GPS 和測深儀組合技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用

孟海豹，石 峰

（中國水電十五局，陜西 西安 710000）

工程勘察和施工前，進(jìn)行水下地形測繪尤為重要，因為測量水深得到的水下地形數(shù)據(jù)，是工程順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ)。水下地形測量時，通過垂直航線測得水下地形橫斷面，得出水量流徑；中央航道可以測算出水面縱斷面，進(jìn)而計算得到水面的坡度數(shù)據(jù)，就可以得到工程的水文數(shù)據(jù)成果，對規(guī)劃、設(shè)計和工程施工意義重大。文章采用LeicaGPS-RTK 測量技術(shù)，結(jié)合中海達(dá)測深儀，可以準(zhǔn)確、快速測出水下地形，且數(shù)據(jù)結(jié)果可靠準(zhǔn)確。

1 基本原理

水下地形測量由定位測量和水深測量兩部分組成，通常采用GPS 衛(wèi)星定位法進(jìn)行定位測量，水深數(shù)據(jù)通過回身測深儀得到，如圖1 所示。

圖1 測深儀工作原理

工作時，超聲波中的換能器先發(fā)射信號，信號在障礙物表面反射回來，再次發(fā)射回到接收換能器，計算機(jī)利用前后信號的時間間隔，測算水深：

式中：V為水中聲波傳播的速度；t 為發(fā)射、接收信號之間的時間間隔。

水底高程：

式中：HSD代表水底高程，m；H 代表通過GPSRTK 測量得到的水面高程，m；D 代表換能器的水底高差，m；Δ D代表換能器吃水深度，m。

2 影響因素分析

定位精度和測深精度共同影響水下地形測量精度。布爾沙模型用來轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，精度可達(dá)2～3cm；采用徠卡GS14 定位儀器，RTK 測量水平精度可達(dá)8mm+1ppm，垂直精度可達(dá)15mm+1ppm；利用中海HD-370 測深時，測深精度可達(dá)±1cm+0.1%h。忽略坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型誤差、儀器精度影響，風(fēng)浪和船速是影響外業(yè)數(shù)據(jù)的主要因素，如圖2 所示。

圖2 誤差分析示意

2.1 風(fēng)浪

風(fēng)浪較大時，測船起伏搖擺，會造成換能器和天線間的固定聯(lián)桿傾斜，而聯(lián)桿傾斜就會影響垂直方向和平面精度，如圖2（a）所示，因此定位的誤差Δ S：