GPS RTK在松花江哈爾濱市城區段測量中的應用——泄洪渠開挖筑島工程水下地形測繪

李恩重，杜寶鑫

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.雙鴨山市國土資源勘測規劃院，黑龍江雙鴨山 155100)

GPS RTK在松花江哈爾濱市城區段測量中的應用
——泄洪渠開挖筑島工程水下地形測繪

李恩重1，杜寶鑫2

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.雙鴨山市國土資源勘測規劃院，黑龍江雙鴨山 155100)

水下地形測量是水利工程測量中一項重要的基礎工作，隨著測繪技術水平的不斷提高，傳統的測繪模式已逐漸淡出了測繪工作者的視線，文章介紹利用GPS實時動態差分技術結合測深儀在松花江哈爾濱城區段泄洪渠開挖筑島工程中進行水下地形測量。

GPS;水下地形測繪;測深儀;作業方法;實時動態差分技術;精度;誤差來源;對策

1 引言

松花江哈爾濱江段泄洪渠開挖筑島工程建設地點位于松北區外貿堤與太陽島堤之間。該泄洪渠于2007年開挖并竣工。施工前，根據規劃在此段進行開挖筑島工程，為向規劃設計提供基礎資料，需要對泄洪渠水下地形進行1∶2000地形圖測繪。該段泄洪渠寬度大、水較深，采用傳統方法進行水下地形測量勞動強度大、效率低、精度差。為更快、更好的完成該段泄洪渠水下地形測量任務，決定采用GPS RTK結合數字測深儀進行水下地形測量。

GPS實時動態差分技術是利用GPS的相對定位原理進行測量，其解算后定位精度可達到厘米級，同時配備測深儀，使定位和測深同步完成。

2 水下地形測繪系統構成及特點

此次水下地形測繪運用的設備包括中海達V8 GNSS RTK雙頻雙星定位系統和中海達HD－27數字測深儀。

1)衛星定位系統包括基準站和移動站兩個部分。該系統通過接收美國的GPS系統和俄羅斯的GLONASS系統的信號，運用實時動態差分技術(RTK)得到當前所在位置的三維坐標。該技術具有作業效率高、定位精度高、集成化程度高等諸多優勢，可以在短時間迅速獲得所在位置的厘米級精度的平面及高程數據，不受天氣及通視條件的影響。

2)中海達HD－27T測深儀嵌入式安裝了測深導航二合一軟件，通過與任何一種GPS相連通，利用系統自帶的一體式電腦，并以瀑布式電子圖象顯示、存貯，達到現場無紙記錄。

3 水下地形測量的作業方法

3.1 求轉換參數

1)將GPS基準站架設在我院前期布設的已知點A上;設置好參考坐標系、投影參數、差分電文數據格式、發射間隔及最大衛星使用數，輸入基準站坐標后設置為基準站并求得轉換參數。

2)啟動移動站后在已知點B采集該點固定解坐標，并與該點已知坐標相校核。

3.2 設備的連接

1)將RTK移動站接收機天線和測深儀測深探頭懸架固定在船幫外，接收機天線垂直向上并與深入水中的測深探頭位于同一投影圓心。

2)通過數據線將GPS RTK接收機、數字化測深儀和便攜機等連接好后，打開電源。設置好記錄設置、測深儀配置、定位儀和測深儀接口、接受機數據格式、天線偏差改正及延遲校正。

3.3 數據的采集

本次水下地形測量通過斷面測量法進行數據采集，垂直于渠道每隔40 m布置一條橫斷面，分別采集每條橫斷面的水下地形高程點。

3.4 數據的后處理

將采集到得水下地形數據從測深儀導出，利用相應配套的數據處理軟件對測量數據進行后期處理，形成所需要的測量成果——水下地形圖，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

4 作業時應該注意的若干問題

4.1 關于RTK基準站的問題

1)因為實時差分GPS技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數據傳輸給流動站接收機。所以電臺天線要盡量高。如果距離較遠，則要使用高增益天線;否則將影響到作業距離;若有通信信號覆蓋最好使用網絡模式。

2)在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不到1 s。基準站和移動站必須要保持4顆以上相同衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果;所以有時偶爾RTK沒有固定解也是正常的。

4.2 關于RTK流動站的問題

1)解的模式要使用RTK Extrap(外推)模式。

2)數據鏈接受間隔要與基準站設置的發射間隔一致，都要為1。

3)如果使用海洋測量軟件導航、定位，則記錄限制要為RTK固定解，并且高程改正要在天線高里去改正。

4)差分天線要盡可能的高。

4.3 關于作業船只駕駛的問題

1)測量過程中要沿預先設定的橫斷面行駛，這樣測得的水下高程點分布均勻，便于繪制水下地形。

2)測量過程中船只開行要保持勻速。由于數字測深儀是按固定時間間隔自動采點，所以要勻速開行以保證采點分布均勻。

5 誤差來源及相應對策

在實際進行水下地形測量時，其測量精度會由于采樣速率、船體的搖擺、同步時差、水面高程傳遞及GPS高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，上述誤差對精度的影響遠遠大于GPS的定位誤差，是提高水深測量精度瓶頸因素，應特別注意。

5.1 船體搖擺姿態的修正

船的姿態可用電磁式姿態儀進行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數，通過專用的的測量軟件接入進行修正。

5.2 水面反射造成的多路徑誤差

由于泄洪渠水流流速較慢，在無風的天氣里很容易產生鏡面發射造成多路徑誤差，從而嚴重影響觀測質量。可以用紙殼箱套在接收機天線上，將天線上面的紙殼剪掉，保留下面和側面，再進行觀測即可解決多路徑誤差問題。

5.3 采樣速率的延遲造成的誤差

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時采集的精度和密度，現在大多數GPS都可以最高輸出率達20HZ，而測深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數據輸出的延遲也各不相同。因此，定位數據的定位時刻和水深數據的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測量結果計算得到，也可以采用以往的經驗數據。

5.4 GPS高程可靠性的問題

GPS高程用于測量水深，其可信度問題是倍受關注的問題。在作業之前把使用GPS測量的水位與人工觀測的水位進行比較，檢驗GPS高程的可靠性，通過實踐證明GPS高程是可靠的。為了使在作業過程中由于多路徑反射等帶來的誤差被及時發現，可利用測深儀自帶的軟件從采集的數據中提取高程信息繪制水位曲線。根據曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產生個別跳點，然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點。

綜上，利用實時動態差分技術結合數字測深儀進行水下地形測量，使得水深測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經濟，所以不失為一種先進的測量技術，必將得到更加廣泛的應用。

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1007－7596(2011)05－0031－02

2011－03－16

李恩重(1984－)，男，黑龍江寧安人，助理工程師;杜寶鑫(1983－)，男，山東煙臺人，助理工程師。