基于河北CORS的無驗潮模式在水深測量中的應用

逯金明，武榮榮

（1.河北省制圖院，河北 石家莊 050032； 2.河北省水利水電勘測設計研究院，河北 石家莊 050081）

隨著科學技術的發展，GPS-RTK技術越來越多地應用到水深測量中，相比傳統的驗潮模式下的水深測量，無驗潮模式水下地形測量優點明顯。在沿海大面積水深測量中，由于潮位存在坡降比，常規驗潮方式需要在測區內按距離分塊布設潮位觀測點，每個觀測點要配備相應的工作人員和設備進行潮位觀測，這樣既不容易求出準確的潮位數據，且工作效率也不高。無驗潮模式改進了水下地形測量的工序，減少了測量人員和設備，提高了工作效率。在GPS-RTK信號覆蓋良好的地區，水深的精度可滿足測量規范的要求。GPS-RTK常采用大地高，需要考慮高程的轉化，同時，需要對轉化后的高程進行精度評價。我單位承接了某區近海海域150 km2的水深測量任務，主要進行了灘涂測繪和水深測量，并對水深進行了比對。

1 河北CORS及測深儀無驗潮模式簡介

1.1 河北CORS

河北省衛星定位綜合服務系統（即河北CORS）是由河北省地理信息局負責，同時，與河北省氣象局、河北省地質環境勘察院、66240部隊合作建設，是遵循“降低系統建設成本、資源互補、共建共享”的原則合作建設的重點項目。整個系統主要內容包括基準站部分、控制中心部分、網絡通信及數據發布部分。系統一期工程建設于2008-08啟動，2010-04完成；二期基準站工程建設于2011-06正式啟動，2011年底完成，形成由64個參考站組成的統一網絡。

1.2 無驗潮模式水深測量的基本原理

無驗潮模式水深測量利用河北CORS系統和測深儀，在儀器設置中輸入GPS天線高，進行吃水改正和聲速改正，測得水面大地高和水深值，得到水底的三維坐標（X，Y，H），通過七參數轉換成1985國家高程，獲得水下地形數據。在測量時，受潮汐和波浪的影響較小，也不用考慮測量船舶的動態吃水，是一種理想的水上測量方法。

1.3 測量系統的組成

采用中海達HD-MAX測深儀、中海達K9定位儀、MiniSVP聲速剖面儀和輔助設備進行水下地形測量。中海達HD-MAX測深儀測深范圍為0.3～600 m，測深精度±10mm+0.1%h（h為水深，單位：m），水深最大采樣速率為30次/s。中海達K9定位儀RTK平面精度為±0.8 cm+1 ppm，垂直精度為±1.5 cm+1 ppm。MiniSVP聲速剖面儀量程1 375～1 900 m/s，分辨率為0.001 m/s，精度為±0.02 m/s。

2 應用實例

2.1 工程概況

為了解水深情況，為后續的開發和保護服務，從而進行水下地形測量工作，比例尺為1∶5 000，測區面積為150 km2。

2.2 測量前準備

對測區進行了踏勘，測區有河北省沿海GPS控制網C級GPS控制點5個，按三等水準聯測，控制點保存狀況良好，點位分布合理，作為本項目的首級控制網。坐標轉換采用布爾莎七參數，選擇測區附近的C級GPS控制點作為檢核點，檢測數據如下。

較差：ΔX=－0.003 m；ΔY=－0.006 m；ΔH=－0.027 m。檢核結果滿足精度要求，可以進行測量。

選擇在水深大于5 m的海底平坦處，連續開機時間大于2 h，試驗中，每隔5 min比對一次水深，水深比對限差在0.3 m以內，符合《海道測量規范》（GB 12327—1998）以及項目技術設計要求，停泊穩定性實驗結果如下。

采樣數據個數N=25個；差值分布區間為－0.01～0.02 m；中誤差δ=±0.01 m。

中海達 K9定位儀在已知C級控制點上對定位設備進行一次連續8 h的穩定性試驗。通過采集坐標與該控制點已知坐標比較，計算出該控制點計算坐標與已知坐標間的較差，其檢驗結果如下。

中誤差Mx=±0.015 m，My=±0.016 m，Mz=±0.022 m；與已知點的差值ΔX=0.03 m，ΔY=－0.02 m，ΔZ=－0.03 m。

2.3 測量的實施

為了保證測量的精度，每日開始測量前，使用K9定位儀在GPS控制點上進行坐標比對，平面較差不大于5 cm、高程較差不大于5 cm時，可使用K9定位儀進行水深測量，測后也在控制點上進行比對，確保當天的數據質量良好。

安裝好儀器后，在測區水深較深的區域測量聲速剖面，將聲速值輸入儀器，使用深度檢查板檢查水深，對水深進行比對，較差滿足規范要求后可開始水深測量。

2.3.1 水深測量

檢查儀器設置，確保七參數、吃水、聲速輸入無誤后開始水下地形測量工作。導入計劃航線，單擊“海洋測量”，進入測量界面，點擊“開始記錄”按鈕，自動進行數據采集和記錄，測量時GPS解狀態需要處于固定解。否則，無法進行無驗潮模式水深測量。偏航窗口實時顯示偏航信息，一般不超過測線間距的50%，做好現場情況的記錄，比如遇到礙航物（船舶、養殖區、漁網等）及時做好標記，待現場情況不影響船舶正常航行時補測。

2.3.2 水深數據處理

先對原始錯誤的水深點進行改正，根據實際需要進行水深點取樣，導出水深數據，采用Cass9.1繪制等深線，進行編輯、整飾和檢查，得到水下地形圖。

2.4 成果檢驗

無驗潮模式進行主、檢點位水深比對時，重合深度點（圖上距離1.0 mm以內）的不符值限差：水深5 m以內為0.2 m，水深10 m以內為0.4 m，10 m以上為水深的4%；超限的點數不得超過參加比對總點數的25%。共檢核水深點431個，有6個點超限，超限率為1.4%，結合水深圖像檢查，該位置地形變化明顯，滿足規范要求；無驗潮模式和驗潮模式水深在平坦地區進行比對，平均差值為0.05 m，說明測量成果質量良好。灘涂地形采用常規GPS-RTK測量模式，與無驗潮水深測量的區域重疊面積為0.2 km2，進行水深比對，比對總點數為86個，超限點1個，不符值比例為1.2%，滿足規范要求。

3 水深測量作業時應注意的問題

3.1 Cors信號問題

河北省衛星定位綜合服務系統在全省域范圍內可以使用網絡動態定位技術服務，定位精度可達平面1～3 cm，高程5～8 cm。在沿海有秦皇島、樂亭、唐海和黃驊港站，海上無Cors站，離岸20 km以外Cors信號較弱，高程誤差較大，不適宜采用無驗潮模式，有一定的局限性，在外業采集時需注意Cors信號的覆蓋問題。

3.2 HiMAX測深儀軟件設置

設置GPS信號為固定解時采集水深數據；定位儀安置在測深儀正上方，GPS天線相對測量點的平面位置偏差為0；如果定位儀安置在其他位置，則需要在船型中輸入GPS天線相對測量點的位置偏差，船艏和右船舷方向為正，需要多次測量取平均值；在GPS天線高中輸入定位儀到水面的高差。

3.3 數據采集的問題

個別時段GPS信號為非固定解，水深數據停止記錄，待固定解時記錄，造成數據采集空白，一般在當天補測。

4 結束語

利用中海達HD-MAX測深儀進行水深測量，采用河北省衛星定位綜合服務系統進行定位，無驗潮模式與驗潮模式進行比對，分析了無驗潮模式的適用條件。無驗潮模式是水深測量的發展趨勢，但在距岸較遠處受Cors信號的限制，有一定的局限性，需要加強研究，擴大適用范圍。

采用中海達HD-MAX結合河北CORS的無驗潮模式方便、快捷，減少了驗潮站人力和物力的投入，提高了測量的工作效率。無驗潮模式GPS接收機和測深儀換能器固定在同一測深桿上，兩者之間的距離固定，不用考慮測量船的動態吃水。河北CORS定位相比常規采用RBN/DGPS信標定位精度高，適合大比例尺水深測圖。

［1］栗志剛，孫仁權.RTK GPS在無驗潮水深測量中的應用［J］.海洋測繪，2005，25（05）：46-48.

［2］吳文壇，田摯，李哲，等.河北CORS在大比例尺傾斜航空攝影測量中的應用［J］.測繪通報，2013，2（04）：63-66.

［3］國家測繪局測繪標準化研究所，國家海洋局第一海洋研究所，福建省測繪局，等.（CH/T 7001—1999）1∶5 000、1∶10 000、1∶25 000海岸帶地形圖測繪規范［S］.［出版社不詳］.