GPS-RTK無驗潮技術在圍海工程水深測量中的應用

冀念芬 王成志

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院，甘肅 天水 741025；2.三和數(shù)碼測繪院，甘肅 天水 741025）

傳統(tǒng)的水下地形測量技術定型于驗潮技術。首先利用GPS-RTK 確定水下點的平面位置，其次由單波束或多波束測深設備確定水下點的深度，最后由岸上人員通過觀察測量獲得潮位資料，從而獲得水下點位的高程。但是，當上述條件不具備時，便無法獲得水下點位的高程。隨著GPS 技術的發(fā)展，特別是RTK 技術的發(fā)展推廣，為了解決上述問題，提高測量效率，提出了一種無驗潮的水下地形測量技術，應用于水下地形測量。

1 無驗潮模式水下地形測量的基本原理

GPS 差分測量能夠精確量測出兩點的相對高差，并通過該高差反算出流動站GPS 相位中心的高程且具有相同的高程基準面。無驗潮測深法是利用GPS 接收天線中心獲得施工點的平面位置和接收天線中心85 高程與基準面的關系，與常規(guī)測深法相同，量取GPS 接收天線中心到測深儀換能器距離，及廁身于換能器到泥面的距離，在計算出泥面高程。

2 GPS-RTK 無驗潮技術工程實例的操作流程

2.1 架站

首先架設基準站1、基準站架設在控制點上，且控制點通過水準聯(lián)測具有比較精確的高程數(shù)據(jù)?；鶞收就ㄒ暳己?，無障礙物等影響因素?；菊咎炀€對中誤差不大于±5cm。測船流動站的架設流動站安裝在換能器上方，且保持垂直。固定良好，確保安全。

2.2 測前的準備工作

2.1 求取轉換參數(shù)：

第一步先在已知點A 上架設GPS，并設置相關參數(shù)如投影參數(shù)、參考坐標系、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，差分電文數(shù)據(jù)格式等，然后輸入該點的WGS-84 坐標和當?shù)刈鴺?，并把該點設置為基準站。第二步在已知點B 上架設GPS，并設置好相關參數(shù)，輸入該點的WGS-84 坐標和當?shù)刈鴺?。通過A、B 兩點的WGS-84坐標和當?shù)刈鴺饲蟮棉D換參數(shù)。

2.2 建立任務： 設置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。

2.3 繪制測量計劃線：繪制測量計劃線在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中是必不可少的環(huán)節(jié)，在HypackMax 軟件測線編輯器中生成測線文件主要用來指導測量船采集水深數(shù)據(jù)時的航行路線。

2.4、換能器的固定，吃水線的確定。GPS 流動站測前比對，確定正確的坐標和高程。測船安裝GPS，F(xiàn)reeSurvey：4-流動站設置（天線高類型、差分信號類型、電臺類型、數(shù)據(jù)端口設置）。數(shù)據(jù)輸出至電腦（FreeSurvey：→5-ZMax 應用程序→數(shù)據(jù)輸出→GGA、VTG→端口選擇→發(fā)送）

2.3 測量工作

首先打開HY1600 測深儀，打印參數(shù)，校正聲速 然后進行工控電腦設置。再打開HYPACK 軟件，新建項目，并添加計劃測線文件，設置GPS 軟件信息和HYPACK 軟件信息主要包括端口信息、參數(shù)信息、驅動程序配置、測試有無數(shù)據(jù)等。然后開始測量工作

2.4 現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)檢查

當結束了一天的外業(yè)測量，回到辦公室突然發(fā)現(xiàn)幾條線的數(shù)據(jù)沒有被記錄，這是最槽糕的事情。所以在測量現(xiàn)場都應在主窗口檢查一下原始數(shù)據(jù)，看是否有問題。

2.5 測量成果內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖

HypackMax 軟件內(nèi)業(yè)的處理主要是針對一些測量過程中的“假水深”，假水深主要是RTKGPS 的失鎖、測深儀在工作時因換能器受波浪及水下懸浮物的影響會產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)。RTKGPS 的失瑣和測深儀在工作時因換能器受波浪及水下懸浮物的影響會產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)使此刻的潮位出現(xiàn)很大的偏差，對于不對的值就需要在內(nèi)業(yè)中逐一改正。對RTKGPS 失鎖造成的潮位錯誤會在HypackMax 軟件里判斷出來，潮位的變化是隨時間變化的，同一時間段的潮位變化是有規(guī)律的并且相差并不會很大，錯誤的瞬時潮位會和這一段的其它值相差很大，這樣我們結合這一時間段的潮位來改正錯誤。除了潮位錯誤以外還有其它的，這些就需要在內(nèi)業(yè)的時候通過測深紙上打出的線和軟件里的數(shù)據(jù)比較改正，以測深紙上的為主。這樣一天如果測了幾十公里的話內(nèi)業(yè)工作量也會很大，因此我們一般情況下主要看一些特征點，如果錯誤的比較多的情況下就需要一一比較。在以上的工作完成時就需要排序和圖形的輸出了。排序主要是剔除一些比較密集的點，手動下線的時候有時會多打出一些點，這樣就使有些點重合在一起看不清楚。排序的時候設置好排序半徑就會在該半徑范圍內(nèi)只有一個點，這樣就沒重合了。排序完成后便可圖形輸出工作。

通過內(nèi)業(yè)處理，我們可以獲得詳細的水深資料，能夠更好地為生產(chǎn)實踐服務。密集而又詳細的水深值，可以得出水下地形。

3 無驗潮模式下測深儀的測深誤差及改正

測深誤差主要由、儀器轉速誤差、吃水誤差、聲速誤差、讀數(shù)誤差等引起的。當實際水深與測深儀測的深度不相符時就說明存在測深誤差。

3.1 轉速改正數(shù)

測深儀記錄裝置必須保持某一固定的設計轉速轉動，但是在工作中，由于機械負載或電源電壓等發(fā)生變化，導致設計轉速與實際轉速不一致。這樣，儀器測得的深度(Zs)就不等于實際水深(Z0)。由于ns≠n0所造成的測深誤差稱為轉速誤差。要求得實際水深需加上轉速修正數(shù)即有：

由此可知，當實際轉速Vn小于設計轉速V0時，ΔHv為正；反之 ΔHv為負。

每次測深開始前和測深過程中要隨時檢查轉速以確保測深精度。一般要求轉速誤差不超過設計轉速的±1%。如超過時應進行調(diào)整，使之滿足上述要求。在無法調(diào)整時可按上述計算方法，求出轉速修正數(shù) ΔHv。

3.2 吃水改正數(shù)

吃水改正數(shù)為常數(shù)可以通過調(diào)節(jié)記錄紙零線位置進行消除。測深儀記錄紙上讀數(shù)是由換能器表面到海底之間的水深記錄的。如若入水過淺，水泡就會干擾回聲波，記錄紙上回聲線就會時有時無，出現(xiàn)斷開現(xiàn)象，因此要求換能器的入水深度在0.3 米到0.8 米的區(qū)間內(nèi)。

4 結術語

RTK 無驗潮水下地形測量系統(tǒng)集合了GPS 定位技術、超聲波測深儀及計算機數(shù)據(jù)自動處理技術。測船作為水下地形測量的載體，對測量精度的影響最大。由于水下地形測量的特殊性，使得其作業(yè)平臺是動態(tài)的，那么動態(tài)的測量平臺：測船，必然給測量精度帶來很大的影響。無驗潮水下地形測量系統(tǒng)，作為新的水下測量技術理念，隨著技術的成熟，必將得到很好的應用，為水下測量事業(yè)的發(fā)展再添新章。