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摘要：工程勘察和施工前，进行水下地形测绘尤为重要，因为测量水深得到的水下地形数据，是工程顺利进行的重要基础。水下地形测量时，通过垂直航线测得水下地形横断面，得出水量流径；中央航道可以测算出水面纵断面，进而计算得到水面的坡度数据，就可以得到工程的水文数据成果，对规划、设计和工程施工意义重大。基于此，本文主要探讨GPS和测深仪技术的实施和误差分析措施。
关键词：水下测量；GPS；测深仪
引言
传统的水下测量常采用测深杆、测深锤、测深绳结合全站仪进行测量，虽能满足汇水面积小、水流速度慢、深度较浅的流域水下测量要求，但对于水深较大、地形复杂的大面积水域还是难以满足要求。将GPS RTK测量技术与物探新技术进行结合，水库库容测量的精度与速度不断提高，测量人员能够更好的了解水库周围地形地貌，并将勘测系统设定在合理位置，保证水库库容测量难题得到更好解决。
1 水下地形测量相关技术原理
RTK（Real-TimeKinematic）实时动态差分定位技术，因其具有定位速度快、精度可靠、全天候等优点，被广泛用于地形测量、施工放样及普通控制测量中。近些年，GPS发展迅速，CORS系统、网络RTK的建立，“北斗”、“千寻”等定位技术，利用虚拟基站开拓了新模式。用户摆脱了传统的1（基准站）+N（流动站），只需要使用移动端，即可获取任意点位的三维坐标，极大的提高了工作效率。但是，由于水面多路径效应、高压电线干扰、移动网络信号较差等因素，网络RTK仍然有其局限性，在某些地方难以获取固定解。GPS-RTK主要由基准站、电台、移动端组成。基准站接收机观测GPS卫星数据，并通过配套电台发送给移动端，移动端同时接收GPS卫星数据和电台发送的信号，利用载波相位差分原理，进行双差模糊度求解、基线向量解算、坐标转换，获取三维坐标。
2 误差分析
2.1 差分GPS定位误差
为了使移动台动态的定位准确，首先需确保基准站与移动 GPS 接收机之间的误差关系，其次要通过差分技术将公共误差降低，从而实现定位的精准性。而将差分 GPS 技术应用到30 km 内，可消除卫星轨道与大气层间的延迟性，不过当卫星轨道与大气层之间的距离越来越大时，两者之间存在的误差将会越来越大。同时也说明了差分 GPS 定位技术只有在一定范围内，才能使移动台的定位达到一定的精确性。
2.2 换能器对吃水改正的削弱
换能器吃水是指换能器表面到海水表面的高度，在气象条件良好的静态条件下，准确测量换能器的静态吃水是可能的，但在动态条件下，特别是海况条件比较差时，准确测量换能器的动态吃水几乎是不可能的，而RTK测量方法可以解决这个问题。
2.3 风浪
定位精度和测深精度共同影响水下地形测量精度。布尔沙模型用来转换坐标，精度可达２～３cm；采用徕卡GS14定位仪器，RTK测量水平精度可达８mm+1ppm，垂直精度可达15mm+1ppm；利用中海HD-370测深时，测深精度可达±1cm+0.1%ｈ。忽略坐标转换模型误差、仪器精度影响，风浪和船速是影响外业数据的主要因素，风浪较大时，测船起伏摇摆，会造成换能器和天线间的固定联杆倾斜，而联杆倾斜就会影响垂直方向和平面精度。实际工作时船速加快会引起噪音变大，回传信号就会随之变弱，水深测量的精度就会受到影响，因此船速的选择要兼顾精度与效率。
2.4 深度基准面确定误差
深度基准面对于水面通行的船只具有重要意义，在一定程度上能保证船只的顺利通行，为船只出行提供便利。而水面深度的计算与水面船舶航行的相关要求大致符合，从而使水面深度能在较短时间内计算出来。现阶段我国针对此方面的研究着重点为深度上的基准面。
运用深度基准面技术时，由于我国的地域面积大、地质复杂、水文因素多样且进行实时观测时会受到多种因素的干扰，从而使观测数据不达标。为了避免数据对后面水面测量工作的影响，在进行测量工作时，需确保水文计算的精确性再确定理论数值，其次水面船只的保障率需根据统计学原理进行计算，需要注意的是保障率需与统计资料中的时间互相关联，最终保证后续研究工作的顺利进行。
3 GPS和测深仪技术的实施
3.1 测前准备
首先，架设基准站，设置流动站。根据测区坐标系统，求取转换参数，移动基站时进行点校正。然后，将测深仪固定在测深船上，设置好测深仪相关参数，实现GPS-RTK与Hi MAX数字化测深仪连接。由于此区域河道水深较浅，为了防止损坏换能器，采用绳索绑扎在船舷旁，一人时刻扶住测杆，水深显示小于50cm时及时倾倒测杆，避免损坏测杆底部探头。
3.2 外业数据采集
架设GPS基准站，完成参数改正后通过电台发射差分信号，然后在测船上安装GPS和测深仪组合系统，确认GPS流动站信号接收成功以及组合系统数据传输正常，开动测船，在测深仪显示屏上实时、动态地显示出测点位置，指导测船按照计划线航行，保证测区范围内无测量遗漏区域。另外，对于水下地形起伏较大区域，加密地形点测量。由于此段河道水深较浅，水面情况复杂，难以使用无人测船根据规划测线进行自动测量。需要进行人为控制，遇到水浅地方及时改变航向，甚至搁浅时人力辅助。当出现卫星信号失锁、水下障碍等特殊情况时，配合测深杆进行人工测量，在进行内业数据处理时，及时予以分析、修正。
3.3 水深取样
测量过程中，由于卫星信号失锁、水下障碍等特殊情况，可能会导致个别待测点水深为假水深。因此，需要先进行水深改正，改正错误水深值，再按照测量时间间隔、测线测点距离间隔或者手动选取进行取样。通常采用的水深改正方法：（1）人工比对，沿测线仔细观察水深变化曲线，是否存在突变点。先查看解的状态或者是否有使用测深杆进行实测对比，两者均不合格后，参考该点附件的水深数值变化趋势予以改正。（2）人机交互，使用计算机自动滤波的方法进行分析比对。将初始数据水深突变点根据中值滤波法、加权平均法或者统计学法先进行自动改正，然后再人工进行比对，对算法处理错误的水深点进行纠正。
3.4 精度验证
测量完成后在测区水流平缓的位置选择 50 个水深点，点位的选择在人工能测深的区域内均匀分布，然后利用花杆等方式进行人工测深，然后逐一进行较差。将外业测量原始数据导入中海达水深资料处理软件，主要检查水深测量数据有无异常，参考原始瀑布测深图把有异常的数据改正到正确的水深值上去，全部改好后取点只取定位点，最后转换生成数据文件。
4 水下地形测量的质量控制措施
考虑到基准站因素、坐标转换参数、作业条件及流动站作业环境等的影响，无论是基准站还是流动站，都应该尽量避免上空或附近有高大建筑物，远离电磁波干扰；待架设并启动基准站后，必须要在已知点上进行坐标检验，合格后方可开始进行测量；而流动站的作业半径尽量保持在5—8km以内，每次测量时必须待取得固定解后方可进行。测深界面若出现水深回波不稳，应让船立即减速，稳定之后再加速。在整个测深过程中，船速不要过快，应保持缓慢匀速，这样所测得的数据更加稳定。在水深变化较大的区域，一定要让船速慢下来，以保证测深仪有更多的反应时间。
结束语
综上所述，水下地形测量的过程中，采用 GPS+ 测深仪组合的方法，自动化程度高，可将系统误差降至最低，既可以保证精度，又大大提高工作效率。文章通过精度分析，验证该法在工程实际中的可靠性，结果符合规范要求，对水下地下测量方法研究具有借鉴性。伴随着测量工作的不断发展，该系统将发挥越来越高的作用。
参考文献：
[1]程剑刚.网络RTK联合声波测深仪在水下地形测量中的应用[J].测绘工程，2014，23（3）：63-65+80.
[2]宋爽.基于GPS技术的水下地形测量方法[J].建筑技术开发，2018，45（1）：79–80.