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摘要：水利测量是对水域地形地貌进行测量、还原、描述的过程。由于水域地形地貌的特殊性，仅能够通过测深描述水下地形起伏，如测深锤、测深杆等，其测量精度低，测量周期长，测量精度难以保证，尤其是无法绘制水下地形图、断面图等，严重影响水下工程的建设与开展。近年来，随着数字测量技术的发展，GPS-RTK技术广泛应用于地籍测量、岩土勘测、道路工程建设等领域，取得了良好的应用成果。测深仪是利用水声换能器向水下发送声波，并根据水底反射声波判断水下地形的测量技术。由于测深仪受水下地形影响较大，需与其他地形测量技术相结合，才能改善测深仪在水利测量中的不足，保障工程测量精度。
关键词：水利测量；测深仪；GPS技术
引言
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。水利测量时，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。
1GPS和测深仪的基本概念
1.1GPS
GPS主要是指卫星定位系统，在全球范围内实时进行定位导航的系统。其在交通管理、物流导航、工程测绘、军事定位等方面有着广泛应用；而在水库水利测量中，主要是运用GPSRTK测量技术。GPSRTK测量技术是一个实时动态定位技术，是以载波相位观测为原理的定位技术。RTK定位技术能够提供流动站在定坐标系中实时的三维坐标数据，精确度可达厘米级，这是传统的水库水下测量技术所不能比拟的。
1.2测深仪
测深仪是新一代数字化、电脑化产品。它利用超声波能穿透介质，在不同介质表面能够形成反射的原理。利用超声波换能器发射超声波，测出发射波和反射波的时间差，从而对水库水下的地形进行测量。常用公式为：z=Vt/2。
1.3GPS结合测深仪的工作原理
GPS结合测深仪在测量水库水下地形时，用GPS技术测出定位点的水面高程，在测深仪换能器的正上方安装GPS流动站天线，这样能保证测深仪与GPS测得定位点一致，用测深仪测出定位点的水深，再用GPSRTK测量技术定位点的坐标高程。因此，水库水下定位点的高程等于测深仪测量的水深减去GPSRTK测量的水面高程。并辅助计算机，同步GPS和测深仪测量的数据，让采集的数据的准确性和可靠性，在测区范围内得到保证。
2水利测量中测深仪与GPS技术的联合应用
2.1GPS坐标参数的合理转换
确保GSP坐标参数的适应性为综合应用测深仪与GPS－RTK技术的重要前提，考虑到测量过程中不同地区的GSP坐标参数标准存在较大差异，所以水利测量前要对坐标参数按照实测坐标差异调整转换。例如，测量使用的北京54坐标和实测的WGS－84坐标，有必要选用四参数法对其转换处理，主要流程为：在河道下游和上游端设置S1、S2、S3三个已知点，然后选择某高点位置（一般为河道中间）架设基准站，并对RTK流动站按照程序进行安装，相关链接的设置应符合合理性要求，接受基准站差分信号后其解应属于固定解，该条件下代表流动站与基准站能够成功接受、发射差分信号；最后，在已知点S1、S2处架设流动站，对接受的卫星数据做平滑处理获取WGS－84坐标下的S1、S2点数据，为得到本地区相应的坐标引入四参数转换方式对以上数据处理，最终可以确定已知点四参数。测量转换过程中尺度因子应满足1.000或0.9999精度要求，由此保证获取的参数精度，否则要重新采集点位数据，以及再次完成参数转换。
将转换之后的参数输送至接收站，并对S3点坐标校核，特殊情况下还可实行补测工作，待符合预设精度目标后可以用于流动站坐标的测量。
2.2GPS－RTK与测深仪的结合应用
将GPS－RTK的流动站与测深仪结合为一体是综合应用两项技术的主要内容，通过固定于测量船只周围以及选用合适的转换计算方法，可以对水下各相应测点高程信息利用流动站所采集和回传的数据类确定。在测深软件的水深数据采集、导航、自动同步定位等功能正常的情况下，测深系统可以确保数据的实时动态采集，以及数据的精准度和可靠性。此外，实际作业过程中测深系统与GPS－RTK系统保持相对独立，为防止出现时钟误差对两系统产生影响，需要对各项功能的系统时间以GPS时钟为标准统一设定。测量作业正式开始前，为减少测量误差必须利用钢尺准确测量流动站天线偏差、水面至天线高等，并利用测深软件及配套的电脑设备输入测得的数据，经一系列转换处理设定至RTK手薄，针对已知点水面高程数据利用岸上的全站仪设备测量，并对水深利用测尺测量，对比分析测深仪与GPS－RTK测量数据，在符合一致性要求的情况下开始测量作业。以每隔十秒的频次对测量数据进行采集、发送，通过分析与筛选保留有效的数据信息，为保证测量精度还需要测量已知的三个点，以平均误差判断测量结果的可靠性，从而获取能够满足精度要求的测量数据。
2.3实测技术
实际作业过程中利用联合系统时，受两技术同步时差、RTK高程精度、船体摇摆、采样速率等条件作用，测量结果通常会出现一定偏差。所以，必须考虑以下问题保证实际作业中测量结果精度，即：
1）修正船体摆动姿势。船体姿势受波动瞬时变化的影响发生相应的改变，在无验潮模式下这种变化对GPS水下测量产生较大的影响，因此必须采取相应的对策。将观测值利用姿态参数进行适当修正以降低波浪的影响，其中姿态补偿主要有高程与位置的修正。
2）采样延迟和速率产生的误差。测深仪与RTK联合作业时，每个点必须保证有2－3个同时测量数据，由此方可确保3维点位做报的可靠性。然而数字测深仪的输出速率与GPS采样、数据传输速率可能具有时间上的延迟，从而对瞬时采集密度与精度产生直接影响。因此，延迟校正时有必要适当调整该误差，通过求解斜坡往返测量值和利用以往的经验数据获取该调整值。
3）基准站的合理选择。所选基准站的位置可在一定程度上对数据传输的有效距离产生影响，基准站位置的合理选择可以减少数据传输的功能耗损，保证数据信息的准确性和可靠性，同时降低自然环境可能产生的多路径误差。此外，考虑到发射的无线电信号和接受的卫星信号较多的实际情况，应尽可能在无大范围干扰和遮蔽无线电的区域设置基准站，一般将基准站架设于地势较高和视野开阔的位置。
4）RTK高程可靠性分析。一直以来，采用RTK高程测量水深的可靠度问题备受关注，正式作业前应对比验潮观测水位和RTK无验潮水位，结果发现能够满足精度要求。因此，在无法获取潮位资料的条件下，这种作业方法仍然满足可靠性和精准度要求。
结语
水利测量过程中，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：
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