（上饒市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院 江西上饒 334000）

在工程當(dāng)中，為了獲得水下測(cè)繪點(diǎn)的高程與平面位置，并根據(jù)測(cè)點(diǎn)的位置和高程進(jìn)行地形圖以及斷面圖的繪制，水下地形的測(cè)量是水利工程當(dāng)中重要的組成部分和關(guān)鍵步驟。傳統(tǒng)意義上來說主要是采用雙頻回聲測(cè)深儀、多波束回聲測(cè)深儀以及鉛線或者探深桿與單波束測(cè)深儀來進(jìn)行水的深度的測(cè)量。在我國，當(dāng)前許多工程單位采用的是單波束的測(cè)深儀，就是通過對(duì)聲波的反射時(shí)間來計(jì)算相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)深度這一原理。水下地形的測(cè)量被分為兩個(gè)部分：平面以及高程定位。高程的定位運(yùn)用的主要是單波束的數(shù)字測(cè)深儀，平面的定位主要是采用GPS-RTK以及全站儀。GPS-RTK、數(shù)字測(cè)深儀以及網(wǎng)絡(luò)PTK等技術(shù)和設(shè)備具有高精度、高自動(dòng)化的特點(diǎn)，且靈活方便，其在工程當(dāng)中的應(yīng)用也很大程度上滿足了大型的水下地形測(cè)量需要。

1 概述

GPS 即全球定位系統(tǒng)是新一代的空間衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的主要作用在于實(shí)現(xiàn)海陸空各領(lǐng)域?qū)崟r(shí)的、全球性的以及全天候的導(dǎo)航與定位服務(wù)的提供。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS 在普通工程測(cè)量以及大地的測(cè)量學(xué)當(dāng)中的作用也日益重要。若要獲得高精度的、實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)，需要采用全球定位系統(tǒng)差分實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)量技術(shù)，取得GPS 接收機(jī)的相位的校正數(shù)據(jù)或者原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)，以此獲得流動(dòng)站的位置，也可以通過網(wǎng)絡(luò)RTK 相關(guān)技術(shù)取得高程以及坐標(biāo)。

2 水下地形圖測(cè)繪的原理

水下的地形測(cè)量指的是通過全球定位系統(tǒng)來獲得相應(yīng)測(cè)點(diǎn)精確平面位置、通過探測(cè)儀進(jìn)行測(cè)點(diǎn)在深度上的測(cè)定，以及根據(jù)水位高度和瞬時(shí)的水位數(shù)據(jù)求得測(cè)點(diǎn)的高程。這一模式在外業(yè)效益的提高上產(chǎn)生了一定程度的困難，要解決各項(xiàng)困難的同時(shí)，進(jìn)行工作流程上的簡(jiǎn)化且提高水下地形的測(cè)量精度，就有了沒有水位高程的測(cè)量，通過GPS-RTK技術(shù)測(cè)量的原理進(jìn)行測(cè)量方案的制定。

圖1 水下地形測(cè)量原理

在圖中hp、Hko分別代表測(cè)深儀換能器所測(cè)水深以及換能器的瞬時(shí)高程，參考站與流動(dòng)站電臺(tái)傳輸以及接收距離通常為五公里（GPS-RTK 與距離因素沒有關(guān)系），通常不考慮地球在水平表面上的變化,通過換能器瞬時(shí)的高程得出水下點(diǎn)正常高，也就是Hi=Hko-hp。

3 鄱陽湖水下地形測(cè)量的應(yīng)用

（1）工程概況。湖泊整治和湖底清淤工程須對(duì)湖岸線和水下進(jìn)行1∶500 地形測(cè)量，湖泊水深—般在0.5米-4米左右，淤泥深度0.2米-2米，1∶500 水下地形測(cè)量中，須測(cè)出湖底高程和淤泥的深度，并按斷面測(cè)量要求計(jì)算清淤工程量。在該整治工程中，我們先根據(jù)湖泊形狀，按照斷面測(cè)量要求，制定作業(yè)計(jì)劃線，保證斷面間距和測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)距符合工程要求，斷面間距一般15米，測(cè)點(diǎn)距離5米，作業(yè)時(shí)測(cè)量船嚴(yán)格按計(jì)劃線施測(cè)。水下測(cè)量使用的設(shè)備主要有徠卡GX1230 雙頻GPS 兩臺(tái)，參考站、移動(dòng)站（也可以采用網(wǎng)絡(luò)RTK 模式）,海鷹HY-1600 數(shù)字測(cè)深儀、測(cè)量艇—艘和南方水深處理軟件。該項(xiàng)目湖泊岸線 施測(cè)200米，沿湖岸線布設(shè)了E級(jí)GPS 和圖根控制，高程按四等水準(zhǔn)施測(cè)，水下測(cè)量時(shí)，GPS 基準(zhǔn)站均設(shè)在沿湖的E級(jí)GPS點(diǎn)上，流動(dòng)站在測(cè)區(qū)周邊至少3個(gè)E級(jí)GPS 上進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)已知數(shù)據(jù)和觀測(cè)值進(jìn)行比較，計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程校正參數(shù)。另外為確保GPS RTK測(cè)點(diǎn)高程精度，我們按常規(guī)水下測(cè)量方法每天還測(cè)定了水面高程，兩種方法計(jì)算出的同點(diǎn)高程的較差均不大于5厘米，以上說明利用GPS RTK進(jìn)行水下地形測(cè)量精度是可靠的，并且大大提高了工作效率。

（2）外業(yè)數(shù)據(jù)的采集。開啟測(cè)深軟件的自由行，工程名稱要重新建立，進(jìn)行坐標(biāo)系的確定，投影參數(shù)、輸入變換的參數(shù)、高程校正參數(shù)，進(jìn)行連接端口以及對(duì)應(yīng)波特率的設(shè)置；根據(jù)成圖的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行瞬時(shí)水深采集的時(shí)間或距離的輸入；根據(jù)成圖的比例尺進(jìn)行水下測(cè)量的計(jì)劃線的制定等等。

（3）工程中數(shù)據(jù)的后處理。對(duì)于水深數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要先對(duì)整個(gè)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，再自動(dòng)處理，進(jìn)而軟件將自動(dòng)深度出數(shù)據(jù)平滑上有狀況，仍然有相當(dāng)一部分的水深度沒有辦法進(jìn)行處理，有許多數(shù)據(jù)需要進(jìn)行手動(dòng)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的點(diǎn)，就要通過時(shí)間來進(jìn)行原始波形的數(shù)據(jù)的查閱，從而判斷出更為正確合理的水深值。

4 水深的測(cè)量精度的影響因素及對(duì)策分析

在工程的水深測(cè)量工作當(dāng)中，對(duì)水深的測(cè)量精度造成影響的主要因素包括幾個(gè)方面：船體搖擺的影響、同步時(shí)差的影響和RTK 高程在可靠性上的影響因素等，這些因素所產(chǎn)生的誤差在很大程度上要多于RTK 定位上的誤差，也是對(duì)水深測(cè)量的精度進(jìn)行制約的重要關(guān)鍵因素。

（1）對(duì)于船體搖擺產(chǎn)生影響的精度控制，換能器盡量安裝與船體的中間一側(cè)，在條件允許的情況下，可以讓換能器固定安置與船體的中間底部位置，如此能夠最大程度上降低由于船體搖擺造成的誤差及其產(chǎn)生的影響。

（2）全球定位系統(tǒng)接收機(jī)天線以及換能器要安置固定于船體的同一垂直的位置上，且要盡可能的與水面保持垂直狀態(tài)。只有這樣才能讓換能器與接收機(jī)天線之間產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)，方便進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。

（3）GPS—RTK 高程可靠性的影響，GPS—RTK技術(shù)在水下的地形測(cè)量上的應(yīng)用，其高程在可靠性上一直受到人們的關(guān)心和關(guān)注。在具體的實(shí)際測(cè)量工作當(dāng)中，對(duì)GPS—RTK技術(shù)測(cè)量和常規(guī)的水位高程的測(cè)量進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)上的比較，證明GPS—RTK的高程測(cè)量是可靠的且精度更高，能夠滿足工程的需要。

5 與數(shù)字化的測(cè)深儀結(jié)合在工程中的應(yīng)用

GPS—RTK 與數(shù)字化的測(cè)深儀進(jìn)行結(jié)合并廣泛應(yīng)用在當(dāng)前水下的地形測(cè)量工程當(dāng)中，根據(jù)工程中的應(yīng)用，我仍獲得幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

（1）GPS—RTK 在工程中的作業(yè)精度較高，觀測(cè)的速度也相對(duì)較快，其全天候且高效率的特性適合進(jìn)行較大規(guī)模工程水下的地形測(cè)量。

（2）GPS—RTK 在工程中的作業(yè)能夠很大程度上進(jìn)行工作時(shí)間的縮短，同時(shí)提高工作質(zhì)量。該技術(shù)基本不會(huì)受到相關(guān)的人為因素的影響，整個(gè)工作過程中都是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制、自動(dòng)進(jìn)行記錄、自動(dòng)調(diào)整和計(jì)算，在操作上簡(jiǎn)便，其自動(dòng)化程度相對(duì)更高。

（3）在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候要盡可能的選擇風(fēng)力比較小的時(shí)候，最大程度的減少測(cè)量中船體的晃動(dòng)和搖擺，從而提高工程測(cè)量的精度。

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