GPS RTK測量技術在練江水下地形測量中的應用

彭秋萍

摘 要：本文介紹了GPS-RTK測量技術在水下地形測量的基本原理，并結合練江水下測量的實例，探討GPS-RTK技術在水下測量中的實際應用，從控制網的布設，外業數據采集及精度分析的結果表明GPS-RTK技術可有效的提高水下測量工作效率和質量。

關鍵詞：GPS-RTK 測深儀 練江水下地形測量

1.工程概況

練江發源于普寧，流經潮陽、潮南，在海門水閘流入南海，全長約70公里，主要支流有14條，流域面積約1347平方公里。練江流域常住人口約430萬，人口密度約為廣東全省的6倍以上，承擔著巨大的防洪壓力。2013年“8·17”特大暴雨造成練江多處決堤漫堤，汕頭市潮南區、普寧市多個鄉鎮發生嚴重的內澇。單純汕頭市潮南區就造成12人死亡，2人失蹤，85.67萬人受災，直接經濟損失55.16億元。為全面了解練江水下地形的變化，給河道整治提供技術支撐，提高汕頭市境內練江干支流沿岸堤圍工程的防汛能力。受有關部門委托，現對練江干流及支流（汕頭境內）進行全面勘查和測量，為河道的整治提供依據并提出合理化的建議。

2.GPS RTK水下地形測量工作原理

GPS RTK測量技術是以載波相位測量為根據的實時差分GPS實時動態測量定位系統。這技術通過差分法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差、接收機鐘差、衛星改正后的殘余誤差等因素的影響，測量精度達到厘米級。

水下地形測量包括定位和水深測量兩部分，通過RTK測量技術可以實現實時定位的功能，測深儀可以實現水深的測量，兩者的配合使用即可確定河底某一點的高程。無驗潮模式下的河底高程公式如下：Gi=H-D-h-△a

式中：Gi為河底高程；H為GPS相位中心的高程（通過RTK直接確定）；D為測量水深；h為GPS接收機天線相位中心距換能器面的垂距；△a為姿態引起的深度改正。

無驗潮模式水下地形測量原理如圖1.1所示。

3.測量實施

3.1工程任務

汕頭市潮陽區、潮南區境內的練江干流河段總長約42km的水下岸上地形測量、干流81個斷面測量及五條主要支流122個斷面測量任務。

3.2測前準備

3.2.1布設GPS-E級控制網

首先在練江源頭到河口及主要支流范圍內布設GPS-E控制網，控制網盡量覆蓋整個測區，按照E級GPS要求進行施測，結合潮南區水務局提供的已有控制點資料，根據GPS網形要求和工程要求選取43個點組成控制網，采用靜態雙頻GPS進行觀測。GPS-E平面控制網見圖1。經過數據處理和基線解算，E級GPS網的最弱點點位中誤差、最弱邊相對中誤差、邊長相對中誤差等各項精度指標均滿足規范規定，平差后的點位精度見表1。GPS起算點均按照水準測量規范進行四等水準測量。

3.2.2求解轉換參數

選取平差后的三個或三個以上具有WGS84和北京1954坐標系兩套坐標系統的控制點，匹配、計算出一個帶殘差的轉換參數。

3.3外業數據采集

3.3.1架設基準站及檢查校核點

將GPS基準站架設在已知點上，對GPS進行相關的設置，輸入已經解算好的參數，將流動站移至另一個已知點上，測量該點的坐標和高程，并與平差后的坐標和高程比較，差值符合規定要求后才開始作業，確保測深點定位的準確性。

3.3.2安置測深儀換能器及測深軟件的設置

南方測繪SDE-28數字測深儀安裝在機動船上，并將GPS的天線架設于測深儀正上方，組成測深系統。儀器連接好后，創建工程，輸入基本信息、投影參數、轉換參數等，各項設置確保無誤后，根據設置好航線開始采集數據。在采集數據過程中，定時測深儀的測量情況進行檢查，若發現測深儀工作異常應立即停止測量并檢查分析原因，及時排除故障，保證水深數據的準確。

3.4內業數據處理及成圖

外業數據采集不能完全反映出水下地形地貌的特征，為使水下地形圖能夠準確地反映實際地形地貌，需對數據進行內業處理。

首先把儀器里導出的水深數據，進行改正、剔除不合理的異常點，然后對未采集到的測點進行加密插補。

建立DTM三角網，修改不合理的三角網，生成等深線，根據現場繪制的草圖畫地形圖。成果輸出過程中對所有測量點的坐標和高程進行合理性檢查。

4.數據成果的精度分析

（1）基準站坐標精度的影響。根據GPS-RTK的工作原理可知，基準站的精度直接影響流動站測量的精度。此次練江水下地形測量中的所用到基準站都是在一個控制網經過統一平差的GPS點，確保了基準站的坐標精度，從而控制了整個測量過程的測量精度。

（2）基準站或流動站作業條件的影響。在高壓線、大功率無線電發射站、變電站等附近避免作業，因為這些無線干擾源會干擾無線電信號的傳播，從而影響到基準站或流動站的數據解算結果。同時考慮到多路經效應影響，盡量避開大面積水域。

（3）轉換參數精度的影響。選取三個或三個以上平差后的已知點解算參數，個數越多，求解的轉換參數的精度相對越高。同時應該嚴格檢查控制點坐標，檢查RTK點校核的殘差值，限差應在規定允許范圍之內。

（4）測船作業條件的影響。在風浪大的情況下，不能保證GPS天線、換能器和測深儀測點在一條直線時，應立即停止測量，否則對高程測量精度影響大。

5.結論

通過練江河道水下地形測量及斷面測量，與傳統方法相比，RTK測量技術主要有以下幾個特點：

（1）在保證精度的條件下節省大量的人力物力，大大提高了工作效率。

（2）可全天候作業，不受視線的影響。

（3）傳統方法需多人相互配合，而RTK測量技術操作相對簡單，自動化程度高。

（4）RTK測量技術可通過電腦實時獲取三維坐標數據，其可靠性高，同步性好。

參考文獻：

[1]林中亞.RTK技術和測深儀技術在水下測量中的應用[J].人民珠江，2006（1）：14-15.

[2]姜仁輝，佰春明.GPS結合測深儀在水下地形測量中的應用[J].甘肅水利水電技術，2011，47（12）：42-44.

[3]朱立輝，胡琴.GPS RTK與測深技術在水下地形測量的應用[J].測繪與空間地理信息，2011，34（5）：162-167.endprint