高清苹1 王栋2
1黄河水文勘察测绘局 河南省郑州市450045
2郑州黄河河务局惠金黄河河务局 河南省郑州市 450045
摘要：简要介绍了 GPS RTK 的测量原理和数字测深集成技术，探讨了测量作业方法和影响测量精度的因素，并结合工程实例验证了测量的精度和效率。
关键词：RTK技术，数字探测集成，黄河大断面测量
传统的水深测量方法是将水准高程引到测区附近，测量当天的水面高程，然后利用全站仪确定位置，利用测深仪测量水深，再利用复杂的数据和水深获取水底高程，对于采用传统方法测量水下高程等大中型水域，工作量大，难度大。特别是在水面雾化、能见度低的情况下，利用全站仪难以完成任务，如何利用简单的方法进行测试，随着 GPS 技术的发展，特别是 RT K 技术的突破，展示技术不仅要满足平面位置的要求，而且要达到高程精度的要求，以确保在标高拟合范围内利用 R T K 完成任务。随着测深仪的发展，自动化程度大大提高，符合 RTK 标准的要求，不仅可以大大提高生产效率，降低劳动成本，降低工作人员的劳动强度，而且可以推动水深测量的科学化、数字化操作方式。本文讨论了如何利用测深仪在线进行测深，以完成水深测量任务，保证平面和高程的准确性，进行验收和总结。
一、测量原理及方法
实时动态差分实时定位技术主要依靠载波相位观测，是 GPS 测量技术的一个新发展。RTK 测量技术主要由基准站、移动站和数据链组成，目前该技术已经在水下地形测量领域得到了广泛的应用。作为一种适用于河流、水库等水深测量的数字式测深仪和湖泊便携式水深记录仪，在测量、水文、水道等领域有着广阔的应用前景，而 GSP 数据信号处理技术和水下跟踪技术能够适应恶劣的水文环境，获得准确、真实、可靠、稳定的水声数据。通过测试 GPS + 便携式计算机 + 数字测深仪的基本原理，采用 RTK 操作模式在板上进行操作[1] ，实现了水下地形测量和水深数据的自动采集。双频 RTK 定位具有较高的实时定位高程测量精度，因此可以取代传统的复杂水尺布水位观测方式。
RTK 结合数字测深仪进行水下定位点高程的测量，首先要在测深仪换能器上安装 RTK 天线，以确保测量过程中 RTK 测量点的位置始终与水下锚点在同一垂线上。在测量时，测深仪同时在传感器中，测量定点水深，测量海底坐标和海拔，在减去测深仪测量的水深后，用 RTK 测量海拔 H1，即水下锚点的海拔 H，如图1所示。
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二、质 量 控 制 措 施
根据集成技术的测量原理可知，水下断面测量的精度主要受 GPS-RTK 测量、水深测量和集成三方面的影响，因此，为了保证水下地形测量的精度，需要质量控制体系应考虑以下各个因素：
1）基站坐标精度。当基准站的坐标精度较低时，由基准站获得的流量运动三维位置均存在系统偏差，即流量站具有与基准站相同或低于基准站精度的参考站。此外，外部基站的坐标精度也直接影响到转换参数所确定的精度。
2）坐标变换参数的确定至少需要三个公共点，它们的精度不仅是选定测区公共点位置和数量有关，还与公共点坐标的精度有关。通常采用三点计算转换参数和四点检查精度的方法，在充分满足要求下，四个共同点被用来寻找转换参数，选定的控制点应能覆盖整个水下地形测绘范围。
3）基站的选择应合理，不宜公式化，在大面积水域等地方容易发生电磁干扰和信号阻塞，以避免影响作业定位精度。在测量时，采用接收机天线的高度来保证 GPS 接收机信号不受船体屏蔽的影响，不应设置过高，姿态应尽可能垂直，以免因倾斜而产生较大的平面位置误差。
4）测量过程中的 GPS 天线和测量深杆应该在同一垂直位置安装，以便于高距离数据的计算，避免天线偏差修正对测量精度的影响。数据采样率和 GPS 接收机数目字测深仪的采样率不完全相同，所以采集的 GPS 数据时间尺度应与数字测深仪的时间尺度相同，以避免 GPS-RTK 测量平面位置与测深位置不同，因此有必要进行平面位置插值，造成精度损失。
三、仪器配置及测量方案
3.1仪器配置
1）一个 G P S 双波段接收机作为参考站，一个无线电台和两个三极管，一个接收天线盘，一个12V 电池，和一本电子手册。
2）一个移动站载波G P S 双频接收机，一个冲锋舟和千寻系统，一台便携式计算机，各种连接电缆，和一个12V 电池。
3）软件设备内置电子手册软件，测深仪现场测量软件，内业处理一体化测量软件。
3.2测量方案
1）水底高程的确定
高程系统采用85国家高程基准，因为测区内已有控制点存在，不需要建立控制网，利用现有断面控制点进行检测。检测合限后，利用测深仪测量水深，根据水深等数据软件处理后，求得河底高程。
2)船速的确定对测量结果的准确性至关重要。
船速过快会降低点坐标的精度，影响水下地形测图的精度，船速过慢会增加数据量，增加数据处理的难度。结合本项目的实际情况以及RTK 测量仪的采样率、探测器信号传输的时延以及速度等水流因素，最终确定测点精度达3个/s。
3）测线宽度和测点距离的确定
与船舶航速的确定一样，测线宽度和测点距离的选择也影响水下测量的精度，按照条件和要求，测线偏断面线要求在3m以内，根据实际情况最大不能超过5m ，测点间距根据河宽，垂线数满足设计书要求。
4）信号到达计算机相对时延值的确定
测船运行过程中时延值的存在将导致测点平面值和深度值匹配紊乱，影响到测量精度，所以必须要充分考虑到时延值的存在。RTK信号的时延值比测深仪信号的时延值小，因此上述误差主要是由于测深信号到达计算机的时延引起的，必须根据测量结果来确定测点的水深。
3.3内业数据处理及成果的输出
将采集和记录的水深数据导入内业处理一体化软件，对数据进行合理性分析稀释等数据处理后，得出最终成果。
水深分析见图2所示：
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图2：水深分析示意图
四、结论及讨论
在水下断面测量中，RTK 测量技术优于常规测量，提高了测量精度，减少了施工复杂度，保证了常规测量无法完成的工作。RTK 测量与测深仪测深结合有助于实现野外工作数据采集，对黄河大断面测量的发展，科技的更新具有重要意义，为研究黄河下游河道淤积及河道演变规律提供了重要依据。实践证明，RTK 与数字测深集成技术应用于黄河大断面测量，不仅可以实现现场实时数据采集，而且保证了数据的可靠性，而且数据的定性、定位和定量分析准确，导航性与同步性能良好，精度高，在河道断面测量中具有广阔的应用前景。
参考文献
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