GPS RTK技術在海洋測繪中的實施方案探討

李宏 李明 巫哲輪

摘 要： GPS-RTK技術是將GPS與RTK技術結合起來產生的一種新技術，其應用范圍很廣，與傳統的測量過程相比具有絕對優勢，使用GPS-RTK技術進行測量，可以提高測量結果的準確性和精確性。本文對GPS-RTK技術在海洋測繪過程中的應用進行分析與探討，旨在提高測繪水平。

關鍵詞： GPS-RTK技術；海洋測繪；應用

引言

近些年來，GPS-RTK技術取得長足進步，測量結果越來越準確，在很多領域都有應用。例如地形測量、工程測量、控制測量等過程中都可見GPS-RTK技術。從某種程度來講，GPS-RTK技術的出現可以看成是測繪領域的技術革命，也是測繪領域中的里程碑。在海洋測繪過程中，測繪難度大，對測繪結果的要求較高，使用GPS-RTK開展海洋測繪，可以提高測繪結果的準確性。當前我國的海洋活動越來越多，加強海洋環境測繪顯得越來越重要，GPS-RTK技術的應用也將會進一步提高測繪結果的準確性。

一、GPS-RTK技術概述

（一）GPS-RTK 定位原理及關鍵技術

GPS-RTK與傳統的測繪方法相比較而言，其優勢在于該技術可以在環境惡劣的條件下獲取cm級的測量精度，而且可以獲得實時測量結果，不像其他的測量方法，需要對數據進行解析之后才能獲得精度較高的數據。因為GPS-RTK技術將GPS技術與RTK技術很好地融合起來，實現載波相位動態實時差分，這在傳統的GPS測量過程中是一個較大的突破，能夠提高測繪作業的精度和效率。在測量過程中，GPS-RTK基站首先要收集好相關的觀測坐標，然后通過數據連接，將觀測值發送到流動站上，然后再進行GPS定位，得到測量點的位置，將位置信息錄入系統中，系統再將其組合成為差分觀測值，然后再對觀測值進行處理，迅速得到cm級的測量結果。在搜集數據、計算數據、整合與輸出數據的過程中，總共時間不會超過一秒，而且在進行測繪的時候，無論被測對象是靜態的還是動態的，都可以及時測量，得到精確結果。GPS-RTK及時在追蹤觀測值的時候，一般需要四顆衛星同時工作，才能繪制出更加全面的圖像，使得實時定位結果成為可能。GPS-RTK技術的核心就是數據的處理和傳輸，基站要時時刻刻對數據進行收集、處理，然后及時傳輸到流動站上，減少數據傳輸過程中的耽誤情況。

如何獲取GPS-RTK參數是測繪過程中考慮的重點問題。根據GPS-RTK技術原理，在測繪的時候，對于各個數據的采集、接收和處理，都采用WGS84坐標系，使用相同的坐標體系可以使得整個測繪過程更加規范，避免使用不同的坐標系產生的數據混淆問題。具體測繪過程中，首先要將參考站的起點固定在一個坐標上，并且同時計算坐標發生的變化，然后利用電波進行實時傳送，等流動站接受到這些電臺傳送來的坐標數據的時候就可以進行處理，從而得到符合條件的數據。

二、GPS-RTK技術在海洋測繪中的應用

（一）GPS-RTK 技術在海面測繪中的應用

我國的海域面積十分遼闊，對海域面積進行測繪是海洋測繪中的一個基本內容，在測繪過程中應該要按照相應的標準和規范設施測繪過程。在海域區分過程中，一般會根據其用途分為不同的類別，比如港口、航道、路橋、養殖及填海造地工程等，根據使用用途的差異對其進行區分。使用GPS-RTK技術進行測繪，就不需要再依賴于用海項目的控制點，移動站在目標位置進行測算就可以。比如在海域面積施工放樣過程中，RTK差分技術與以往放樣過程完全不同，放樣的數據可以直接輸入計算機中，同時移動站可以直接指示出測量的移動方向以及測量的目標位置。在目標位置上，移動站會顯示出數據是否符合放樣精度，當數據符合精度要求的時候，會自動提示已經成功放樣，并且知道測繪人員開始下一步施工。RTK差分技術還可以實現反復作業，不用重復輸入設計的數據，也不用擔心數據計算過程中出現差錯，簡化了測繪流程，而且提高測繪精度。

（二）利用GPS-RTK技術測量水深

對水深進行測量是海洋測繪中的重要內容，需要使用回聲測深儀，其中回聲測深儀的基本原理是基于聲波在水中的傳播特性理論，當聲波在某種介質中的傳播速度是保持在一個范圍之內的，當聲波從一種介質進入另一種介質的時候，其傳播的速度會發生變化，而且會出現反射、折射等物理現象。在傳播過程中，聲波的能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減弱。正是由于聲波傳輸的基本原理，可以用來測量水深，而且利用這個原理來測量也是最簡單、最準確的方法之一。如下圖所示，為水深測量原理圖：

從原理圖可知，首先在傳遞安裝可以發射超聲波的發射換能器A與能夠接收超聲波的接收換能器B，A和B之間的距離假設為S，將S稱為基線，發射換能器A可以間歇向水下發射頻率為20～200kHz的超聲波，等超聲波達到水底之后，一部分能力會被吸收，一小部分能量被反射回來，此時接收換能器B會接收反射回來的聲波，并且將反射回來的聲波轉化為電振蕩，再通過電路放大、轉換，將水深顯示出來。假設從A開始發生超聲波起，直到B接收到回聲聲波的時間為他，換能器表面到水底的距離用h表示，也就是水深，如上圖所示，可以得出水深公式為：

其中H代表的是水面至水底的深度，單位為米，D代表的是水面到基線水平面之間的距離，也就是換能器的深度，單位為米，s表示發送和接收換能器之間的距離，單位為米，c表示聲波在水中的傳播速度，單位為米/秒。根據上述公式就可以求出水深。

（三）GPS-RTK 技術近海航道水下地形測量的應用

水下地形勘測的作業環境比較復雜、特殊，實施水下地形測量比水上海域測量難度大很多，因此在測繪過程中要根據實際情況采取合適的定位方法和測繪方法。在定位測量過程中常用的有回返水聲定位、GPS衛星定位、無線電測量定位等方法，這些測繪方法可以單獨使用，也可以結合起來使用。在具體的測繪過程中可以將GPS- RTK與測深儀同時使用，對水下地形環境進行測量。首先，應該要選擇一個近海的島嶼設置數據采集基站，對測繪過程中的數據進行實時采集。其次要利用GPS定位設備，按照規定的間隔時間，向水下發射超聲波，通過水下反射回來的聲波，可以計算、分析出水下地形環境。另外，在測繪過程中要得到實時數據，使用GPS-RTK技術可以實現，按照1：2000的比例尺繪制所測量航道的水下地形圖，并且在測量過程中保證作業的范圍控制在15km以內，使得數據實時同步，保持基站與衛星之間通信良好，接收站高效運行。在測繪過程中可以實時得到數據，一旦發現數據有誤，存在虛假的信號，則要立即將這些數據刪除，如果數據不清晰，也要進行重新測繪。

結語

綜上所述，GPS- RTK技術在現代測繪領域中的應用十分廣泛，在海洋測繪過程中引入GPS- RTK技術，可以提高檢測的進度，而且對外界環境的要求低，即使外界環境出現臺風、大浪等比較惡劣的天氣，依舊可以采取該技術對海洋相關參數進行測繪，不會影響測繪結果。相對于傳統的測繪方法而言，GPS- RTK技術的測量效率明顯提升，可以獲得實時、有效的數據，并且提高了測繪過程中的成本控制水平。

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