摘要：隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是RTK技術(shù)的廣泛應(yīng)用，水下地形測量中的定位精度也越來越高,數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x越來越遠(yuǎn),可靠性越來越高，文章針對RTK的技術(shù)優(yōu)勢及無驗(yàn)潮水下地形測量的理論基礎(chǔ)，介紹了水深測量作業(yè)系統(tǒng)的基本步驟指出了作業(yè)時應(yīng)注意的事項(xiàng)，供同行業(yè)參考。
　　關(guān)鍵詞：水下地形測量 RTK 優(yōu)勢
　　前言
　　水下地形測量成果作為工程勘測設(shè)計(jì)中重要的前期資料廣泛的應(yīng)用于：1)海塘達(dá)標(biāo)工程、保灘工程的建設(shè)、岸線演變趨勢分析、碼頭工程以及現(xiàn)有港口的擴(kuò)建和改造等都需要每年的水下地形資料。2)在水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，為了確定開發(fā)方案、選擇壩址、確定水頭高度、推算回水曲線等所需要的河道縱斷面圖，都是由測量人員收集的水下地形資料來編繪的。3)在橋梁勘測設(shè)計(jì)中，為了研究河床的沖刷情況，決定橋墩的類型和基礎(chǔ)深度，布置橋梁的孔徑，需要在上下游地區(qū)施測橫斷面圖并且編制河道縱斷面圖，同樣要收集水下地形測量資料來完成。4)監(jiān)測橋梁的安全，觀測水庫的淤積和研究河床演變規(guī)律等。
　　1RTK的技術(shù)優(yōu)勢
　　RTK定位技術(shù)(RealTimeKinematic，簡稱RTK)是以載波相位觀測值為依據(jù)的實(shí)時差分GPS定位技術(shù)，實(shí)施動態(tài)測量。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時通過輸入相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，實(shí)時得到流動站的三維坐標(biāo)及精度。
　　隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得水上測量可以采用GPS無驗(yàn)潮方式進(jìn)行工作(RTK方式)成為可能。大大減少了測量人員的勞動強(qiáng)度，自動化程度高，省工省時，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程變得更經(jīng)濟(jì)。
　　2無驗(yàn)潮水下地形測量的理論基礎(chǔ)
　　載波相位差分測量的定位精度很大程度上依賴于整周模糊度能否在航精確確定。整周模糊度在航解算(OTF)是一種動態(tài)環(huán)境下的模糊度確定方法，它可省去在精密動態(tài)定位中的靜態(tài)初始化過程。常規(guī)精密定位中復(fù)雜的整周跳變問題也因OTF的引入變得十分簡單。載波相位差分測量整周模糊度的確定模型為：
　　
　　(1)
　　其中，為狀態(tài)向量；為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；為載波相位的測量矩陣；為載波相位的方差陣；為系數(shù)陣。
　　(2)
　　由式(2)計(jì)算得到整周模糊度N后，代入載波相位觀測方程，便可以獲得厘米級的平面定位精度。
　　回聲測深儀是一種單波束測深設(shè)備，深度的測量是根據(jù)最小聲程決定。按照使用頻率個數(shù)的不同，又可分為單頻和雙頻。雙頻測深儀根據(jù)兩個頻率測量深度較差獲得淤積層厚度。
　　水下地形測量現(xiàn)狀如圖1所示，設(shè)h為測深儀探頭吃水線到RTK測點(diǎn)M的高度；為設(shè)定吃水深；Z為測深儀測得的水深；為水底高程；H為RTK流動站在船上測得的高程。則：
　　(3)
　　(4)

      
　　
　　圖1水下地形測量現(xiàn)狀示意圖
　　當(dāng)水面由于潮水或者波浪升高時，H增大，相應(yīng)地z也增加相同的值，根據(jù)式(2)，將不變。因此從理論上講，RTK無驗(yàn)潮測深將消除波浪和潮位的影響，是一種理想的水上測量方法。
　　3水深測量的基本作業(yè)步驟
　　3.1測前的準(zhǔn)備
　　(1)求轉(zhuǎn)換參數(shù)。a．將RTK基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)A上，設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)，輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)(該點(diǎn)的單點(diǎn)84坐標(biāo))后設(shè)置為基準(zhǔn)站。b．將GPS移動站架設(shè)在已知點(diǎn)B上，設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、接收間隔，關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)后，求得該點(diǎn)的固定解(84坐標(biāo))。C．通過A，B兩點(diǎn)的84坐標(biāo)及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　(2)建立任務(wù)，設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、一級變換及圖定義。
　　(3)作計(jì)劃線，如果已經(jīng)有了測量斷面就要重新布設(shè)，但可以根據(jù)需要進(jìn)行加密。
　　3.2外業(yè)的數(shù)據(jù)采集
　　(1)架設(shè)基準(zhǔn)站應(yīng)在求轉(zhuǎn)換參數(shù)時架設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)上，且坐標(biāo)不變。
　　(2)將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測深儀和便攜機(jī)等連接好后，打開電源。設(shè)置好記錄、定位儀和測深儀接口、接收機(jī)數(shù)據(jù)格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，就可以進(jìn)行測量工作。
　　3.3數(shù)據(jù)的后處理
　　數(shù)據(jù)后處理是指利用相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)處理軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，形成所需要的測量成果——水深圖及其統(tǒng)計(jì)分析報告等，所有測量成果可以通過打印機(jī)或繪圖機(jī)輸出。
　　3.4影響水深測量精度的幾種因素及相應(yīng)對策
　　(1)船體搖擺姿態(tài)的修正。船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進(jìn)行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù)，通過專用的測量軟件接入進(jìn)行修正。
　　(2)采樣速率和延遲造成的誤差。GPS定位輸出的更新速率將直接影響到瞬時采集的精度和密度，現(xiàn)在大多數(shù)RTKGPS最高輸出率可達(dá)20Hz，而測深儀的輸出速度各種品牌差異很大，數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據(jù)的定位時刻和水深數(shù)據(jù)的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項(xiàng)誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　(3)RTK高程可靠性的問題。RTK高程用于測量水深，其可信度問題是備受關(guān)注的問題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測量的水位與人工觀測的水位進(jìn)行比較，判斷其可靠性，實(shí)踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無誤，可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線(由專用軟件自動完成)。根據(jù)曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產(chǎn)生個別跳點(diǎn)，然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點(diǎn)。
　　4作業(yè)時應(yīng)該注意的問題
　　4.1有關(guān)基準(zhǔn)站的問題
　　(1)因?yàn)镽TK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時地把觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機(jī)。所以：a．電臺天線要盡量高。B.電源電量要充足，否則也將影響到作業(yè)距離。
　　(2)設(shè)站時要限制最大衛(wèi)星使用數(shù)，一般為8顆。如果太多，則影響作業(yè)距離；太少，則影響RTK初始化。
　　(3)如果不是使用七參數(shù)，則在設(shè)置基準(zhǔn)站時要使TransformTowg；ss4(轉(zhuǎn)換到WGS84坐標(biāo)系)處于off(關(guān)閉)狀態(tài)。
　　(4)如果使用七參數(shù)，則AX，AY，AZ都小于±100較好，否則重求。
　　(5)在求轉(zhuǎn)換參數(shù)前，要使參數(shù)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)關(guān)閉。
　　(6)在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到1S�；鶞�(zhǔn)站和移動站必須要保持4顆以上相同衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果；所以有時偶爾RTK沒有固定解也是很正常的。
　　4.2有關(guān)流動站的問題
　　1)解的模式要使用RTKExtrap(外推)模式。2)數(shù)據(jù)鏈接收間隔要與基準(zhǔn)站設(shè)置的發(fā)射問隔一致，都要為1。3)如果使用海洋測量軟件導(dǎo)航、定位，則：a．記錄限制要為RTK固定解。b．高程改正要在天線高里改正。4)差分天線要盡可能的高。
　　5結(jié)束語
　　利用RTK技術(shù)進(jìn)行水深測量，使得水深測量這項(xiàng)工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟(jì)，所以不失為一種先進(jìn)的測量技術(shù)，必將得到更加廣泛的應(yīng)用。
　　參考文獻(xiàn)：
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