RTK三維水深測(cè)量在感潮河段航道測(cè)量中的應(yīng)用

　　摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了GPS-RTK三維水深測(cè)量方法的原理，在長(zhǎng)江下游航道測(cè)量中的應(yīng)用，總結(jié)了GPS-RTK三維水水深測(cè)量技術(shù)在具體工作中的應(yīng)用方法并驗(yàn)證其正確性與可靠性。分析了RTK三維水深技術(shù)相比于傳統(tǒng)水下地形測(cè)量的優(yōu)越性。
　　關(guān)鍵詞：航道測(cè)量 RTK三維水深測(cè)量技術(shù) GPS RTK 基站
　　1.水下地形測(cè)量基本原理
　　1.1 RTK三維水深測(cè)量原理
　　如圖1所示，RTK三維水底地形測(cè)量系統(tǒng)的基本原理是：利用GPS實(shí)時(shí)相位差分（RTK）實(shí)時(shí)測(cè)得的GPS天線精確的三維坐標(biāo)（x，y，h），結(jié)合由測(cè)深儀同步測(cè)得的換能器至海底的深度H1 ，將由GPS測(cè)得的天線高 h換算到同一平面位置上的水下泥面標(biāo)高H。通俗的講，RTK三維水深測(cè)量就是測(cè)深儀測(cè)得水深減去RTK潮位，潮位是GPS天線到水準(zhǔn)面高減去天線到水面的高；如果是求高程的，就用RTK潮位減去水深。
　　換算公式如下：
　　H=h-ΔH1-ΔH2
　　式中：ΔH2為聯(lián)結(jié)GPS天線與測(cè)深儀換能器的聯(lián)桿長(zhǎng)。由于GPS接收儀與測(cè)深儀的數(shù)據(jù) 采集同步進(jìn)行。因此在上述的測(cè)量過(guò)程中，無(wú)須對(duì)水面高程進(jìn)行測(cè)定，即無(wú)需看水位。
　　1.2 高程計(jì)算
　　GPS-RTK 三維水深測(cè)量技術(shù)，其水底測(cè)點(diǎn)的 高程值計(jì)算公式如下：
　　H = hgps - h1- h2
　　式中：H 是測(cè)點(diǎn)高程；
　　hgps 是GPS相位中心高程；
　　h1是GPS相位中心至測(cè)深儀換能器底部的高度；
　　h2是換能器底部至水底測(cè)點(diǎn)的水深值。
　　當(dāng)需要計(jì)算測(cè)點(diǎn)相對(duì)當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵娴乃�深值時(shí)，計(jì)算公式如下：
　　H水深= H85-H測(cè)點(diǎn)
　　式中：H水深是測(cè)點(diǎn)水深
　　H85是1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)至理論基面的高差（向上為正）
　　H測(cè)點(diǎn)是觀測(cè)點(diǎn)85高程值
　　基于以上方法，我們首先將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理成采用 1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)表示的測(cè)點(diǎn)高程，再將“理基差”減去測(cè)點(diǎn)高，得到測(cè)點(diǎn)水深值。
　　1.3 坐標(biāo)系統(tǒng)
　　使用RTK技術(shù)可以達(dá)到精度為2～3cm的平面和高程定位結(jié)果，但這一精度是相對(duì)于基準(zhǔn)站的，換句話說(shuō)，基準(zhǔn)站的平面和高程基準(zhǔn)及其精度直接影響RTK三維測(cè)量方法結(jié)果的精度。因此必須正確選擇基準(zhǔn)站的平面和高程基準(zhǔn)。
　　RTK三維水底地形測(cè)量方法對(duì)平面基準(zhǔn)的要求和其他測(cè)量工作方法是相同的，但高程系統(tǒng)；由于工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求不同，可能有所不同。如采用平均海水面、最低潮位面等。這就需要將GPS測(cè)量的高程轉(zhuǎn)換到設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)中，在小范圍（<3km）可以采用平面方法，將GPS高程系統(tǒng)的高程平移到設(shè)計(jì)高程系統(tǒng)中。
　　2.航道維護(hù)測(cè)量中的應(yīng)用
　　2.1測(cè)區(qū)概況
　　上海航道處轄區(qū)負(fù)責(zé)（江陰黃田港至太倉(cāng)瀏河口）長(zhǎng)江下游河段維護(hù)工作，干線全長(zhǎng) 135.4km，江面開(kāi)闊，航運(yùn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。由江陰、福姜沙、瀏海沙、南通、通州沙、白茆沙、瀏河水道、以及北支水道共八個(gè)水道組成。每年的航道維護(hù)測(cè)量及相關(guān)測(cè)量業(yè)務(wù)繁忙。
　　2.2基準(zhǔn)站的建立和使用
　　因?yàn)楹降罍y(cè)量是長(zhǎng)期的，目前長(zhǎng)江網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋不全，我處轄區(qū)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，通過(guò)建網(wǎng)組成測(cè)區(qū)控制點(diǎn)網(wǎng)，計(jì)算測(cè)區(qū)的七參數(shù)，并建立GPS基站。一般站點(diǎn)的信號(hào)在10公里以?xún)?nèi)，根據(jù)儀器性能和測(cè)區(qū)環(huán)境，目前能達(dá)到15公里。建網(wǎng)后使用測(cè)區(qū)江蘇CORS基站點(diǎn)與基準(zhǔn)站組網(wǎng)復(fù)測(cè)，以確定基準(zhǔn)站是否有位移，保證基準(zhǔn)站的坐標(biāo)正確性�；�線解算及網(wǎng)平差數(shù)據(jù)處理中，選測(cè)區(qū)周?chē)�四個(gè)JSCORS點(diǎn)與其聯(lián)測(cè)，四個(gè)點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)由JSCORS數(shù)據(jù)中心提供�；�線解算及網(wǎng)平差數(shù)據(jù)處理采用天寶TBC（Trimble Business Center）軟件，其中用到精密星歷由德國(guó)GNSS數(shù)據(jù)中心提供。
　　基線結(jié)算中水平中誤差最大4mm，最小1mm，平均3mm，高程中誤差最大12mm，最小9mm，平均11mm，符合C級(jí)網(wǎng)要求，網(wǎng)平差采用擬穩(wěn)平差的方法，分別選取不同JSCORS點(diǎn)作為WGS84起算點(diǎn)，檢驗(yàn)其它解算點(diǎn)的精度。
　　2.3 測(cè)前準(zhǔn)備
　　2.3.1 儀器設(shè)備及成圖軟件準(zhǔn)備
　　作業(yè)采用天寶SPS855 接收機(jī)、HY-1601 測(cè)深儀、HY-1200 聲速剖面儀、清華山維 EPS 軟件、HYPACK數(shù)據(jù)處理軟件。
　　2.3.2 測(cè)線布設(shè)
　　水下地形測(cè)量采用橫斷面法施測(cè)。在測(cè)量前布設(shè)好橫斷面線（簡(jiǎn)稱(chēng)：計(jì)劃線）。計(jì)劃線布設(shè)滿足如下要求：①計(jì)劃線的布設(shè)方向基本垂直于主泓等深線或岸線。測(cè)點(diǎn)間距為圖上5m m。②檢查線布設(shè)方向應(yīng)基本滿足與計(jì)劃線正交原則。檢查線的總長(zhǎng)度不低于計(jì)劃線總長(zhǎng)度的5%。③特征地貌水域計(jì)劃線應(yīng)加密，其加密原則應(yīng)滿足全面反映特征地物的需要。
　　2.3.3 軟件安裝調(diào)試
　�。�1）GPS調(diào)試：要求選用雙頻測(cè)量型的，配置好GPS接收機(jī)的相應(yīng)參數(shù)，如采樣率，高度角，斷口輸出等。
　　（2）軟件設(shè)置：建立任務(wù)端口配置等把GPS和測(cè)深儀數(shù)據(jù)連接到軟件，同時(shí)設(shè)置坐標(biāo)系等：如橢球、轉(zhuǎn)換，以及對(duì)采集數(shù)據(jù)的一些參數(shù)。
　　2.4 實(shí)地測(cè)量
　　測(cè)量步驟：①儀器安裝；②平面定位；③參數(shù)設(shè)置；④檢查測(cè)深線。
　　2.5 內(nèi)業(yè)處理
　　2.5.1 水深改正
　　由于吃水改正、轉(zhuǎn)速改正及聲速改正已在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)完成，故內(nèi)業(yè)資料整理計(jì)算時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)記錄的水深值與測(cè)深儀記錄紙上的模擬水深值進(jìn)行100%對(duì)比檢查，糾正各種偽水深值，并對(duì)比較明顯的水深變化特征點(diǎn)進(jìn)行挑選摘錄，以保證測(cè)深精度并如實(shí)反映水下地貌。

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