動態GPS在內河航道水深測量上的應用

摘 要：GPS測量技術應用范圍越來越廣，它突破了傳統水深測量中的種種限制，從而成為控制測量、海岸地形測量、高精度的內河與海洋定位不可或缺的有效手段。本文介紹動態GPS水深測量技術與水深測量的基本作業步驟，闡述水深測量實際作業。

關鍵詞：GPS；內河航道；水深測量

中圖分類號：P258 文獻標識碼：A

吉林省航道管理局是吉林省第一家把RTK技術成功應用于內河航道水深測量的單位，我們采用的是徠卡動態GPS、中海達測深儀、EPS成圖軟件等關鍵技術環節，在水深測量中達到了克服季節限制、節省人力、減少勞動強度、加快測量速度的目的，實現了內河數字化測量。結合我們實際應用闡述動態GPS在內河航道水深測量上的應用。

1 水深測量技術

交會定位為一般情況下水深測量所使用的主要測量方法。因為受到地勢特點、天氣情況等方面的影響，測量工作是具有一定難度的。另外，外業測量工作不易進行，測量人員多，測量條件艱辛，成圖環節所用的時間也長。近年來，對水深進行測量主要使用的是GPS，而GPS也在各種測量工作中得到了廣泛的運用。而后，RTK技術的出現使得GPS無驗潮方式在水深測量方面得到了合理的使用。一般來說，水面點至水底垂直距離以及其平面位置的測量工作是水深測量工作的核心內容。當前，測深儀器的精密程度決定了水深測量的精確度，但測點位置的精確度卻在很大程度上受了作業模式的影響。傳統人工驗潮水深測量模式以及GPS無驗潮水深測量模式為水深測量工作的主要作業模式。

從三維位置的GPS定位模式上看，無驗潮水深測量可劃分為單點定位以及差分定位。在進行水深測量的過程中，差分定位技術主要依靠測區離基準站的距離來對定位模式進行選取，RTK以及PPK的局域差分定位模式主要運用在內河航道水深的測量上，而星站差分方法則主要運用在遠海水深的測量上。在水深測量方面，差分技術存在一些不足之處，主要表現在：①最少要備兩臺雙頻GPS接收機；②用戶作業成本會增加；③作用距離是有限的。相比于差分技術，GPS精密單點定位技術在進行定位的時候，只需一臺雙頻GPS接收機就可以了，也不會受距離以及區域的影響。

2 水深測量步驟

GPS接收機、數據通信鏈、數字化測深儀以及便攜式計算機等構成了水深測量的主要作業系統。而測量作業的主要步驟則是先進行準備工作，然后對測量作業的相關數據進行收集，最后對數據的后處理形成成果進行輸出。

（1）測前的準備

當前，GPS所使用的是WGS-84坐標系統，在此基礎上，GPS對星歷參數進行了發布。在我國，1954年北京坐標系是運用最為廣泛的大地測量坐標系統，在該系統里面，克拉索夫斯基橢球得到了使用。在航道測量上，我省也采用了1954年北京坐標系。目前，當地地方坐標在我國的一部分區域得到了使用，而這就決定了在進行測量之前，校正工作是需要做好的。在校正階段，需對具有當地投影的最少4個3D當地網格坐標進行使用。這樣一來，就可對充足的冗余度進行提供了。

一般情況下，RTK作業模式首先會對數據進行收集，之后再將采集到的數據放在控制器以及記錄卡里面。在進行水上測量工作時，GPS接收機會和測深儀進行連接，在這個時候，就可以通過中海達測深軟件設置好接收機的參數，讓接收機依據既定的輸出率對位置信息進行輸出，對于這些信息，測深軟件會進行讀取并和水深數據共同儲存。

（2）外業測量與數據采集

首先，需對基準站進行架設，然后啟動GPS，將數字化測深儀、GPS接收和機便攜機進行連接。在對定位儀、測深儀配置、記錄設置、接收機數據格式、測深儀接口等進行合理設置以后，就能進行測量工作了。

（3）數據的處理及出圖

依靠相應配套的數據處理軟件對測量后的一系列數據進行后期分析、處理就是數據處理環節了，在進行處理以后就可得出測量成果了，也就是水深圖以及水深統計分析報告等。另外，依靠成圖軟件，繪圖機以及打印機可對所有的測量結果進行輸出，可以說是十分方便快捷的。

3 工程作業

（1）GPS RTK水深測量系統

在水深測量工作里面，GPS RTK技術的運用原理和在陸域的放樣原理是基本一致的，基準站上的設計保持不變，流動站上由測量船測點代替人工跑點，然后再將數字測深儀裝置在流動站上面，控制手簿轉變為便攜式電腦，依靠先進的水深導航測量軟件對測點以及測線進行控制管理，并此基礎之上對測點的水深數據以及平面坐標數據進行收集，最終在經過專業修改后制作出正式的水深圖。整個GPS RTK水上測量系統的組成如圖1所示。

在工程的實際作業期間，可以對“1個基準站+1個流動站”模式進行運用，也可運用到“1個基準站+2個流動站”的模式。在一些大規模的工程里面，可對“1個基準站+多個流動站”的模式進行使用。

（2）水深測量作業

①GPS儀器架設

在對GPS基本站進行架設的時候，要選擇四周開闊的控制點，先對轉換系統進行選取，然后連接好發射電臺，在完成發射天線以后就可轉入參考站測量模式并對連接好流動站的每一部分設備進行測量了。另外，還需對RTK的工作模式以及坐標轉換參數進行合理設置，在岸上選擇一些已有的控制點進行平面及高程比對，在核對對比結果以后，就能將流動站移動到測量船了，最后再對測深系統進行合理有效的設置。

②測深系統

測量船在平靜的水域停泊，可將測深儀器換能器探頭安裝在測量船中部的船舷上，在進行固定以后就需將GPS接收機天線設置在換能器探頭中心的同一軸線上了。之后，可將GPS和測量儀與筆記本電腦進行連接，開啟水深測量軟件，在對連接參數進行設置的時候需使用RTK的實時高程來對水位進行替代。另外，需對流動站的RTK接收機的對中桿高度進行合理的設置。測量儀對中桿默認高度是從接收天線中心到對中桿底長2m，此時應在測深軟件中修改此長度為接收天線中心到靜止水面的高度。以上RTK接收機天線的高數據加上換能器吃水數據，應等于RTK接收機天線到換能器中心的距離。這樣就可以利用RTK的實時高程，替代水位觀測，且其精度達厘米級。使用RTK的實時高程來對水位觀測進行替代還具有其他的優越性：可不對測量船的動吃水進行考慮，因為船體在進行上升、下沉期間，RTK測量的實時高程對其進行了反映。在漲潮與退潮期間，潮位會發生較大的變化，而RTK實時高程測量則對水位變化問題進行了合理、有效的解決，并測算出了測點處的水面高程。同時，因為波浪的干擾，在測量的過程中測船會進行上升、下沉運動，而這種垂直方向的變化，都可以被RTK實時高程所記錄。運用RTK實時高程測量方法，對可能影響到水深觀測量值的一系列因素進行了有效預防，使最終水底高程測量值和真值更為接近。RTK接收機天線與換能器連接示意圖見圖2。

結語

隨著時代的進步，全球定位系統技術也取得了飛速發展，而GPS測量型接收機的出現則使GPS在水運工程測量工作中得到了廣泛的運用。目前，在我國的港口航道施工中，因為GPS技術的合理使用，水深測量工作走向了數字化、電子化道路。在進行深水測量的時候，數據采集工作以及成圖環節都能依靠先進的設備來完成，不需進行人工操作。在水深測量工作中，利用GPS技術有著極大的優勢，具有很高的應用價值，應該廣泛的進行推廣。但是怎樣更好地將動態GPS測量系統運用到工程施工中去，就需測量人員進行深入的分析、思考了。

參考文獻

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