成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 郭大為 高雅萍 李 奕

RTK技術(shù)和回聲測探技術(shù)在澧水航道測量中的應(yīng)用

成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 郭大為 高雅萍 李 奕

隨著全球定位技術(shù)的發(fā)展，作為GPS常用測量方法的RTK實時動態(tài)定位系統(tǒng)因其高精、高效、易操作的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于各種測量和放樣工作中。應(yīng)用RTK技術(shù)輔助回聲測聲技術(shù)進(jìn)行水下地形測量，能更快速、準(zhǔn)確地獲取水下地形信息。

一、工程概況及測量內(nèi)容

受湖南省交通廳委托，湖南省航務(wù)勘察設(shè)計研究院擬對石門三江口至茅草街河段（全長168 km）進(jìn)行航道勘測，需要進(jìn)行水下地形測量，但由于所測航道較長，若采用傳統(tǒng)的水下測量方法，不僅費(fèi)時、費(fèi)力，而且難以保證水下地形的測量精度，因此，決定采用RTK配合測深儀的方法進(jìn)行施測。測量內(nèi)容包括平面和高程控制測量、水深測量。測量比例尺為1∶5 000，以CASS數(shù)字化建模成圖。根據(jù)測區(qū)的特點，保證測繪工作的順利進(jìn)行，投入足夠的技術(shù)力量和先進(jìn)的儀器設(shè)備。

二、RTK的基本原理

1.GPS定位技術(shù)工作原理介紹和工作模式的選定。由于在該測量中不僅要求精度高，而且要可靠、方便、快捷，因此，采用GPS定位技術(shù)。但問題是需要針對澧水航道特點和澧水地理環(huán)境，確定選用何種類型的GPS定位接收機(jī)、何種定位模式。經(jīng)調(diào)研和試驗，選定具有實時動態(tài)差分（RTK）工作模式的Trimble R6接收機(jī)。這也契合了澧水航道測量的地理環(huán)境特點。實時動態(tài)測量RTK技術(shù)基于載波相位觀測值進(jìn)行實時動態(tài)定位，能夠?qū)崟r獲得測量點的三維坐標(biāo)值。實時動態(tài)差分（RTK）系統(tǒng)由三部分組成：基準(zhǔn)站接收機(jī)、流動站接收機(jī)和數(shù)據(jù)鏈。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在具有已知坐標(biāo)的參考點位置上，連續(xù)接收所有可視GPS信號，并將測站坐標(biāo)、觀測值等數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去，流動站接收機(jī)在跟蹤、接收GPS衛(wèi)星信號的同時接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，通過OTF算法求解相位整周模糊度，再通過相對定位模型實時解算出流動站厘米級WGS-84坐標(biāo)，根據(jù)工程特點將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.回聲測深儀的基本原理。超聲波測距是回聲測深儀的一種。它是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距D = Ct/2，式中，C為超聲波波速。超聲波聲速C與溫度有關(guān)。如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽ζ浼右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。

3.水下地形測量的作業(yè)步驟。水下地形測量包括以下幾個步驟。

（1）儀器設(shè)備準(zhǔn)備。GPS RTK儀器1套；測深儀1臺，電瓶1個，水上測量導(dǎo)航軟件1套，后期處理軟件1套（動、靜態(tài)解算和平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換），筆記本電腦1部，船1艘，鉗子、救生衣、鐵絲、繩子若干。

（2）作業(yè)計劃。事先了解測區(qū)的地理、天氣、水深等信息，做好水深測量的路線、測量距離計劃。

（3）水下地形測量的實施。首先，求解GPS轉(zhuǎn)換參數(shù)，架設(shè)好基準(zhǔn)站，并檢驗其正確性；然后，將測深儀探頭固定在船上，連接好GPS接收機(jī)、測深儀和電腦，打開電源，設(shè)置記錄設(shè)置、定位儀和測深儀接口、接收機(jī)數(shù)據(jù)格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲改正，開動船只，開始作業(yè)。

（4）數(shù)據(jù)處理。利用南方自由行測量軟件處理水下數(shù)據(jù)，通過成圖軟件繪出水下地形圖及其他圖表和報告。

三、測量實例

根據(jù)測區(qū)河道流域的地形特點與航道整治的實際需要，以E級GPS網(wǎng)作為測區(qū)平面首級控制網(wǎng)，以滿足I級導(dǎo)線測量規(guī)范，每隔8 km左右在兩岸布設(shè)一對通視的D級點作為導(dǎo)線起點。本測區(qū)由三段E級GPS網(wǎng)組成，對網(wǎng)交接處公共邊均進(jìn)行聯(lián)測。I級導(dǎo)線測量是利用新測GPS-E級點作為起算閉合。導(dǎo)線布設(shè)依江面寬窄情況，沿單岸或之字形兩岸過渡。由于堤岸上的地形幾乎沒有遮擋，有利于RTK的采點施測。在正式野外施測時，設(shè)置好GPS RTK，將基準(zhǔn)站架設(shè)于河邊小山頂、空曠的堤岸邊已知的E級點上，RTK流動站初始化后，利用附近3個已知控制點求算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和高程異常，然后進(jìn)行碎部點的三維坐標(biāo)的施測，每點觀測2 min，觀測數(shù)據(jù)存入手薄機(jī)內(nèi)存中；同時，現(xiàn)場畫草圖。

四、作業(yè)時應(yīng)注意的問題

1.科學(xué)假設(shè)基準(zhǔn)站?；鶞?zhǔn)站應(yīng)安置在地勢高且開闊的已知點上，以便于基準(zhǔn)站衛(wèi)星信號的接收和電臺數(shù)據(jù)鏈的發(fā)射。基準(zhǔn)站電臺天線要盡量高，否則會影響電臺信號的強(qiáng)度。

2.電瓶電量要充足。電瓶電量要充足，否則影響作業(yè)距離。

3.適時測量。為保證水深測量精度，測量應(yīng)選擇在風(fēng)平浪靜的天氣進(jìn)行。

4.勻速行船。為了保證數(shù)據(jù)鏈的連續(xù)性和測量精度，應(yīng)保持測量船勻速行駛，不出現(xiàn)顯著的加速度。

五、結(jié)論

與傳統(tǒng)的測量方式相比，RTK配合測深儀在進(jìn)行水下地形測量時，具有較大優(yōu)勢，特別是在水域面積較大、水下地形復(fù)雜、水位較深的水域。這種水下地形測量方法不僅簡單、高效，可以全天候作業(yè)，而且還能大大提高水深測量的精度。但目前，受GPS衛(wèi)星信號的制約，采用GPS RTK配合測深儀進(jìn)行水下地形測量還有一定的局限性，在遮擋嚴(yán)重的地區(qū)（如陡峭的峽谷、河道等地方），還不能完全取代傳統(tǒng)的測量方法，而必須結(jié)合全站儀進(jìn)行測量。