愛(ài)華網(wǎng)???? 1.引言 GPS技術(shù)的出現(xiàn)，帶來(lái)了測(cè)量方法的革新,在大地控制測(cè)量、精密工程測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)等應(yīng)用中形成了具有很大優(yōu)勢(shì)的實(shí)用化方案。尤其是GPS- RTK技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度，為工程放樣、地形測(cè)圖、地籍及房地產(chǎn)測(cè)量、水下地形測(cè)量等帶來(lái)了新的作業(yè)方法，極大地提高了野外作業(yè)效率，是GPS應(yīng)用的里程碑。特別是利用RTK與測(cè)深技術(shù)，組成GPS-RTK和測(cè)深儀聯(lián)合作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行水下地形測(cè)量，在實(shí)際海洋勘察中取得了顯著的效果。 2.信標(biāo)機(jī)的基本原理 信標(biāo)機(jī)是可以自動(dòng)選擇信標(biāo)臺(tái)的雙通道接收機(jī)，集無(wú)線電信標(biāo)接受和載波相位接受與一體，定位無(wú)需投資基準(zhǔn)站設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航與測(cè)量，并不受地域限制提供亞米級(jí)差分定位精度，但其有自身的不足，不可以實(shí)時(shí)測(cè)定其位置的高程，其高程采用驗(yàn)潮的方法來(lái)修正和確定，在實(shí)際應(yīng)用中，驗(yàn)潮的時(shí)間間隔長(zhǎng)短與數(shù)據(jù)誤差成正比。驗(yàn)潮的誤差源主要有三個(gè)方面：目測(cè)的誤差；測(cè)量船在風(fēng)浪作用下的升降位置⊿h不均勻造成的高程誤差；潮位改正，為了正確的表示海底地形，需要將瞬時(shí)海面測(cè)得的深度，計(jì)算至平均海面、深度基準(zhǔn)面起算的深度，這一歸算過(guò)程稱為潮汐改正。在驗(yàn)潮站的作用范圍內(nèi)，瞬時(shí)水面的潮汐可通過(guò)諸驗(yàn)潮站的潮位觀測(cè)值內(nèi)插獲得，即潮汐內(nèi)插?；貧w法內(nèi)插潮汐實(shí)質(zhì)上是將潮汐的瞬間變化看作時(shí)間的多項(xiàng)式函數(shù)T（t），利用N個(gè)觀測(cè)間隔⊿t的潮位觀測(cè)值內(nèi)插出N⊿t時(shí)段的潮汐變化曲線，該曲線即反映了該時(shí)段潮汐變化的特征。其解決辦法為：多人多次進(jìn)行觀測(cè)，取平均值，測(cè)量的船的前行速度在一定范圍之內(nèi)并保持勻速，方可減小系統(tǒng)誤差和偶然誤差。因信標(biāo)儀的定位精度不高、驗(yàn)潮的精度差和比較煩瑣而顯得不足。GPS- RTK技術(shù)出現(xiàn)后取代了信標(biāo)機(jī)位置。 3.RTK技術(shù)的基本原理 GPS技術(shù)始于20世紀(jì)90年代初,先是靜態(tài)GPS定位，21世紀(jì)初發(fā)展出動(dòng)態(tài)GPS定位，即GPS-RTK系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于載波相位觀測(cè)值基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。其系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)三大部分組成。在RTK工作過(guò)程中，選擇已知控制點(diǎn)或支點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并在其上架設(shè)RTK基準(zhǔn)站，連續(xù)實(shí)時(shí)接收全球定位系統(tǒng)（GPS）衛(wèi)星信號(hào)。在RTK流動(dòng)站，要先進(jìn)行設(shè)備初始化，待完成整周模糊度的搜素求解獲得窄帶固定解后，再進(jìn)行RTK作業(yè)。工作中，RTK基準(zhǔn)站將測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)、載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)等信息通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)，流動(dòng)站接收機(jī)通過(guò)電臺(tái)（數(shù)據(jù)鏈）接受來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，同時(shí)還要采集GPS衛(wèi)星載波相位信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)差分處理，采用卡爾曼濾波技術(shù),在運(yùn)動(dòng)中初始化求出整周模糊度，流動(dòng)站點(diǎn)位坐標(biāo)與基準(zhǔn)站間的坐標(biāo)差（⊿x, ⊿y, ⊿z）等信息，由此可獲得流動(dòng)站點(diǎn)在基準(zhǔn)站坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)值。最好通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和參數(shù)轉(zhuǎn)換等計(jì)算，得到流動(dòng)站站點(diǎn)在所需坐標(biāo)系統(tǒng)下的三維坐標(biāo)（X，Y，Z），精度可達(dá)厘米級(jí)。 4. 測(cè)深儀技術(shù)及水下地形測(cè)量的原理 測(cè)深儀技術(shù)多采用回聲測(cè)深原理，即采用聲波在不同介質(zhì)中的傳播的速率不同，并且在兩種不同介質(zhì)界面出會(huì)產(chǎn)生反射的原理。由測(cè)深儀換能器發(fā)射的電磁波，在海水中傳播，遇到海底介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)發(fā)生了改變，必然會(huì)引起電磁波反射，經(jīng)海底表面反射的電磁波，再有換能器接受，通過(guò)計(jì)算換能器連續(xù)兩次發(fā)射、接受電磁波的時(shí)間差，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算，就可獲得電測(cè)波在水中傳播的距離，從而獲得相應(yīng)的水深值h深。測(cè)深儀換能器向水底發(fā)射的脈沖信號(hào)是垂直于換能器平面的，因此換能器只有處于水平位置才能精確的測(cè)定換能器到水底的真實(shí)水深值，在簡(jiǎn)化模式下，水深值的計(jì)算可采用如下計(jì)算公式： h深=c⊿t/2式中，c為聲波在水中的傳播速率。 水下地形測(cè)量包括兩部分:定位和水深測(cè)量。傳統(tǒng)海洋測(cè)量多采用信標(biāo)機(jī)+測(cè)深儀模式，該模式的原理是用信標(biāo)機(jī)定位、測(cè)深儀測(cè)水下深度、用潮水校正高程。目前采用GPS-RTK 差分定位、而水深測(cè)量采用的是回聲測(cè)深儀的方法。這樣就可以確定水底點(diǎn)的高程： ?。?） 式中，為水底點(diǎn)高程，為水面高程，為測(cè)量水深，為換能器的靜吃水。 在觀測(cè)條件比較好的情況下，考慮RTK具備比較高的高程確定精度，同時(shí)嚴(yán)格考慮船姿的影響，無(wú)驗(yàn)潮模式下的水底點(diǎn)高程可通過(guò)下式確定： ?。?） 式中，為GPS相位中心的高程（通過(guò)RTK直接確定），為GPS接收機(jī)天線相位中心距換能器面的垂距，為姿態(tài)引起的深度改正。 5. 水深測(cè)量的基本作業(yè)步驟 水深測(cè)量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件等組成。測(cè)量作業(yè)分三步來(lái)進(jìn)行,即測(cè)前的準(zhǔn)備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測(cè)量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。 A. 測(cè)前的準(zhǔn)備 a.求轉(zhuǎn)換參數(shù) ?、賹PS基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)A上,設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù),關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和7參數(shù),輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)(該點(diǎn)的單點(diǎn)84坐標(biāo))后設(shè)置為基準(zhǔn)站。 ?、趯PS移動(dòng)站架設(shè)在已知點(diǎn)B上,設(shè)置好參考坐標(biāo)系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、接收間隔,關(guān)閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和7參數(shù)后,求得該點(diǎn)的固定解(84坐標(biāo))。 ③通過(guò)A、B兩點(diǎn)的84坐標(biāo)及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。 b.建立任務(wù) 設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、一級(jí)變換及圖定義。 c.作計(jì)劃線 如果已經(jīng)有了測(cè)量斷面就不需要重新布設(shè),但可以根據(jù)需要進(jìn)行加密。 B.外業(yè)的數(shù)據(jù)采集 架設(shè)基準(zhǔn)站在求轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)架設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)上,且坐標(biāo)不變。將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀和便攜機(jī)等連接好后,打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測(cè)深儀接口、接收機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后,就可以進(jìn)行測(cè)量工作了。 C. 數(shù)據(jù)的后處理 數(shù)據(jù)后處理是指利用相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理,形成所需要的測(cè)量成果——水深圖及其統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告等,所有測(cè)量成果可以通過(guò)打印機(jī)或繪圖機(jī)輸出。 6. 影響水深測(cè)量精度的幾種因素及相應(yīng)對(duì)策 在實(shí)際使用無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水深測(cè)量時(shí),測(cè)量結(jié)果精度會(huì)由于船體的搖擺、采樣速率、RTK與測(cè)深儀采集數(shù)據(jù)同步時(shí)差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響。 A. 船體搖擺姿態(tài)的修正 船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進(jìn)行修正,修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù),通過(guò)專用的測(cè)量軟件接入進(jìn)行修正。在實(shí)際作業(yè)中高速行駛的船體左右搖擺較輕微。 B. RTK定位數(shù)據(jù)與測(cè)深數(shù)據(jù)不同步造成的誤差 GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時(shí)采集的精度和密度,現(xiàn)在大多數(shù)RTK方式下GPS輸出率都可以高達(dá)20HZ ,而測(cè)深儀的輸出速度各種品牌差別很大,數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此,定位數(shù)據(jù)的定位時(shí)刻和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)刻的時(shí)間差造成定位延遲。對(duì)于這項(xiàng)誤差可以在延遲校正中加以修正,修正量可在斜坡上往返測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到,也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 C.吃水改正 吃水改正包括靜態(tài)吃水和動(dòng)態(tài)吃水。根據(jù)換能器相對(duì)船體的位置，換能器可按照幾何關(guān)系求解。動(dòng)態(tài)吃水就是要確定作業(yè)船在靜態(tài)吃水的基礎(chǔ)上因航行造成的船體吃水的變化。這種變化有時(shí)也稱作航行下沉量，它受船只負(fù)載、船型、航速、航向和海況等諸多因素的綜合影響。通常采用霍密爾公式計(jì)算船只動(dòng)態(tài)吃水。 該公式較好的反映了船體航行下沉量（△D）與航速（v）、航道水深（D）的關(guān)系。其中K系數(shù)是由實(shí)測(cè)資料推算，按照船舶長(zhǎng)（L）與寬（h）之比值為引數(shù)查取。 D. RTK高程可靠性的問(wèn)題 RTK高程用于測(cè)量水深,其可信度問(wèn)題是倍受關(guān)注的問(wèn)題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測(cè)量的水位與人工觀測(cè)的水位進(jìn)行比較,判斷其可靠性,實(shí)踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無(wú)誤,可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線(由專用軟件自動(dòng)完成) 。根據(jù)曲線的圓滑程度來(lái)分析RTK高程有沒(méi)有產(chǎn)生個(gè)別跳點(diǎn),然后使用圓滑修正的方法來(lái)改善個(gè)別錯(cuò)誤的點(diǎn)。 7. 作業(yè)時(shí)應(yīng)該注意的若干問(wèn)題 A.有關(guān)基準(zhǔn)站的問(wèn)題 a.因?yàn)镽TK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)(偽距觀測(cè)值,相位觀測(cè)值) 及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)。所以: 電臺(tái)天線要盡量高。如果距離較遠(yuǎn),則要使用高增益天線,否則將影響到作業(yè)距離；電源電量要充足,否則也將影響到作業(yè)距離。 b.設(shè)站時(shí)要限制最大衛(wèi)星使用數(shù),一般為8顆。如果太多,則影響作業(yè)距離,太少,則影響RTK初始化。 c.如果不是使用7參數(shù),則在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)要使Transform To WGS84 (轉(zhuǎn)換到WGS84 坐標(biāo)系) 處于off (關(guān)閉) 狀態(tài)。 d.如果使用7參數(shù),則△X、△Y、△Z 都小于±100 較好,否則重求。 e.在求轉(zhuǎn)換參數(shù)前,要使參數(shù)轉(zhuǎn)換和7參數(shù)關(guān)閉。 f.在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果,歷時(shí)不到一秒鐘?；鶞?zhǔn)站和移動(dòng)站必須保持四顆以上相同衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。所以有時(shí)偶爾RTK沒(méi)有固定解也是很正常的。 B. 有關(guān)流動(dòng)站的問(wèn)題 a.解的模式要使用RTK Extrap (外推) 模式。 b.數(shù)據(jù)鏈接收間隔要與基準(zhǔn)站設(shè)置的發(fā)射間隔一致,都要為1。 c.如果使用海洋測(cè)量軟件導(dǎo)航、定位,則:記錄限制要為RTK固定解；高程改正要在天線高里去改正。 d.差分天線要盡可能的高。 C.關(guān)求轉(zhuǎn)換參數(shù)的問(wèn)題 已知兩點(diǎn)在測(cè)程及測(cè)區(qū)內(nèi)要盡量遠(yuǎn)。同時(shí),這兩點(diǎn)不能在同一條經(jīng)線或同一條緯線上。 8. 結(jié)束語(yǔ) 利用RTK技術(shù)進(jìn)行水下地形測(cè)量，在大面積開闊地區(qū)具有巨大的優(yōu)勢(shì)，使得水下地形測(cè)量這項(xiàng)工程變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟(jì),可以全天候?qū)嵤y(cè)量工作,同時(shí)也提高了測(cè)量精度。但在障礙物遮擋嚴(yán)重的地區(qū)如部分陡峭峽谷區(qū)域可能因RTK信號(hào)問(wèn)題不能完全取代傳統(tǒng)測(cè)量方法，必須結(jié)合交會(huì)法或極坐標(biāo)法才能取得理想的效果。2006年我公司在湛江港區(qū)域率先采用RTK-測(cè)深儀模式進(jìn)行水下地形測(cè)量作業(yè)，效果顯著。隨著RTK技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用前景將更加廣闊。 參考文獻(xiàn) [1]徐紹銓. 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