GPS—RTK配合數字測深儀在水下地形測量中的應用分析

吳達　汪亮

摘 要：我國GPS-RTK綜合利用水平和數字測深儀應用水平的不斷提高，對提高水下地形測量數據的精確性和降低成本起到了非常重要的作用。對GPS-RTK技術進行了簡要介紹，并對GPS-RTK配合數字測深儀在水下地形測量中的應用進行了分析。

關鍵詞：GPS-RTK；數字探測儀；水下地形測量；回聲測深儀

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.078

隨著我國衛星定位技術的快速發展和GPS價格的下降，GPS-RTK的應用門檻相對降低，這促使GPS-RTK的應用范圍逐漸擴大。GPS-RTK配合數字探測儀在水下地形的測量應用可獲得良好的水下地下測量結果。該測量方式是在實踐過程中逐步發展起來的，在水利建設、海底資源探測等相關領域的發展中起著基礎性作用。

1 GPS-RTK技術簡介

GPS-RTK與數字探測儀應用方法的緊密結合，數字測深法應用水平的不斷提升，大大提升了水下地形測量的分析數據、現場數據采集和系統運行的效率，且對水下地形測量的實施和測量結果都有著重要的影響。通常而言，RTK基準站系統包含GPS接收天線、電臺和無線數據發射臺，通過單個或更多的時間點為參照通過衛星在參考工作中獲取相同的測量信號，對比觀測站與已知位置的信息，從而通過GPS觀測結果進行水下地形測量的誤差修正。水下地形測量采用測量儀器確定水下三維坐標。傳統的水下地形測量的方法是在一個固定控制點利用經緯儀、測距儀和全站儀等設備獲取水下地下探測所需的平面位置，并通過測深桿、測錘和回聲測深儀等工具獲得水下點的坐標。這種方法不僅對儀器的精度、測量距離、天氣情況、能見度和通訊條件有著較高的要求，且工作效率很低。隨著電子聲納技術和GPS的發展，GPS-RTK與數字測深儀的有效結合在水下地形三維數據的采集、傳輸和觀測中起著越來越重要的作用，并可滿足水下測量精度的需求。GPS-RTK水下地下測量通過獲取平面位置三維坐標，從而得到水下地形點的高程、相應的水下地形測量數據。其探測公式為：

Hd=Hs-D. （1）

式（1）中：Hd為水下地形點高程；Hs為對應處的水面高程；D為由測深儀測得的水深。

GPS-RTK與數字測深儀的有效結合對水下地形測量系統在上述條件下進行有效測量、自動處理測試數據、提升測量效率、改善勞動條件和降低工作強度都有著重要的影響。同時，可以使現今的精密數字探測儀發揮其自動化優勢。水下地形測量工作人員通過了解和分析GPS-RTK技術的工作原理和應用方法，結合數字探測儀與其他新工藝的優點，對水下地形測量工作效率的提高起到了很大的幫助。具體如圖1所示。

2 應用分析

GPS-RTK技術最早應用于廣播電臺、無線電站、變電站和氣象臺的運行，但隨著GPS-RTK的快速發展和數字探測儀的不斷完善，GPS-RTK配合數字測深儀在水下地型測量中的應用范圍也越來越廣。以下從3個方面出發，對GPS-RTK配合數字測深儀在水下地形測量中的應用進行了分析。

2.1 工程概況

GPS-RTK技術的應用離不開對工程概況的了解，本文以淮河沿岸一碼頭為工程模型進行水下測量。該碼頭東西向長1 km，碼頭區域內水深最深為11 m，吞吐量為2.0×107 t，并采用浮碼頭1級500 t貨物的建筑結構。通過對該碼頭進行水下地下探測，可對該碼頭的工程概況、運輸資源和倉儲資源進行有效分析。

2.2 測前準備

GPS-RTK與數字測深儀的測量多采用高站系統。應用GPS-RTK在對水下地形進行測量前，需要進行機器的安裝，并在基站的接收和發射信號完成后設置碼頭坐標、投影參數。在機器安裝完成后，通過校正GPS-RTK誤差可確保其測量誤差處于規定范圍內。

2.3 水下地形數據采集

水下地形測量工作人員在測量前，應及時進行數據的采集和校準工作。對于出現的地形誤差，應通過探測校正、修正和測量船導航的導航軟件進行進度控制。為了有效接收GPS-RTK在水下地形測量中的實時數據，應要求測量船的船速不超過8 m/s，且不得超過GPS-RTK觀測數據同步的最高速度和數字測深儀的記錄速度。通常而言，數字探測儀器多固定在測量船上的適當位置，并要對速度和距離等參數進行實時修正，從而實現水下地形數據的有效采集和有效傳輸。

3 實驗分析

在應用GPS-RTK和數字探測儀進行數據采集后，可通過全站測量保證數據同步率的提高，并可以使用實時導向工具進行定位數據分析。一般而言，測量數據的實驗分析主要包括對緯度數據、經度數據、海拔數據和水深數據等內容的分析。通過對各種參數的分析、正確設置水文測量軟件和轉換主要數據格式，可對樣本數據集進行深度分析，從而有效減少測量誤差。

4 結束語

通過采用GPS-RTK與數字測深儀緊密結合的工作模式，使淮河沿岸碼頭的運輸變得更為便利。GPS-RTK配合數字測深儀在水下地形測量中的應用具有經濟、簡單和快速等特點，不僅可在全天候下進行水下地形測量工作，還可以提供厘米級的測量精度。同時，可節省人力資源和設備資源，對提高水下地形測量工作的精度和效率都起到了非常重要的作用。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： The utilization level of GPS-RTK applications and digital sounder increasing levels of underwater topographic survey data to improve the accuracy and reduce costs played a very important role. GPS-RTK technology for a brief introduction， and digital depth sounder with GPS-RTK in Underwater Topographic Survey were analyzed.

Key words： GPS-RTK； digital detector； underwater topography； echo sounder