航道測(cè)量中GPS—RTK定位技術(shù)的應(yīng)用

唐子雯

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹航道測(cè)量方法、技術(shù)，介紹了GPS-RTK定位技術(shù)，總結(jié)了GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在具體工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：航道測(cè)量；GPS-RTK；定位技術(shù)

引言

航道測(cè)量的內(nèi)容，主要有航道范圍內(nèi)水域的地形、水深、水速等。然而，由于航道內(nèi)的情況比較復(fù)雜，所以傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)會(huì)受到很大的干擾，影響測(cè)量精度，GPS-RTK定位技術(shù)的使用，能夠在很大程度上提高測(cè)量精度與測(cè)量效率，在航道定位測(cè)量中有很大的優(yōu)勢(shì)。

1、航道測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

在傳統(tǒng)的航道測(cè)量工作中，主要是采用全站儀測(cè)距導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量、三角導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量、交會(huì)法水深測(cè)量等方法，需要投入很多的人力、物力，并且工作效益偏低，隨和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS 測(cè)繪定位技術(shù)應(yīng)用到了航道測(cè)量工作中，提升了測(cè)量準(zhǔn)確性，大大提高了工作效率。

航道測(cè)量技術(shù)的發(fā)展從不是單一而行的，它涉及多個(gè)學(xué)科的發(fā)展，按照航道測(cè)量工作，主要可以分成測(cè)深與定位兩個(gè)方面。

1.1航道測(cè)量定位技術(shù)

航道測(cè)量定位技術(shù)，是指水深點(diǎn)平面位置測(cè)定與地形點(diǎn)的平面位置測(cè)定。現(xiàn)代航道測(cè)量定位技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段的發(fā)展，從最初的光學(xué)定位、電子儀器定位發(fā)展到目前的衛(wèi)星定位。上世紀(jì)90年代中后期，美國(guó)的GPS引領(lǐng)全球，進(jìn)入商業(yè)化的使用，在我國(guó)的航道測(cè)量中也迅速引進(jìn)該技術(shù)，并展開(kāi)測(cè)量應(yīng)用。在航道測(cè)量工作中，GPS技術(shù)的使用非常廣泛。近20年，我國(guó)航道測(cè)量定位技術(shù)同樣經(jīng)歷了幾個(gè)階段的發(fā)展，從差分GPS定位（DPS）、連續(xù)參考站（CORS）、到精密單點(diǎn)定位（PPP）。

現(xiàn)階段，在航道測(cè)量工作中，主要采用載波相位差分技術(shù)（RTK）與CORS技術(shù)，目前我國(guó)省級(jí)CORS站網(wǎng)已經(jīng)基本建設(shè)完成，部分區(qū)域?qū)τ贑ORS的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。PPP通過(guò)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星鐘差的精確計(jì)算，對(duì)單臺(tái)GPS接收機(jī)采集的相位、偽距觀測(cè)值進(jìn)行定位解算。與DPS、CORS的精度相比，PPP在測(cè)量精度上略顯不足，然而其操作靈活，測(cè)量中需要的人員較少，測(cè)量成本較低，并且在一定比例尺條件下，可以滿(mǎn)足測(cè)量要求，所以，其應(yīng)用前景較好。

1.2航道測(cè)深技術(shù)

航道水深，簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)，就是水面到航道底部的垂直距離。航道測(cè)深技術(shù)經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段的發(fā)展，包括直接測(cè)深、聲學(xué)測(cè)深、光學(xué)測(cè)深。直接測(cè)深法，容易受到水深、水流的干擾，在現(xiàn)階段的航道測(cè)量中已經(jīng)很少使用；聲學(xué)測(cè)深，其原理是利用聲音的傳播，測(cè)算障礙物之間的距離。光學(xué)測(cè)深，是利用機(jī)載激光以固定翼飛機(jī)或直升機(jī)為平臺(tái)，向海面發(fā)射激光束，以此對(duì)航道水域的水深進(jìn)行測(cè)量。在這幾種測(cè)量方法中，機(jī)載激光測(cè)量技術(shù)，受到外界因素的干擾較小，提高了測(cè)量效率，具有更高的測(cè)量精度。

2、GPS-RTK定位系統(tǒng)

GPS-RTK定位技術(shù)也叫做全球定位系統(tǒng)，利用人造衛(wèi)星，對(duì)地面的GPS信號(hào)的實(shí)時(shí)捕捉，實(shí)現(xiàn)地面坐標(biāo)點(diǎn)高精度、全氣候的快速定位，既能夠滿(mǎn)足人們?nèi)粘３鲂?，也為安全航行提供了保障，同時(shí)，還為更加先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)打下基礎(chǔ)，徹底改變傳統(tǒng)的測(cè)量方法，大大提高測(cè)量的科學(xué)化，減少測(cè)量過(guò)程中由于人為因素而造成的誤差，提高測(cè)量效率。

2.1GPS-RTK技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量中的不足，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）作業(yè)效率高。按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行操作，GPS-RTK技術(shù)的單次測(cè)量有效半徑可以達(dá)到4km～5km，在一定區(qū)域內(nèi)的測(cè)量工作，可以減少測(cè)量控制點(diǎn)，節(jié)約時(shí)間，在很大程度上提高工作效率。

（2）測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，定位精確度高。在嚴(yán)格按照GPS-RTK技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作的前提下，其測(cè)量精確度可以達(dá)到厘米。

（3）對(duì)測(cè)量作業(yè)條件的要求較低。在航道測(cè)量中，GPS-RTK定位技術(shù)的使用不會(huì)受到天氣、能見(jiàn)度、通視等外界因素的影響，只要能接收到衛(wèi)星信號(hào)就可以進(jìn)行測(cè)量。

2.2 GPS-RTK定位技術(shù)的局限性

外部環(huán)境對(duì)GPS-RTK定位技術(shù)的使用及精度會(huì)有一定的影響，如近距離的高壓線(xiàn)路、建筑物、高大樹(shù)木、河道上的橋梁都會(huì)影響其接收信號(hào)，因此在航道測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡量避開(kāi)障礙信號(hào)接收的物體。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法接收時(shí)，需通過(guò)全站儀、水準(zhǔn)儀完成附近的測(cè)量任務(wù)。

3、GPS-RTK定位技術(shù)在航道工程測(cè)量中的應(yīng)用

3.1收集與所測(cè)航道有關(guān)的地圖

在收集資料的過(guò)程中，通過(guò)與水文站聯(lián)系獲取測(cè)量時(shí)的水位資料或及時(shí)觀測(cè)水尺。動(dòng)態(tài)GPS- RTK水上定位技術(shù)的使用，能使水深測(cè)量利用自動(dòng)化技術(shù)完成。在計(jì)算機(jī)上，對(duì)水深斷面線(xiàn)進(jìn)行布設(shè)，采集水深點(diǎn)和最后成圖，要求測(cè)深定標(biāo)與水上定位的時(shí)間完全一致，這樣可以大大減少測(cè)量時(shí)間，除此之外，還能確保測(cè)深儀換能器與GPS天線(xiàn)處于相同位置，定位位置與測(cè)深點(diǎn)實(shí)現(xiàn)完全重合，有效地提高測(cè)深質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈傳播可以達(dá)到20km，大大減少搬站時(shí)間。這樣，6km的水域測(cè)量面積，只需在一艘測(cè)深艇上配備2人，一天就可以完成測(cè)量任務(wù)，不僅縮短了測(cè)量時(shí)間，而且減輕了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，輕松完成測(cè)量任務(wù)，提高了測(cè)量效率。

3.2航道縱、橫斷面圖測(cè)量

測(cè)量船沿著航道中心線(xiàn)行駛，速度不能超過(guò)10公里 /小時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)縱斷面與橫斷面點(diǎn)之間的距離，可以按照實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置，坐標(biāo)和水深數(shù)據(jù)包括點(diǎn)位N，E，一般情況下，將橫斷面設(shè)置成3～6m記錄一點(diǎn)，縱斷面則是30m或4 0m記錄一點(diǎn)。利用內(nèi)業(yè)軟件對(duì)水深點(diǎn)的分析，結(jié)合從外業(yè)軟件測(cè)出的橫斷面圖、縱斷面圖，航道最小水深與最小寬度，方便工作人員快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行判斷。

3.3采集數(shù)據(jù)

做好外業(yè)觀測(cè)記錄，將天線(xiàn)高、點(diǎn)名和時(shí)段信息等做好準(zhǔn)確、詳細(xì)的記錄，需要注意的是，要求共同觀測(cè)時(shí)間和同步觀測(cè)的GPS接收機(jī)數(shù)等，必須滿(mǎn)足規(guī)范要求。對(duì)于外業(yè)采集獲得的數(shù)據(jù)，將其傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存。在測(cè)量過(guò)程中，電腦自動(dòng)記錄水深數(shù)據(jù)以及各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)N，E。如果在測(cè)量中遇到橋梁、船閘、碼頭、高壓電線(xiàn)等建筑物、構(gòu)筑物或者臨時(shí)設(shè)施的時(shí)候，將其下方點(diǎn)的位置記錄清楚，需要在航跡圖上標(biāo)記其準(zhǔn)確的位置并用相應(yīng)的符號(hào)做好標(biāo)記。為了避免日后的損失，應(yīng)該將測(cè)量過(guò)程中發(fā)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

3.4數(shù)據(jù)的后處理

利用軟件來(lái)解基線(xiàn)，對(duì)基線(xiàn)閉合差報(bào)告進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有超限的基線(xiàn)，必須隨觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，一直到報(bào)告中基線(xiàn)、閉合差全部合格，才能進(jìn)入下一步的操作。在處理三維無(wú)約束平差的時(shí)候，由起算軟件隨機(jī)選取一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，各點(diǎn)坐標(biāo)系的基線(xiàn)向量、三維坐標(biāo)及其精度信息和改正數(shù)為輸出成果。對(duì)平差報(bào)告進(jìn)行檢查，利用軟件，自動(dòng)或者人為的剔除粗差，直到全部合格。對(duì)于三維或二維約束平差，利用可靠觀測(cè)數(shù)據(jù)，將觀測(cè)各點(diǎn)坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系或國(guó)家坐標(biāo)系中。利用數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這就是數(shù)據(jù)的后期處理，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)形成航道圖，以及統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告，也就是最終的測(cè)量成果，最后，利用打印機(jī)或繪圖機(jī)將其打印出來(lái)。

結(jié)語(yǔ)

總之，GPS-RTK定位技術(shù)對(duì)于社會(huì)的發(fā)展具有重要意義，尤其是在航道定位測(cè)量中的應(yīng)用，給予未來(lái)其他領(lǐng)域的軟件平臺(tái)服務(wù)提供了相應(yīng)的依據(jù)，大大提高了航道測(cè)量的效率與準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：柳州航道管理局）