GPS結合測深儀在水庫水下地形測量中的應用

陳茂

1 引言

在城市的基礎設施工程建設中，水庫水下地形、地質的測量工作對其是極為重要的一部分。它對城市的航道交通壓力的緩解、防治起著極為重要的作用，正所謂：“要想富，先修路?！彼粌H能夠緩解當?shù)氐慕煌ㄟ\輸壓力，而且能夠推動當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。且對對水庫水下地形、地質的測量工作是水庫工程建設的基礎。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家對科技項目的投資不斷加大，比如，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)就是我國自主建設、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，使得科學技術的研究在不斷進步，而且傳統(tǒng)的水庫水下地形的測量方式已在不再適用于這個快節(jié)奏的社會，因此，GPS結合測深儀技術以其效率高、精確度高、工作強度低以及操控簡單等突出優(yōu)勢逐漸取代原有的測量方式。

2 GPS和測深儀的基本概念

2.1 GPS

GPS主要是指衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在全球范圍內實時進行定位導航的系統(tǒng)。其在交通管理、物流導航、工程測繪、軍事定位等方面有著廣泛應用；而在水庫水下地形測量中，主要是運用GPSRTK測量技術。GPSRTK測量技術是一個實時動態(tài)定位技術，是以載波相位觀測為原理的定位技術。RTK定位技術能夠提供流動站在定坐標系中實時的三維坐標數(shù)據(jù)，精確度可達厘米級，這是傳統(tǒng)的水庫水下測量技術所不能比擬的。

2.2 測深儀

測深儀是新一代數(shù)字化、電腦化產(chǎn)品。它利用超聲波能穿透介質，在不同介質表面能夠形成反射的原理。利用超聲波換能器發(fā)射超聲波，測出發(fā)射波和反射波的時間差，從而對水庫水下的地形進行測量。常用公式為：z=Vt/2。

3 GPS結合測深儀的工作原理

GPS結合測深儀在測量水庫水下地形時，用GPS技術測出定位點的水面高程，在測深儀換能器的正上方安裝GPS流動站天線，這樣能保證測深儀與GPS測得定位點一致，用測深儀測出定位點的水深，再用GPS RTK測量技術定位點的坐標高程。因此，水庫水下定位點的高程等于測深儀測量的水深減去GPSRTK測量的水面高程。并輔助計算機，同步GPS和測深儀測量的數(shù)據(jù)，讓采集的數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，在測區(qū)范圍內得到保證。

4 GPS結合測深儀的優(yōu)點

4.1 具有較高的定位精準度

GPSRTK測量技術是實時動態(tài)定位技術，可以有效的降低在水庫水下地形測量中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)誤差，并且能夠有效的避免在水庫水下地形中測量細節(jié)部分出現(xiàn)的一系列問題。且我國的衛(wèi)星通訊技術日漸完善，GPSRTK的定位精準度可達到厘米級，使得水庫水下地形測繪精準度大幅提高，保證了數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

4.2 工作效率高

傳統(tǒng)的測量水庫水下地形的方式，耗費了大量的人力物力財力，不僅工作強度大，工作效率低下，而且得到的測量結果也不太準確，GPS結合測深儀技術極大地提高了對水庫水下地形測量的工作效率，減輕了測深人員的工作負擔，在一定程度上降低了高昂的測量成本，而且GPS與測深儀的結合，減去了一些繁瑣的測量環(huán)節(jié)，提高了工作人員的工作效率和工作熱情，確保了水庫水下測繪的高質量。

4.3 對氣候、環(huán)境等要求不高

因為GPS技術具有高精度、高效率、全天候、操作簡單等特點，而測深儀也具有防水性、速度快、效率高、記錄數(shù)字化和實時自動繪圖、對地質要求條件不高等特點，所以GPS技術結合測深儀技術不受晝夜、天氣的好壞、環(huán)境的優(yōu)劣，和地質條件等因素的影響，可以實現(xiàn)全天候的作業(yè)測量，比之傳統(tǒng)的水庫水下測量方式，其不再受時間、環(huán)境、氣候、地質條件等因素的限制，能夠更有效的節(jié)省時間、節(jié)約精力，且不易受到其他外在因素的干擾。

5 對水庫水下測量時的注意事項

5.1 對水庫測量的注意事項

在船上測量作業(yè)時，最好是在無風或微風的條件下進行。這樣風速對測量的結果不會產(chǎn)生太大影響。如果船體發(fā)生劇烈晃動，則會導致對已知點的位置發(fā)生偏移，這樣GPSRTK技術在定位測量已知點的水面高度時，測量的數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生誤差；而且測深儀在對已知點進行測量時，由于已知點位置的偏差，也會導致測深儀對水深高度的測量產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差。因此，GPS結合測深儀在測量時應保持船體的穩(wěn)定并且船的行駛速度應與測深儀的采樣速度要相匹配。如果船的行駛速度過快或過慢，就會造成采樣數(shù)據(jù)的不準確，影響了采樣數(shù)據(jù)的可靠性，影響了GPSRTK測量技術對水庫水下地形自動測繪的精準度，也影響了工作人員對水庫水下地形的基本判斷，降低了一定的工作效率和對基礎設施工程建設造成極為不利的影響。

5.2 檢測矯正已知點及相關的測深儀和GPS設備

在進行水庫水下測量工作前，需要對水庫水下測量區(qū)域內各已知點進行檢測校正。在其他條件良好的狀態(tài)下，對已知點進行檢測校正有利于工作效率的提高，減輕了工作難度，提高了對水庫水下測量數(shù)據(jù)的準確度和可靠性。且對GPS和測深儀設備的檢測校正，有利于減少不必要的麻煩，大大提高了測量數(shù)據(jù)的準確性和正確性，而且有利于減輕工作人員負擔，減少一些不必要的開支，降低了對水庫水下測量的成本。并且由于無線電等干擾源會影響測量技術接收衛(wèi)星傳播信號，從而會造成水庫水下測量數(shù)據(jù)的準確度。因此。在設備置基準站和流動站時，應盡可能去選擇地勢較高、視野范圍較寬闊的地方作為作業(yè)點，并盡可能的遠離無線電發(fā)射站、高壓線源、發(fā)電站等干擾源，這樣做可以提高GPSRTK測量技術對水庫水下地形測量數(shù)據(jù)處理及實時測繪的準確性。又為了確保水庫水下地形的測量深度地點的水平位置和垂直位置能夠同步，所以在設置基準站和流動站時，應把GPS接受無線衛(wèi)星信號流動站安置在測深儀換能器上方，這樣做有利于保證水庫水下地形測量的平面位置和GPSRTK高程測量的精準性，因此在對進行水庫水下測量工作前應檢測校正已知點以及相關測深儀和GPSRTK設備，以確保測量結果和繪圖的準確性。

6 總結

綜上所述，盡管GPS結合測深儀在水庫水下地形的測量技術仍不太完善，但比之傳統(tǒng)的水庫水下地形測量方法，仍具有很多明顯的優(yōu)勢，比如精確度高，效率高，操作簡單等。隨著時代的進步，科學技術的發(fā)展，GPS結合測深儀仍有很多改進空間和發(fā)展空間。筆者相信，在未來對水庫水下測量技術會日臻完善，水利工程的建設會更進一步。

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