GPS—RTK技術(shù)在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用觀察

摘 要：利用傳統(tǒng)落后的測(cè)量方法來測(cè)量水下地形會(huì)使得水深測(cè)量數(shù)據(jù)與水下地形測(cè)量點(diǎn)的平面定位有所出入，這不僅會(huì)增大野外測(cè)量人員的測(cè)量難度，延長(zhǎng)工作時(shí)間，同時(shí)也使得水下地形點(diǎn)的精度大大降低?，F(xiàn)階段，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，GPS技術(shù)和RTK技術(shù)的逐漸發(fā)展并完善大大的提升了我國(guó)水下地形測(cè)量工作的質(zhì)量。在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜詣?dòng)化，降低野外測(cè)量人員的工作難度，減少在測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的人為故障，進(jìn)而有效地提高水下地形測(cè)量的工作效率。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù)；水下地形測(cè)量；應(yīng)用觀察

引言

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)也在不斷地提高，水下地形的測(cè)量技術(shù)也在不斷地改善并提高。GPS-RTK技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)在測(cè)量水下地形時(shí)較常使用的技術(shù)，它是由自動(dòng)化技術(shù)、測(cè)繪技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多技術(shù)綜合產(chǎn)生的結(jié)果，GPS-RTK技術(shù)在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的測(cè)量水下的高程、地形并及時(shí)地將測(cè)量結(jié)果的傳輸至地面控制中心。

1 GPS-RTK技術(shù)的基本概述

1.1 GPS-RTK技術(shù)在水下地形測(cè)量中的具體實(shí)施方法

在利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量水下地形時(shí)測(cè)量的重點(diǎn)內(nèi)容是要掌握被測(cè)水域水下地形的高程及其平面位置，在利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量水下地形時(shí)測(cè)量水下地形的高程應(yīng)與測(cè)量平面位置相一致、同步[1]。在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)三維定位與探測(cè)步驟協(xié)同進(jìn)行，進(jìn)而利用流動(dòng)站和水位探測(cè)儀來進(jìn)行定位和水深工作。

1.2 GPS-RTK技術(shù)測(cè)量的基本組成及相關(guān)測(cè)量原理

在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)主要是依靠流動(dòng)測(cè)量站及固定GPS基準(zhǔn)站實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)、探測(cè)儀、數(shù)據(jù)通訊鏈及GPS接收機(jī)等儀器是GPS-RTK技術(shù)在測(cè)量水下地形中常用的儀器。在這之中GPS接收機(jī)主要是用于接收衛(wèi)星信號(hào)，探測(cè)儀則主要是獲取被測(cè)水域的水深值，數(shù)據(jù)通訊鏈的功能主要是將基準(zhǔn)站接收的信號(hào)實(shí)時(shí)的傳送至流動(dòng)站，計(jì)算機(jī)的功能則主要是分析流動(dòng)站接收地信號(hào)并及時(shí)的反饋GPS的定位結(jié)果。

2 水下地形測(cè)量的特點(diǎn)及方法

2.1 水下地形測(cè)量的特點(diǎn)

水下地形測(cè)量作為當(dāng)前我國(guó)測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，由于其自身地形起伏的原因?qū)е略跍y(cè)量水下地形時(shí)無法直接觀察水下地形。水下地形測(cè)量難度較大，這使得在測(cè)繪水下地形時(shí)只能利用定位及深度測(cè)量的方法來完成水下地形測(cè)量工作。

2.2 水下地形測(cè)量的主要方法

海道及湖泊是水下地形測(cè)量的主要目標(biāo)，在測(cè)量水下地形時(shí)具有多種測(cè)量方法，既包括新興的GPS-RTK技術(shù)測(cè)量方法也包含傳統(tǒng)水位測(cè)定結(jié)合與極坐標(biāo)定位相結(jié)合的方法，在利用傳統(tǒng)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量水下地形時(shí)主要是先利用極坐標(biāo)法進(jìn)行定位，再利用測(cè)量?jī)x器來定位水下的三維坐標(biāo)[2]。此外，在測(cè)量被測(cè)水域的水深時(shí)應(yīng)首先測(cè)出不同設(shè)測(cè)點(diǎn)的水深并將其有效地轉(zhuǎn)化成高程。為有效地完成水下地形的測(cè)量工作就需要同時(shí)進(jìn)行水深測(cè)量工作及定位工作，但是在測(cè)量水下地形時(shí)采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法會(huì)受到儀器因素、自然因素等方面的影響，使得水下地形測(cè)量的難度較大且無法保證水下地形測(cè)量的精確度及準(zhǔn)確性。在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用先進(jìn)的GPS-RTK技術(shù)對(duì)提高水下地形的測(cè)量效率、測(cè)量精度等方面都有著十分重要的作用。

3 GPS-RTK技術(shù)在水下地形測(cè)量中應(yīng)用的相關(guān)優(yōu)勢(shì)

3.1 提高水下地形測(cè)量精度

在進(jìn)行測(cè)量水下地形時(shí)借助GPS-RTK技術(shù)與水位探測(cè)技術(shù)相結(jié)合不僅能夠有效地提高被測(cè)水域被測(cè)點(diǎn)平面位置的測(cè)量精度，同時(shí)也能夠極大地提高被測(cè)點(diǎn)的高程位置的測(cè)量精度[3]。

3.2 有效地減少系統(tǒng)作業(yè)的干擾

在利用傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量水下地形時(shí)需要進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通視，但在測(cè)量水下地形時(shí)利用GPS-RTK技術(shù)中的流通站與基準(zhǔn)站來接收信息，從而可以減少通視這一環(huán)節(jié)。此外，在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)可以減少外界因素及自然因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，減少系統(tǒng)作業(yè)對(duì)測(cè)量精度的影響。

3.3 有效地增加水下地形的測(cè)量距離

在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)時(shí)，電臺(tái)的功率決定了GPS-RTK技術(shù)的測(cè)量距離，所以通常情況下在排出其他主觀因素之后在被測(cè)水域周圍建立基準(zhǔn)站即可將被測(cè)距離延長(zhǎng)至10多公里。

3.4 有效地提高水下地形測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度

在測(cè)量水下地形中應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)分析處理等步驟的自動(dòng)化程度。這樣不僅可以提高水下地形的測(cè)量精度，同時(shí)也可以有效地緩解野外測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 GPS-RTK技術(shù)在水下地形測(cè)量時(shí)的誤差影響

4.1 在測(cè)量水下地形時(shí)由高程異常引起的誤差

橢球曲率半徑及重力場(chǎng)在測(cè)量水下地形時(shí)發(fā)生差異的可能性較大。同時(shí)再加上GPS-RTK技術(shù)的基站會(huì)在測(cè)量中發(fā)生變化從而使得模擬大地水準(zhǔn)面與橢球面之間重合偏差進(jìn)一步加大，進(jìn)而導(dǎo)致高程異常。

4.2 在測(cè)量水下地形時(shí)由于水面的變化而影響測(cè)量的精確性

由于在測(cè)量水下地形時(shí)難以控制水面風(fēng)速的大小，從而難以控制水面的波動(dòng)狀態(tài)，使得在利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量水下地形時(shí)很難確定一個(gè)精確地靜態(tài)的水面。與此同時(shí)，在測(cè)量RTK到水面的距離及船舶吃水深度等數(shù)據(jù)指標(biāo)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一些誤差。

4.3 在測(cè)量水下地形時(shí)由于潮位周期而引起的誤差

由于在測(cè)量水下地形時(shí)水面的波浪會(huì)對(duì)船舶產(chǎn)生較大的影響，波浪波長(zhǎng)在等測(cè)量船寬度及船長(zhǎng)度較小時(shí)對(duì)船舶的影響較大。同時(shí)隨著水面波浪的持續(xù)會(huì)使得測(cè)量誤差持續(xù)積累，從而進(jìn)一步影響水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。

4.4 在測(cè)量水下地形時(shí)由于操作不規(guī)范而引起的誤差

在測(cè)量水下地形中利用GPS-RTK技術(shù)時(shí)需要嚴(yán)格的控制系統(tǒng)中設(shè)備的時(shí)間。但是在實(shí)際的測(cè)量過程中由于操作設(shè)備不規(guī)范，使得計(jì)算機(jī)的時(shí)間未和GPS-RTK的時(shí)間相同步，那么就會(huì)使得測(cè)量三位信息混亂，測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)生誤差。

4.5 在測(cè)量水下地形時(shí)由于聲速剖面而引起的誤差

由于聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度有所不同，且聲音的傳播速度受水質(zhì)、水深、硬度、溫度、含鹽量等因素的影響較大。所以在測(cè)量水下地形時(shí)聲音的傳播速度就會(huì)受到水下基槽變化及季節(jié)變化等因素影響，使得水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差較大。

4.6 在測(cè)量水下地形時(shí)由于傳輸時(shí)間延遲而產(chǎn)生的定位誤差

由于在測(cè)量時(shí)船舶無法處于絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，所以這就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致RTK在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)與初始定位產(chǎn)生一定的誤差。

5 結(jié)束語

總而言之，在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)具有顯著的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，它不僅具有操作簡(jiǎn)單、受外界因素影響較小以及實(shí)時(shí)定位性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也能夠幫助流動(dòng)站和參考站在工作時(shí)無需借助其他通視條件，使得外業(yè)的組織形式更加的靈活。在測(cè)量水下地形時(shí)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)能夠使得流動(dòng)站的作業(yè)誤差不積累且相互獨(dú)立，進(jìn)而使得水下地形測(cè)量的點(diǎn)位測(cè)量精度分布均勻。此外，倘若水下地形條件允許，在測(cè)量時(shí)即可用GPS-RTK技術(shù)代替其他常規(guī)測(cè)量方法從而有效地降低測(cè)量水下地形的成本及提高成圖的速度。

參考文獻(xiàn)

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