(shù)）或二次曲面（六參數(shù)）擬合方法。

從圖1可以看出，依式（2）計(jì)算出hb只是水面正常高，要得到水下地形點(diǎn)的正常高可按以下關(guān)系式計(jì)算：

hs=hb-HT1-HT2 （3）

式（3）中hs、hb分別是水下地形點(diǎn)的正常高及其對(duì)應(yīng)的水面正常高；HT1、HT2分別是測(cè)深儀的吃水深度和測(cè)量的水深。

2 測(cè)量實(shí)施

在某新港擴(kuò)建工程旅游休閑區(qū)項(xiàng)目水深測(cè)量任務(wù)中，針對(duì)利用RTK實(shí)時(shí)測(cè)量替代人工或自動(dòng)驗(yàn)潮進(jìn)行了實(shí)地水深測(cè)量比對(duì)，分別用常規(guī)驗(yàn)潮和PTK實(shí)時(shí)測(cè)量（無驗(yàn)潮）對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了兩次水深測(cè)量。

在測(cè)線的布設(shè)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃鞣较蚝惋L(fēng)向等因素來考慮，采用東西向布設(shè)主測(cè)線，測(cè)線間距為10 m。檢查線測(cè)量方向?yàn)榇怪敝鳒y(cè)線布設(shè)方向，測(cè)線間距為50 m。

在水深測(cè)量時(shí)將RTK移動(dòng)站架設(shè)于換能器正上方，這樣消除了定位點(diǎn)與測(cè)深點(diǎn)之間的偏差，然后將RTK移動(dòng)站與基準(zhǔn)站進(jìn)行實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位。

測(cè)量中，外業(yè)技術(shù)員同時(shí)注意測(cè)深儀工作是否正常，測(cè)深系統(tǒng)水深卷上的回波信號(hào)是否清晰，吃水線是否漂移，保證測(cè)深系統(tǒng)在穩(wěn)定的情況下測(cè)量水深。另外在測(cè)量過程中及測(cè)量完畢后均對(duì)測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)，其比對(duì)誤差小于0.1 m，滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求。

外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，均對(duì)定位數(shù)據(jù)文件進(jìn)行仔細(xì)檢查，使其定位點(diǎn)數(shù)與測(cè)深卷上的打標(biāo)點(diǎn)數(shù)保持一致，所有數(shù)據(jù)歸化到統(tǒng)一坐標(biāo)系中，內(nèi)業(yè)按成熟的水深測(cè)量軟件輸出水深值出圖。

為了驗(yàn)證本項(xiàng)目研究的可靠性，我們?cè)诶肦TK進(jìn)行無驗(yàn)潮模式水深測(cè)量的同時(shí)，還按常規(guī)的有驗(yàn)潮站的模式進(jìn)行了同一地區(qū)的水深測(cè)量。設(shè)置了一個(gè)驗(yàn)潮站進(jìn)行水位控制，驗(yàn)潮站設(shè)在新港碼頭，標(biāo)高為5 m（當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面起算）。人工驗(yàn)潮每10 min觀測(cè)一次，與測(cè)量時(shí)間同步。驗(yàn)潮資料的記載按驗(yàn)潮手簿中“驗(yàn)潮及其手簿填寫規(guī)則”執(zhí)行。本測(cè)量區(qū)域采用單站驗(yàn)潮水位改正的方法進(jìn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是，這次常規(guī)水深測(cè)量方法是在海況非常理想的情況下進(jìn)行的。

3 成果比對(duì)

為了保證水深成果的質(zhì)量，我們對(duì)兩種方法的結(jié)果進(jìn)行了有益的比對(duì)。其比對(duì)的結(jié)果是：

（1）比對(duì)重合的水深點(diǎn)數(shù)：6349個(gè)。

（2）互差小于20 cm的水深點(diǎn)數(shù)：5663個(gè)占89.2%。

（3）互差小于30 cm的水深點(diǎn)數(shù)：6349個(gè)占100%。

（4）平均差值：6 cm。

全部比對(duì)點(diǎn)互差值按規(guī)范規(guī)定均未超限，符合較好。

4 結(jié)論

（1）利用RTK與數(shù)字測(cè)深儀同步觀測(cè)， 解決近海水下地形測(cè)量時(shí)水位同步采集，實(shí)現(xiàn)RTK無驗(yàn)潮測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果精度是可靠的。

（2）利用RTK與數(shù)字測(cè)深儀同步觀測(cè)，還可以進(jìn)行船的姿態(tài)改正以及減少風(fēng)浪對(duì)水下地形測(cè)量的影響，進(jìn)一步提高測(cè)量成果的質(zhì)量。本次因其他原因沒能專門進(jìn)行船姿測(cè)量，很遺憾。在風(fēng)浪、潮差較大的區(qū)域測(cè)量作業(yè)，RTK將顯現(xiàn)出巨大的作業(yè)優(yōu)勢(shì)。

（3）利用RTK姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，獲得cm級(jí)甚至mm級(jí)的水平定位精度和cm級(jí)的高程定位精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁開龍.水下地形測(cè)量[M].北京：測(cè)繪出版社，1995.

[2] 《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》JTS131-2012[S].endprint