摘要:隨著內河航運的建設發展,對內河航道測量的要求越來越高,同時對工期的要求也越來越短。本文結合廣東省內河航道測量，對GPSRTK技術水下地形測量的原理及步驟進行了探討，提出了實際應用中的應對措施。
　　關鍵詞:GPSRTK技術；內河航道測量；步驟；原理；措施
　　前言
　　隨著時代的飛速發展,測繪技術也在飛速前進,現代測量方法大大提高了生產效率,降低了成本,減輕了勞動強度,其中以GPSRTK配合數字化測深儀為代表的水下地形測量方法,以其簡單、快速、高效的特點更是得到了廣大測繪工作者的認可，并廣泛應用到工程測量中,發揮了不可估量的作用。特別是在內河航道測量中，應用GPSRTK技術進行水下地形測量，可以解決因水位落差而密集布設水位觀測站的問題。
　　一．GPSRTK技術水下地形測量的原理
　　GPSRTK（RealtimeKinematic）技術即實時載波相位差分技術，是實時處理兩個測點載波相位觀測量的差分方法，它分為基準站和流動站。基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等傳送給運動中的流動站，流動站通過接收基準站發射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到每個點的WGS-84坐標，通過坐標轉換參數轉換得出流動站每個點的平面坐標X、Y和海拔高H。隨著通信技術的發展，基準站與流動站之間的數據鏈路從無線電發展為GSM、GPRS。
　　GPSRTK測得的高程對應于測時水位，測深儀測得水面至河底的深度，根據繪圖水位和測時水位求得水深改正數，由測量后處理軟件處理得到繪圖水深。如下圖所示，水底高程B=S–(H–h),繪圖水深C=B+d
　　
　　二．GPSRTK技術在內河航道測量的特點
　　廣東省內河航運覆蓋全省大部分地區，內河航運的發展改善了沿江的交通運輸條件和投資環境，加快了城鎮化進程，促進了經濟的發展。航道從規劃到整治到維護都需要進行測量，GPSRTK技術的應用為航道的建設貢獻了重大力量。
　　1．GPSRTK作業有著極高的精度，觀測速度較快，非常適合于大規模的水下地形測量及兩岸地形測量等。
　　2.GPSRTK測量可以大大提高成果質量。它不受人為因素的影響，整個作業過程由電腦控制，自動記錄、自動數據預處理。
　　3.GPSRTK技術自動化程度高，可以極大地降低勞動作業強度，減少工作量，提高作業效率。
　　4.在測量中，可以直接運用GPSRTK技術進行水深測量、地形測量、低等級控制測量等。
　　5．由于內河水位落差較大，航行基準面（繪圖水位）亦隨航道變化，要準確測定測時瞬時水位和求算水深改正數傳統方法必須布設足夠的水位觀測站。由于RTK可以實時測量水位，不需要再進行水位觀測。
　　6．減少波浪和船傾斜引起的測深誤差。由于GPS天線和換能器裝在一根桿上，天線到換能器的距離固定，相當于換能器的高程能實時測定，換能器的上下移動不會改變經水深換算的到的河底高程。
　　三．GPSRTK水下地形測量的一般步驟
　　水下地形測量的作業系統主要由GPS接收機、數字化測深儀,數據通信鏈和便攜式計算機及相關軟件等組成,水下地形測量作業分三步來進行,即:測前的準備,外業數據采集,數據的后處理形成成果輸出。
　　1．測前準備
　　首先在整個測區每間隔約5km建立一個基準站,基準站應選在堅實穩固,有一定的高度,衛星信號好,無線電信號干擾少的地方。因航道中使用國家坐標系坐標，與WGS-84坐標的旋轉角較小，采用三參數設置基準站坐標。按照垂直于航道中心線的方向布設測量斷面計劃線，計劃線間隔按照工程需求一般布設為圖上1.5—2cm。
　　2．外業數據采集
　　將RTK流動站接收機,測深儀,蓄電池及數據通信電纜等連接后,打開電源,對測深儀需設置參數:聲速、發射脈寬、抑制脈寬、吃水深度、靈敏度參數及端口。對水下導航測量軟件需設置:投影參數、轉換參數、中央子午線、儀器及測深儀選擇、數據采集方式、天線高等。導入預先設計好的測量計劃線，導航到相應計劃線就可以進行水下數據采集。
　　3．數據后處理
　　數據后處理是指利用相應配套的數據處理軟件對測量數據進行后期處理。數據處理主要是對所采集的數據進行水深取樣分析,剔除GPS或測深儀的跳變誤差,合并水深數據和GPS高程數據,形成測圖所需要的平面坐標(X、Y)和水深值,將三維數據導入相應的成圖軟件(如南方CASS軟件),自動生成等深線。
　　四．影響水下地形測量精度的因素及應對措施
　　1．基準站的選擇
　　GPS定位的數據處理過程是基準站和流動站之間的單基線處理過程,基準站和流動站的觀測數據質量好壞,差分信號傳播質量好壞對定位結果的影響很大。野外工作時,基準站要遠離大功率無線電發射站,變電站、高壓線等無線電干擾源,防止GPS信號的多路徑效應影響等。
　　2．基準站坐標準確性
　　根據《水運工程測量規范》測深定位點點位中誤差限值為圖上1mm，以1:500比例尺計算為0.5m，RTK的精度遠遠高于此值。由RTK的工作原理可知,如果基準站的坐標錯誤,將直接帶給流動站。所以一定要避免基準站坐標錯誤或者設置錯誤。為檢驗基準站坐標和坐標轉換誤差，在2－3km范圍外的其它已知點上進行坐標校對。
　　3．高程精度
　　根據《水運工程測量規范》水深誤差限值為±0.2m，考慮到測深精度影響和其它因素影響，RTK實時高程測量誤差控制在±0.1m范圍內。采用單基站高程改正的方式無法處理高程異常帶來的影響，現有水深測量軟件一般不能實時處理高程異常問題。因此把作業距離控制在一定范圍內是有效的解決辦法。在珠三角地區可以控制在5km范圍內，邊遠山區可控制在3km范圍內。并且在當次設站控制區域的邊緣選擇高程控制點進行高程校對，在控制點上進行比對誤差要求小于0.05m。
　　4．測深儀的吃水及比對試驗
　　測深儀的吃水比對是必須要做的,每天測深前,先量取待測區域的水溫,在對測深儀作零位和吃水校正后,再對水深量化器作聲速調整,按常規在工前或工后用測試板對測深儀進行水深比測，結果應符合要求。
　　5．GPS接收機的天線與測深儀換能器的位置
　　GPS接收機的天線與測深儀換能器應固定安裝在同一垂線上,并盡量保持垂直。這樣GPS天線與測深儀換能器的垂直距離則為一個固定值,可有效地解決了由于負載、航速、航向、水流、風力等影響而造成的測量船吃水變化,而這些綜合因素的改正量勿需改正。
　　6．采樣速度與船速的匹配
　　GPS數據采集頻率一般設置為0.5s,太快會引起軟件運行停頓，太慢會使船軌跡更新延遲過長，不利用導航。測深儀采集頻率一般設最大頻率0.1s,保證足夠的數據。由于測深儀是根據超聲波到達水底后放射回波來確定水深的，如果船速過高,采集的數據表現很大的延時性,也就是說測得的水深數據和實際平面位置出現較大的差距。在工作過程中應該盡量保持船速均速,并且小于8m•s-1速度。
　　結語
　　綜上所述，GPS-RTK與數字測深集成技術的應用，不受視線條件限制，適應于內河航道測量數據的外業采集到內業數字化成圖的一體化，并縮短了成圖周期，具有較好的經濟效益和社會效益。另外，在施測過程中，還能實時檢驗質量控制指標，大大提高了成果資料的正確性。能夠在無驗潮條件下進行正常的水下地形施測，這對于設立驗潮站困難的地區具有實用價值。

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