1、1GPS 技术在水深测量中的应用摘要：随着技术的不断进步，GPS 技术在陆地测量中的应用已经比较成熟，在水深测量中的应用也已经兴起。以往的水深测量多采用陆地全站仪测量定位，测量绳和测深锤测量水深的方法，精度难以保证，工作难度大，外业测量人员也很辛苦，且成图时间长。使用 GPS 技术后，特别是 RTK 技术的出现，使得水上测量可以采用无验潮方式进行工作，减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，提高了测量精度，也提高了工作效率。本文首先概述了水深测量定位方法，结合相关实例探讨了GPS 技术在水深测量中的应用。 关键词：GPS 技术、水深测量、应用 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号
2、： 一、前言 GPS 全球定位系统由 GPS 卫星星座(空间部分),地面监控系统(控制部分)以及 GPS 信号接收机(用户部分)三部分组成。GPS 全球导航定位系统采用的定位原理是测距后方交汇的原理,通常称之为空间后方交汇法。RTK 技术又称为载波相位差分技术, 是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法, 即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机, 进行求差解算坐标。 2二、水深测量定位方法概述 水深测量的定位是水下地形测量的一个重要组成部分, 它的方法不同于陆地测量定位, 不能进行多测回的重复观测, 主要原因在于测量船是实时运动的。目前在水深测量定位方法上, 根据测区离岸距离的远近、测图比
3、例尺和测量精度不同, 而采用不同的定位方法。根据定位采用的仪器设备来分类, 大体上分类为: 光学仪器定位、光学及测距定位、无线电定位、水声定位、简单的断面索定位、纵横导标定位以及组合定位式定位等几大类型, 不同定位类型中又包含了不同的定位方法。 1、光学定位 在离岸线较近的水下地形测量可以采用光学仪器进行定位, 主要定位方法有前方交会法、后方交会法、侧方交会法、视距极坐标法以及导标一角法。 2、光学及测距定位 随着电子经纬仪与高精度的红外、激光测量距仪的快速发展, 利用电子经纬仪加测距仪组成全站测量系统, 或直接利用全站仪进行水深测量定位。这种定位方法大部分采用极坐标法测量方位和距离,推算测船
4、位置。 3、无线电定位 GPS 实时动态测量系统在水深测量中的应用无线电定位作用距离远、覆盖范围大,根据其作用距离分为:近程定位系统(作用距离小于 300km),中程定位系统(作用距离小于 1000k m ),远程定位系统(作用距离大于1000km)。其工作原理是在岸上设置若干无线电发(反)射台,通过测量无3线传播的参数,来确定运动的船台相对于岸台的位置。 三、GPS 技术在水深测量中的应用研究 水深测量的作业系统主要由 GPS 接收机、数字化测深仪、数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成。测量作业分三步来进行, 即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输出。 1、测区简介
5、 某测区位于海南某开发区小岛附近，本次测量任务为 1:2000 比例尺水深测量，范围为河口往上游约 2.8 公里。测区内已知控制点可以满足测量要求。 2、测量设备 本次测量平面定位采用美国天宝双频接收机（标称静态精度5mm1ppm、动态精度 10mm1ppm） ，测深设备采用国产中海达 HD 系列回声数字化测量仪。通过计算机实时记录各个定位点的平面位置和水深数据。 3、水深测量的基本过程 水深测量过程中 GPS RTK 的作用在于平面位置的定位，而测深仪的作用在于水深数据的采集。其过程大致分三阶段：测前准备阶段、水深数据采集阶段和水深数据后处理阶段。 （1）测前准备阶段： 布置测深断面线 根据
6、测区的坐标系统和测量范围建立任务，在测区内布置垂直于航4槽线的测深断面线。 水位观测 水位观测应在测前 10 分钟开始，测后 10 分钟结束。在进行水深测量的同时，同步进行水位观测；考虑到本工程接近珠江口，潮汐变化较大，故在水位观测时采用 10 分钟一次。 将基准站架设在已知点 A 上，同时设置好测区的参考坐标系、投影参数、卫星限制高度等，并输入基准站的三维坐标，启动基准站，发射无线电。 流动站到附近的已知点 B、C 点上进行校核检测定位精度，检测的结果如下表所示。 流动站检测校核表 注：表中X=X2-X1，Y=Y2-Y1，H=H2-H1 经过检测校核，控制点平面坐标及高程均满足相关规范要求，
7、可以进行平面定位测量。 在水较浅处，通过测深杆读数和测深仪数据读数比对，满足要求后，即可以进行水深数据采集。 （1）水深数据采集阶段： RTK 及计算机结合自动定位，并实时通过数据线将测深仪水深数据传输到计算机成图。避免全站仪模式要将平面定位数据和水深数据拼在一起而产生的麻烦和不必要的错误。在采集过程中，由于 GPS 天线与测深5仪的换能器处于同一垂直面，GPS 接收的时间与采集水深数据的时间同步，而且 GPS 的定位点与水深采集点重合，从而提高了数据资料的准确性，为工程的质量打下良好的基础。其具体的采集过程如下： 将 GPS 接收机、测深仪和计算机连接完成，设置测深仪的记录设置、吃水深度和采
8、集数据频率等，并打开各种仪器的电源，对仪器进行初检。 当 GPS 接收机收到固定解，测量船开到测区内。测量船会在便携式计算机上显示一个船型图标，并显示测深断面线。 控制好测量船，尽量使船型图标保持在测深断面线上面，设置好计算机的记录保存功能，计算机会实时地将测深仪采集的水深数据及 RTK采集的平面位置一一对应的保存。 （3）水深数据后处理阶段： 利用中海达水深后处理软件，导出测深仪采集的原始水深及平面位置数据；将动态的改正后的水位观测数据录入到软件中，软件自动生成改正后的水深值。最后用南方 CASS 成图软件内业编辑成图。 5、GPS 技术和水深测量的影响因素及对策分析 实践证明，GPS 技术
9、为航道水深测量带来重要的技术支持，完全能够满足精度的要求。但在使用 RTK 进行水深测量时，测量精度也会受到卫星信号、无线电及船体摇晃等因素的影响，下面就可能遇到的问题提出可解决的方法： （1）无线电问题 RTK 的初始化受限于基准站所发出的无线电，距离越远，精度越差。6基准站的电台应尽量架设在地势较高且较空阔并处于测区中间的地方，远离强磁、无线电信号发射设备、变电站等以免对无线电造成干扰。 （2）卫星信号问题 RTK 要获得高精度的数据，首先一个要素就是要获得至少 5 颗卫星的信号。故此应在开阔的地方开展工作，至少在截止高度角 15范围内没有遮挡物，应避免在大桥底、高压线下面等地方作业。 （
10、3）船体的问题 船体的上下、左右摇晃都不同程度影响到水深数据的精度，当沿海波高超过 0.6 米，内河波高超过 0.4 米时，应停止作业。 四、结语 综上所述，GPS 技术测量定位新技术在未来的测绘行业将发挥越来越大的作用，利用 GPS 技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单，快捷，高效。由于 GPS 技术作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。因此 GPS 定位技术将为航道水深测量提供高精度、高质量和高效益的应用前景。 参考文献： 王风雷 卢清平：GPS-RTK 技术在水深测量中的应用 ， 山西建筑， 2008 年 12 期 付伟：RTK GPS 技术在水深测量中的应用 ， 辽宁科技学院学报 ，2009 年 03 期 7罗凯：实时动态 G P S 测量技术在水深测量中的应用研究 ， 科技资讯 ， 2009 年 15 期 王建：RTK GSP 技术在水深测量中的应用 ， 隧道建设 ， 2004年 01 期
