水深测量中的高程精度探讨

孙晓伟

摘要：随着设计方法的进步，施工技术的提高，对水深测量的精度要求越来越高。本文主要介绍了验潮方式和无验潮方式测量水深的高程精度控制方法及实用范围。

关键词：RTK 测深仪 高程精度

1 概述

高精度的RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。这几年来RTK在工程放样、地形测图，各种控制测量已经得到了广泛的应用，在水深测量中也得到越来越广泛的推广。测深仪是利用回声探测原理根据声波的传输速度和时间计算水深。RTK和测深仪的出现彻底取代了传统的交会定位、测深杆测水深的测量方式，大大减少了测量人员的劳动强度。它的自动化程度高，精度高，受天气影响因素小，极大的提高了工作效益。RTK和测深仪测水深主要有无验潮和验潮两种测量方式。下面将分别介绍这两种测量方式的测量原理及高程精度控制。

2 验潮方式和无验潮方式测量原理

如图所示，hr为RTK接收机高程，h为水面到RTK接收机的高度（杆高），Z0为测深头到水面高度（吃水），Z为测深头到水底高度，hs为水面高程（水位）。Zm位水底高程。则：

验潮：Zm=hs-（Z0＋Z） （1）

无验潮：Zm=hr-h-（Z0＋Z） （2）

根据上述公式：要控制水深测量的精度就要控制RTK接收机高程hr，水位hs，测量深度Z的精度。吃水Z0和杆高h是定值，只要设置准确即可。

3 验潮方式和无验潮方式测量精度分析

3.1 验潮方式测量方法 根据公式（1），要控制Zm精度，就要控制水位hs、测量水深（Z0＋Z）的精度。水位hs即水面高程，应该是测量点的实时水面高程。由于收外界环境的影响，水面的高程是时刻变化的，而且无规律。要想精确测定每一点的高程是不可能的。但很多因素对水位影响很小，可以忽略不计。经分析，主要是波浪、潮汐、水流流速等因素对水位影响较大。波浪是由于起风、气压变化或水流的撞击造成水面上下起伏，这就使得hs忽大忽小，而且这种变化毫无规律。这时要控制Zm的精度就应当增加验潮站观测次数，如果这时水位变化超过测量限差就应当停止测量，选择风浪较小的时段再测量。潮汐是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，这个运动也是水面上下起伏，不过这种起伏周期较长，变化有一定的规律，这时只有增加验潮站观测次数，水深后处理时，分时段改正，就能保证水位的测量精度。水流流速是指水流质点在单位时间内所通过的距离。水要流动，就得有高差，这就使得河流上下游水位不一样。水流得快，上下高差就大，hs变化也随之增大，反之则小。但这种变化一般是均匀的。这时要保证水位测量精度就要在河流上下游多增设验潮站数量，水深后处理时，分段该正。测深仪测量水深（Z0＋Z）的精度主要受测深仪的影响。要想测深数据可靠，就要正确安置测深杆的位置，准确设置好测深仪的声速，增溢，吃水Z，发射功率等。并且要经常用测深杆测量水深和测深仪测的水深比较，如果超过限差，要及时找到原因，排除故障。

3.2 无验潮方式测量方法 根据公式（2），要控制Zm精度，就要控制RTK高程hr、测量水深（Z0＋Z）的精度。RTK高程hr：虽然目前RTK平面精度很高，以达到2cm的精度，但由于高程异常的区域性，高程转换模型还不够完善，高程精度一直没得到很好的解决。目前RTK坐标转换方法主要有七参数的三维坐标转换法和平面坐标由相似变换、高程由拟合得到的三维分离法。七参数法可以同时得到某个点的平面坐标和高程，一般能控制10公里的测量范围，但要求至少四个已知控制点且均匀分布在测区内，还要先在控制点上做静态GPS，得到控制点的WGS84坐标，才能求解七参数。费时费力，在水上测量上用得很少。三维分离法是通过两种不通的转换分别得到某一点的平面坐标和高程信息。一般能控制3到4公里的测量范围，无需做静态GPS，只要求两个已知控制点就可以求转换参数。但这样的转换参数精度较低，尤其是高程精度。遇到高程异常比较大的地区，这样的参数只能控制2公里的测量范围。若超过控制范围，要重新找离测区近的高程点校核，才能保证RTK的高程测量精度。水面到RTK接收机的高度h为定值，只有测量无误，在软件内设置准确即口。测深仪测量水深（Z0＋Z）的精度影响因素同无验潮方式测深仪测量水深。

4 结论

通过对以上两种测量方式的高程精度影响因素的分析、比较和平时测量经验总结得出：

4.1 验潮方式测量水深适合水面相对平静的水域。如风浪比较小的水库、湖泊、内河航道。对于流速比较大的测区，可增加验潮站数量和观测次数，这样才能保证测量水深准确。

4.2 无验潮方式测量水深于水位变化无关，受外界影响因素较小。而且省去了设立验潮站的工作，受到越来越广泛的推广。但由于RTK高程精度的限制，只能选择在高程点附近测量。如果测区离高程控制点比较远了。要及时用高程点进行重新校核。

对于是选用无验潮方式测量还是验潮方式测量，应根据测区的范围、气候情况、水位变化情况和控制点分布情况，综合考虑，才能在保证水深测量精度的前提下，提高工作效率。

参考文献：

[1]赵建虎，周丰年，张红梅.船载GPS水位测量方法研究.测绘通报.2001年.

[2]乔仰文等.GPS卫星定位原理及其在测绘种的应用.教育科学出版社.

[3]张振军等.RTK测量精度评定方法研究.测绘通报.2007年1月.

[4]中海达测量技术有限公司.HD27测深仪使用手册.