李恩重，杜寶鑫

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.雙鴨山市國土資源勘測規(guī)劃院，黑龍江雙鴨山 155100)

GPS RTK在松花江哈爾濱市城區(qū)段測量中的應用
——泄洪渠開挖筑島工程水下地形測繪

李恩重1，杜寶鑫2

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.雙鴨山市國土資源勘測規(guī)劃院，黑龍江雙鴨山 155100)

水下地形測量是水利工程測量中一項重要的基礎工作，隨著測繪技術水平的不斷提高，傳統(tǒng)的測繪模式已逐漸淡出了測繪工作者的視線，文章介紹利用GPS實時動態(tài)差分技術結合測深儀在松花江哈爾濱城區(qū)段泄洪渠開挖筑島工程中進行水下地形測量。

GPS;水下地形測繪;測深儀;作業(yè)方法;實時動態(tài)差分技術;精度;誤差來源;對策

1 引言

松花江哈爾濱江段泄洪渠開挖筑島工程建設地點位于松北區(qū)外貿堤與太陽島堤之間。該泄洪渠于2007年開挖并竣工。施工前，根據規(guī)劃在此段進行開挖筑島工程，為向規(guī)劃設計提供基礎資料，需要對泄洪渠水下地形進行1∶2000地形圖測繪。該段泄洪渠寬度大、水較深，采用傳統(tǒng)方法進行水下地形測量勞動強度大、效率低、精度差。為更快、更好的完成該段泄洪渠水下地形測量任務，決定采用GPS RTK結合數(shù)字測深儀進行水下地形測量。

GPS實時動態(tài)差分技術是利用GPS的相對定位原理進行測量，其解算后定位精度可達到厘米級，同時配備測深儀，使定位和測深同步完成。

2 水下地形測繪系統(tǒng)構成及特點

此次水下地形測繪運用的設備包括中海達V8 GNSS RTK雙頻雙星定位系統(tǒng)和中海達HD－27數(shù)字測深儀。

1)衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括基準站和移動站兩個部分。該系統(tǒng)通過接收美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)的信號，運用實時動態(tài)差分技術(RTK)得到當前所在位置的三維坐標。該技術具有作業(yè)效率高、定位精度高、集成化程度高等諸多優(yōu)勢，可以在短時間迅速獲得所在位置的厘米級精度的平面及高程數(shù)據，不受天氣及通視條件的影響。

2)中海達HD－27T測深儀嵌入式安裝了測深導航二合一軟件，通過與任何一種GPS相連通，利用系統(tǒng)自帶的一體式電腦，并以瀑布式電子圖象顯示、存貯，達到現(xiàn)場無紙記錄。

3 水下地形測量的作業(yè)方法

3.1 求轉換參數(shù)

1)將GPS基準站架設在我院前期布設的已知點A上;設置好參考坐標系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據格式、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，輸入基準站坐標后設置為基準站并求得轉換參數(shù)。

2)啟動移動站后在已知點B采集該點固定解坐標，并與該點已知坐標相校核。

3.2 設備的連接

1)將RTK移動站接收機天線和測深儀測深探頭懸架固定在船幫外，接收機天線垂直向上并與深入水中的測深探頭位于同一投影圓心。

2)通過數(shù)據線將GPS RTK接收機、數(shù)字化測深儀和便攜機等連接好后，打開電源。設置好記錄設置、測深儀配置、定位儀和測深儀接口、接受機數(shù)據格式、天線偏差改正及延遲校正。

3.3 數(shù)據的采集

本次水下地形測量通過斷面測量法進行數(shù)據采集，垂直于渠道每隔40 m布置一條橫斷面，分別采集每條橫斷面的水下地形高程點。

3.4 數(shù)據的后處理

將采集到得水下地形數(shù)據從測深儀導出，利用相應配套的數(shù)據處理軟件對測量數(shù)據進行后期處理，形成所需要的測量成果——水下地形圖，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

4 作業(yè)時應該注意的若干問題

4.1 關于RTK基準站的問題

1)因為實時差分GPS技術的關鍵在于數(shù)據處理技術和數(shù)據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據傳輸給流動站接收機。所以電臺天線要盡量高。如果距離較遠，則要使用高增益天線;否則將影響到作業(yè)距離;若有通信信號覆蓋最好使用網絡模式。

2)在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據鏈接收來自基準站的數(shù)據，還要采集GPS觀測數(shù)據，并在系統(tǒng)內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不到1 s?；鶞收竞鸵苿诱颈仨氁３?顆以上相同衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果;所以有時偶爾RTK沒有固定解也是正常的。

4.2 關于RTK流動站的問題

1)解的模式要使用RTK Extrap(外推)模式。

2)數(shù)據鏈接受間隔要與基準站設置的發(fā)射間隔一致，都要為1。

3)如果使用海洋測量軟件導航、定位，則記錄限制要為RTK固定解，并且高程改正要在天線高里去改正。

4)差分天線要盡可能的高。

4.3 關于作業(yè)船只駕駛的問題

1)測量過程中要沿預先設定的橫斷面行駛，這樣測得的水下高程點分布均勻，便于繪制水下地形。

2)測量過程中船只開行要保持勻速。由于數(shù)字測深儀是按固定時間間隔自動采點，所以要勻速開行以保證采點分布均勻。

5 誤差來源及相應對策

在實際進行水下地形測量時，其測量精度會由于采樣速率、船體的搖擺、同步時差、水面高程傳遞及GPS高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，上述誤差對精度的影響遠遠大于GPS的定位誤差，是提高水深測量精度瓶頸因素，應特別注意。

5.1 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)，通過專用的的測量軟件接入進行修正。

5.2 水面反射造成的多路徑誤差

由于泄洪渠水流流速較慢，在無風的天氣里很容易產生鏡面發(fā)射造成多路徑誤差，從而嚴重影響觀測質量?？梢杂眉垰は涮自诮邮諜C天線上，將天線上面的紙殼剪掉，保留下面和側面，再進行觀測即可解決多路徑誤差問題。

5.3 采樣速率的延遲造成的誤差

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時采集的精度和密度，現(xiàn)在大多數(shù)GPS都可以最高輸出率達20HZ，而測深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數(shù)據輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據的定位時刻和水深數(shù)據的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項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量結果計算得到，也可以采用以往的經驗數(shù)據。

5.4 GPS高程可靠性的問題

GPS高程用于測量水深，其可信度問題是倍受關注的問題。在作業(yè)之前把使用GPS測量的水位與人工觀測的水位進行比較，檢驗GPS高程的可靠性，通過實踐證明GPS高程是可靠的。為了使在作業(yè)過程中由于多路徑反射等帶來的誤差被及時發(fā)現(xiàn)，可利用測深儀自帶的軟件從采集的數(shù)據中提取高程信息繪制水位曲線。根據曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產生個別跳點，然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點。

綜上，利用實時動態(tài)差分技術結合數(shù)字測深儀進行水下地形測量，使得水深測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經濟，所以不失為一種先進的測量技術，必將得到更加廣泛的應用。

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1007－7596(2011)05－0031－02

2011－03－16

李恩重(1984－)，男，黑龍江寧安人，助理工程師;杜寶鑫(1983－)，男，山東煙臺人，助理工程師。