GPS—RTK配合数字测深仪在水下地形测量中的应用分析

吴达　汪亮

摘 要：我国GPS-RTK综合利用水平和数字测深仪应用水平的不断提高，对提高水下地形测量数据的精确性和降低成本起到了非常重要的作用。对GPS-RTK技术进行了简要介绍，并对GPS-RTK配合数字测深仪在水下地形测量中的应用进行了分析。

关键词：GPS-RTK；数字探测仪；水下地形测量；回声测深仪

中图分类号：P228.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.078

随着我国卫星定位技术的快速发展和GPS价格的下降，GPS-RTK的应用门槛相对降低，这促使GPS-RTK的应用范围逐渐扩大。GPS-RTK配合数字探测仪在水下地形的测量应用可获得良好的水下地下测量结果。该测量方式是在实践过程中逐步发展起来的，在水利建设、海底资源探测等相关领域的发展中起着基础性作用。

1 GPS-RTK技术简介

GPS-RTK与数字探测仪应用方法的紧密结合，数字测深法应用水平的不断提升，大大提升了水下地形测量的分析数据、现场数据采集和系统运行的效率，且对水下地形测量的实施和测量结果都有着重要的影响。通常而言，RTK基准站系统包含GPS接收天线、电台和无线数据发射台，通过单个或更多的时间点为参照通过卫星在参考工作中获取相同的测量信号，对比观测站与已知位置的信息，从而通过GPS观测结果进行水下地形测量的误差修正。水下地形测量采用测量仪器确定水下三维坐标。传统的水下地形测量的方法是在一个固定控制点利用经纬仪、测距仪和全站仪等设备获取水下地下探测所需的平面位置，并通过测深杆、测锤和回声测深仪等工具获得水下点的坐标。这种方法不仅对仪器的精度、测量距离、天气情况、能见度和通讯条件有着较高的要求，且工作效率很低。随着电子声纳技术和GPS的发展，GPS-RTK与数字测深仪的有效结合在水下地形三维数据的采集、传输和观测中起着越来越重要的作用，并可满足水下测量精度的需求。GPS-RTK水下地下测量通过获取平面位置三维坐标，从而得到水下地形点的高程、相应的水下地形测量数据。其探测公式为：

Hd=Hs-D. （1）

式（1）中：Hd为水下地形点高程；Hs为对应处的水面高程；D为由测深仪测得的水深。

GPS-RTK与数字测深仪的有效结合对水下地形测量系统在上述条件下进行有效测量、自动处理测试数据、提升测量效率、改善劳动条件和降低工作强度都有着重要的影响。同时，可以使现今的精密数字探测仪发挥其自动化优势。水下地形测量工作人员通过了解和分析GPS-RTK技术的工作原理和应用方法，结合数字探测仪与其他新工艺的优点，对水下地形测量工作效率的提高起到了很大的帮助。具体如图1所示。

2 应用分析

GPS-RTK技术最早应用于广播电台、无线电站、变电站和气象台的运行，但随着GPS-RTK的快速发展和数字探测仪的不断完善，GPS-RTK配合数字测深仪在水下地型测量中的应用范围也越来越广。以下从3个方面出发，对GPS-RTK配合数字测深仪在水下地形测量中的应用进行了分析。

2.1 工程概况

GPS-RTK技术的应用离不开对工程概况的了解，本文以淮河沿岸一码头为工程模型进行水下测量。该码头东西向长1 km，码头区域内水深最深为11 m，吞吐量为2.0×107 t，并采用浮码头1级500 t货物的建筑结构。通过对该码头进行水下地下探测，可对该码头的工程概况、运输资源和仓储资源进行有效分析。

2.2 测前准备

GPS-RTK与数字测深仪的测量多采用高站系统。应用GPS-RTK在对水下地形进行测量前，需要进行机器的安装，并在基站的接收和发射信号完成后设置码头坐标、投影参数。在机器安装完成后，通过校正GPS-RTK误差可确保其测量误差处于规定范围内。

2.3 水下地形数据采集

水下地形测量工作人员在测量前，应及时进行数据的采集和校准工作。对于出现的地形误差，应通过探测校正、修正和测量船导航的导航软件进行进度控制。为了有效接收GPS-RTK在水下地形测量中的实时数据，应要求测量船的船速不超过8 m/s，且不得超过GPS-RTK观测数据同步的最高速度和数字测深仪的记录速度。通常而言，数字探测仪器多固定在测量船上的适当位置，并要对速度和距离等参数进行实时修正，从而实现水下地形数据的有效采集和有效传输。

3 实验分析

在应用GPS-RTK和数字探测仪进行数据采集后，可通过全站测量保证数据同步率的提高，并可以使用实时导向工具进行定位数据分析。一般而言，测量数据的实验分析主要包括对纬度数据、经度数据、海拔数据和水深数据等内容的分析。通过对各种参数的分析、正确设置水文测量软件和转换主要数据格式，可对样本数据集进行深度分析，从而有效减少测量误差。

4 结束语

通过采用GPS-RTK与数字测深仪紧密结合的工作模式，使淮河沿岸码头的运输变得更为便利。GPS-RTK配合数字测深仪在水下地形测量中的应用具有经济、简单和快速等特点，不仅可在全天候下进行水下地形测量工作，还可以提供厘米级的测量精度。同时，可节省人力资源和设备资源，对提高水下地形测量工作的精度和效率都起到了非常重要的作用。

〔编辑：张思楠〕

Abstract： The utilization level of GPS-RTK applications and digital sounder increasing levels of underwater topographic survey data to improve the accuracy and reduce costs played a very important role. GPS-RTK technology for a brief introduction， and digital depth sounder with GPS-RTK in Underwater Topographic Survey were analyzed.

Key words： GPS-RTK； digital detector； underwater topography； echo sounder