RTK GPS無驗潮技術在水深測量中的應用

王旭

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510730)

RTK GPS無驗潮技術在水深測量中的應用

王旭

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510730)

介紹了應用全球定位系統實時動態測量(RTKGPS)技術進行無驗潮水深測量的基本方法。 介紹了無驗潮水深測量的基本作業步驟。介紹了無驗潮水深測量的處理方法。介紹了無驗潮水深測量中遇到的若干問題。

全球定位系統 實時動態測量 水深測量

1 引言

RTK技術在陸地測量和放樣的應用中已經比較成熟，在海洋測量和海洋工程中的應用也已經興起。以往的水深測量多采用DGPS定位，故測量工作受氣象及衛星信號的影響較大，精度難以保證。隨著GPS技術的不斷發展，特別是RTK技術的出現，使得水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作(RTK方式)成為可能。

2 無驗潮水下地形測量基本原理

當前GPS實時動態相位差分(RTK)的定位精度普遍為：平面10mm+1ppm，高程20mm+1ppm。無驗潮水下地形測量的基本原理是利用RTK測得的GPS天線精確的三維坐標(X，Y，H)，其中X、Y確定定位點的平面位置，RTK高程結合由測深儀同步測得的水深換算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，從而獲得水下地形數據。

3 水深測量的基本作業步驟

水深測量的作業系統主要由GPS接收機、數字化測深儀、數據通信鏈和便攜式計算機及相關軟件等組成。測量作業分三步來進行，即測前的準備、外業的數據采集測量作業和數據的后處理形成成果輸出。

3.1 測前準備

(1)進行點校正(求轉換參數) 為了保證RTK的定位和高程測量精度，測區周圍至少要有3個已知高等級的測量點，且這些點連結的幾何圖形能夠把測區包圍在里面。(2)建立任務，設置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。(3)作計劃線，在電腦上做好測量斷面的布設。

3.2 外業的數據采集

(1)在控制點上架設基準站。(2)將GPS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、定位儀和測深儀接口、接受機數據格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，即可進行測量工作。

3.3 數據的后處理

數據后處理通常指利用后處理軟件將所測數據轉換成為現行成圖軟件所認可的數據，并在上面繪制出地形圖及其統計分析報告等，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

4 影響水深測量精度的幾種因素及相應對策

在實際的使用無驗潮方式進行水深測量時，測量結果精度會由于船體的搖擺、采樣速率、同步時差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠遠大于RTK定位誤差，從而成為無驗潮方式水深測量精度提高的瓶頸因素。

4.1 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。

4.2 采樣速率和延遲造成的誤差

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RTK 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。

4.3 RTK高程可靠性的問題

RTK高程用于測量水深，其可信度問題是倍受關注的問題。在作業之前可以把使用RTK測量的水位與人工觀測的水位進行比較，判斷起可靠性，實踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業無誤，可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。

5 作業時應該注意的若干問題

5.1 有關基準站的問題

(1)因為RTK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：1)電臺天線要盡量高。如果距離教遠，則要使用高增益天線；否則將影響到作業距離。2)電源電量要充足，否則也將影響到作業距離。(2)設站時要限制最大衛星使用數，一般為8顆。如果太多，則影響作業距離；太少，則影響RTK初始化。(3)如果不是使用七參數，則在設置基準站時要使Transform To WGS84(轉換到WGS84坐標系)處于off(關閉)狀態。(4)如果使用七參數，則△X、△Y、△Z都小于±100較好，否則重求。(5)在求轉換參數前，要使參數轉換和七參數關閉。(6)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，歷時不到一秒鐘。基準站和移動站必須要保持四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沒有固定解也是很正常的。

5.2 有關流動站的問題

(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：1)記錄限制要為RTK固定解。2)高程改正要在天線高里去改正。(4)差分天線要盡可能的高。

5.3 有關求轉換參數的問題

已知兩點在測程及測區內要盡量遠。同時，這兩點不能在同一條經線或同一條緯線上。

6 結語

目前，利用RTK技術進行無驗潮水深測量理論上已經成熟，儀器設備的精度也完全能滿足要求，并且作業過程簡單、便捷，將得到更加廣泛的應用。當然，這種方法在實際生產中廣泛應用，還需要進一步驗證和總結，從而形成規范的、得到管理機構認可的作業程序。

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